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1、第六章实际气体的性质 及热力学一般关系式,6-1 实际气体与理想气体的偏离,如前所述，理想气体实质上是指实际气体压力趋于0、比体积趋于无穷大时的极限状态，只有当压力较低、温度较高时才可近似按理想气体处理。 而实际上，当工质在高压（达几百兆帕）、低温（只有几十K）下工作，这时的工质已远离理想气体的性质，应按实际气体处理。 常见的实际气体有：水蒸汽、氨气、氟利昂等 当氧气、氮气等超过10MPa时亦应按实际气体,一、实际气体,1、压缩因子,二、压缩因子,为反映实际气体与理想气体的偏离程度引入压缩因子Z,理想气体的pv0,2、压缩因子的物理意义,实际气体比理想气体难压缩,压缩因子Z反映实际气体压缩性的
2、大小。,实际气体比理想气体易压缩,压缩因子的大小与物质的种类和所处的状态有关,3、压缩性大小的原因,(1) 分子占有容积，自由空间减少，不利于压缩,(2) 分子间有吸引力，易于压缩,压缩性大,关键看何为主要因素,压缩性小,H2,CO2,ideal gas,O2,取决于气体种类和状态,1,6-2 对比态定律与通用压缩因子图,下面介绍1个通用方法：对比态参数法,压缩因子的大小与物质的种类和所处的状态有关,实际气体种类繁多，通过实验画出各气体的Z-p图，不方便，,1、临界状态,T1,1896年安德鲁斯对二氧化碳作等温压缩实验得到不同温度下的p-v图。,气,共存,液,（1）泡点与露点 H：露点（压缩时
3、，刚开始出现液滴）,（1）泡点与露点 L：泡点（最后一个气泡消失，由A到L时出现第一个气泡），,（2）相态的变化 GH：气态（过热蒸气） HL：气液共存（水平线，压力和温度均不变） 压力为饱和压力，温度为饱和温度，两者一一对应 LA ：液态（过冷液体）,1、临界状态,（3）水平线HL的长度变化 温度提高，水平线HL的长度缩短。,（4）临界点 随着温度提高，水平线HL缩为一个点，此时温度Tc,超过此温度，无论怎样加压，都不能使气体变为液体，故称此点为临界点。,（5）分区 饱和液体线LC 饱和蒸气线HC 未饱和液体区（过冷区） 气液共存区（湿蒸气区） 过饱和蒸气区 （过热区）,物质确定，临界点确定
4、,临界压力pc 临界温度Tc 临界比体积vc,2、对比态定律,用对比参数表示的状态方程,临界状态是各物质的共性，将它作为基准点，引入对比参数的概念。, 对比态方程,凡遵循同一对比方程的任何物质，若两个对比参数相等，则另一个必相等，这些物质处于相同的对应状态。,对比态定律,3、通用压缩因子,依对比态定律可确定通用压缩因子Zc,代入p=pr.pc，T=Tr.Tc，v=vr.vc,ZC为临界压缩因子，实验表明：工程上， ZC大多数在0.260.28之间。取ZC =0.27。,这样，只要已知pr、Tr，就可根据实验确定出压缩因子Z，,从而得到由pr、Tr确定出压缩因子Z的压缩因子图，如图6-4所示。,
5、通用压缩因子图,由于是由pr、Tr确定出通用压缩因子Z 故称为双参数法。,通用压缩因子图的规律,当pr 0，任何温度下，Z 1，即理想气体。,可见，应用压缩因子图，就可根据pv=ZRgT来计算实际气体的状态参数，是一种简便通用的方法，在工程上得到广泛应用。,由pr、Tr查图得通用压缩因子Z,当pr =1、Tr =1，Z偏离1较远，即临界点，明显偏离理想气体。,通用压缩因子图的用法,由具体某物质查表得TC , pC ,计算pr、Tr,例6-2：分别用理想气体状态方程、通用压缩因子图计算氧气在温度为160K、比体积为0.0074m3/kg下的压力,解（1）按理想气体计算 p0=RgT/v0=RmT
6、/(v0M) =(8.314160)/(0.007432)=5.62MPa,（2）按双参数压缩因子法计算 由附表2知氧气的TC=154K, pC=5.05MPa,查图6-5，得Z =0.71,则,Tr =160/154=1.04,pr =4/5.05=0.792,设 p=4.0MPa,p= ZRgT/v0 = Zp0,= 0.715.62,=3.99 MPa,与假设的 p值(4.0MPa)相等，假设p值正确。,6-3 实际气体状态方程,实际气体状态方程是研究实际气体热力性质的基本方程。 经过多年来的研究，不断取得新的进展。已导出了上百种方程，但每一方程都有一定的适用范围，还没有适用于各气体、各
7、状态区域，且计算精度高的状态方程。 这里只介绍范德华（范.德瓦尔斯）方程和维里方程。,一、范德华方程,考虑到分子本身占有一定的体积，其自由活动空间由v变为v-b,考虑到分子间有相互作用力，引入压力修正系数a,当a=b=0时，就变成了理想气体方程 pv=RgT,较好地定性描述实际气体的基本特性，定量计算不够准确,二、维里方程的形式,B,B,C,C,D,D与温度有关的量,一切气体,或,第二维里系数,第三维里系数,理想气体,三、维里系数的物理意义,分子间无作用力,B反映两个分子间相互作用,C反映三个分子间相互作用,D反映四个分子间相互作用,理论上维里方程适合于任何工质，级数越多，精度越高，系数由实验
8、数据拟合。,作用递减,需要多少精度，就从某处截断。,6-4 热力学一般关系式,实际气体的热力学能（内能）u、焓h和熵s等无法直接测量，也不能利用理想气体的简单关系计算。它们的值必须根据可测参数的值，按热力学第一和第二定律建立的这些参数间的一般函数关系加以确定。这些关系常常是微分关系式。 热力学一般关系式数目众多，这里只例举几个，其他关系式有余力的同学可课下自学。,研究热力学微分关系式的目的, 确定 与可测参数（p,v,T,cp )之 间的关系，便于编制工质热力性质表。, 确定 与 p,v,T 的关系，用以建立 实际气体状态方程。, 确定 与 的关系，由易测的 求得 。, 热力学微分关系式适用于任何工质，可用其检验已有图表、状态方程的准确性。,一、四个特征函数（吉布斯方程）之二,可得：,二、熵、内能和焓的微分关系式,1、熵,理想气体,一般工质,二、熵的微分关系式,2、内能,理想气体,3、焓,理想气体,作业6 思考题（P235） 6-1、 6-2 习 题（P236） 6-3、 6-5,第六章 完,
