《工程热力学理想气体和蒸汽的性质》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程热力学理想气体和蒸汽的性质（95页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、工程热力学Engineering Thermodynamics大连理工大学 能源与动力学院引言引言工程热热力学的主要研究内容：基本概念、基本定律工质质的热热力性质质热热力过过程和循环环化学热热力学第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质实际气体实际气体理想气体理想气体状态方程状态方程比热比热内能、焓、熵的计算内能、焓、熵的计算第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质一、理想气体模型定义义：两个假设设：1、气体的分子是弹弹性的，分子是本身不占据体积积的质质点2、气体分子间间相互作用力不存在因此：理想气体是实际气体在低压高温时的抽象。p0，v03.1 3.1 理想气体的概念理想气体的概
2、念第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质宏观上宏观上微观上微观上实际实际 气体可以近似看作理想气体的条件：通常压压力下，当T(2.53)Tcr时时，一般可看作理想气体。1、常温常压压下的O2、N2、 CO、 CO2 、H2等，它们们的液化温度均远远低于环环境温度。2、烟气、燃气等是由各种成分不同的气体组组成的混合气体，工程上视为视为 理想气体。3、大气、烟气、燃气中包含的水蒸汽，由于份额额少、压压力低、比体积积大，通常认为认为 具有理想气体的特性，也视为视为 理想气体。微观观上讲讲，理想气体分子间间没有力的作用，故U=U(T)。3.1 3.1 理想气体的概念理想气体的概念第三章第三章
3、气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质二、理想气体状态态方程式（Ideal-gas equation）根据分子运动论动论 ，采用统计统计 方法得到理想气体状态态方程式（克拉贝贝隆Clapeyron方程）结论结论 ：只与气体种类类有关，而与气体所处处状态态无关例如：空气气体常数Rg=287.0 J /(kgK)氧气气体常数Rg=259.8 J /(kgK)3.1 3.1 理想气体的概念理想气体的概念第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质Pam3/kgK气体常数 单位：J/(kgK)三、摩尔质质量和摩尔体积积摩尔质质量：1 mol物质质的质质量，用符号M表示，单单位 g/mol。数值值上等于物质
4、质的相对对分子质质量Mr。例：若某物质为质为 m kg，摩尔质质量为为 M g/mol，则则其物质质的量n满满足：摩尔体积积：1 mol气体的体积积，用符号Vm表示，则则有阿伏伽德罗罗定律指出：同温同压压下，各种气体的摩尔体积积相同。给给定标标准状况：1 mol任意气体的体积积同为为3.1 3.1 理想气体的概念理想气体的概念第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质p0=101325 Pa，T0=273.15 K （0）四、摩尔气体常数（同温同压压下，各种气体的摩尔体积积相同）故：用R表示MRg摩尔气体常数：3.1 3.1 理想气体的概念理想气体的概念第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和
5、蒸汽的性质两边乘以摩尔质量M既与状态无关，也与气体性质无关的普适恒量。四、摩尔气体常数1 kg物质质m kg物质质1 mol物质质n mol物质质摩尔流量qn、质质量流量qm、体积积流量qV表示：3.1 3.1 理想气体的概念理想气体的概念第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质ATTENTION：1、Rg和R的区别2、必须采用绝对压力3、统一采用国际单位五、理想气体状态态方程的工程应应用1、确定理想气体未知的基本状态态参数；2、确定气体的量；3、不同状态态下气体体积换积换 算；4、热热力学理论论推导导 。3.1 3.1 理想气体的概念理想气体的概念第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸
6、汽的性质第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质一、比热热容的定义义1、热热容（C）：物体温度升高1 K（或1 C）所需热热量2、比热热容（c）：1 kg物质质温度升高1 K（或1 C ） 所需热热量，J/(kgK)(specific heat capacity per unit of mass)3、摩尔热热容（C）：1 mol物质质的热热容，J/(molK)(volumetric specific heat capacity)4、体积热积热 容（Cm）：标标准状况下1 m3物质质的热热容，J/(m3K)(mole specific heat capacity)5、三者之间间关系：3.2
7、 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质一、比热热容的定义义讨论讨论 ：一定量的物质质在吸收或放出热热量时时，其温度变变化的大小取决于工质质的性质质、数量和所经历经历 的过过程。注意：1、c与过过程特性有关；2、c是温度的函数。因为为c与过过程有关，因此过过程上常用的是：定压压热热容（比定压热压热 容）：cp、Cp,m、cp定容热热容（比定容热热容）：cV、CV,m、cV3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat ca
8、pacityspecific heat capacity）第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质1、比定容热热容cV热热力学第一定律定容时时（dv=0）3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质可逆过程1、比定容热热容cV比定容热热容是在体积积不变变的情况下比热热力学能对对温度的偏导导数，其数值值上等于在体积积不变变的情况下物质质温度变变化1 K时时比热热力学能的变变化量。（忽略分子间间作用力，无内位能）3.2 3.2 理想气体的比热容（理想
9、气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质适用于一切工质对于理想气体仅是T的函数2、比定压热压热 容cp热热力学第一定律定压时压时 （dp=0）3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质可逆过程2、比定容热热容cp比定压热压热 容是在压压力不变变的情况下比焓对焓对 温度的偏导导数，其数值值上等于在压压力不变变的情况下物质质温度变变化1 K时时比
10、焓焓的变变化量。（h=u+pv=u+RgT）3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质适用于一切工质对于理想气体仅是T的函数3、迈迈耶公式及比热热容比对对理想气体的焓焓h=u+RgT对对T求导导（1）cp、cV均为为温度函数（2）同温度，任意气体的cpcV恒大于0，且为为Rg（3）两侧侧都乘以摩尔质质量M（4）cp易实验测实验测 定，进进而由迈迈耶公式确定cV3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capaci
11、tyspecific heat capacity）第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质迈耶公式比热容比请分析原因一、比热热容的定义义思考：为为什么cpcV恒大于0？提示：a定容到b：a定压压到c：b和c温度相同，均为为T+1， uab= uac又vcva，p(vc-va)0，即有qpqv从而有3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质pvabcTT+104、关于cp、cV的总结总结（1）（2）cp、cV，热热力过过程已定，可作为为状态态参数
12、（3）h、u 、s的计计算要用cp、cV 3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质适合一切工质仅适合理想气体思考：比热容c是状态量还是过程量？一、比热热容的定义义思考：比热热容c是状态态量还还是过过程量？提示：3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质Ts(1)1Kc1c2(2)二、利用比热热容计计算热热
13、量原理：方法：真实实比热热容平均比热热容表平均比热热容的直线线关系式定值值比热热容3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质1、真实实比热热容Attached Table 4 on Page 4393.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质Cp,m/R几种气体的Cp,m/R随温度变变化（教材p67 Fig.
14、 3-1)ATTENTION：1、比热容和温度的单位2、注意参数适用范围2、平均比热热容表从t1到t2所需热热量q为为面积积EFDBE3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质t c (cp ,cV) c=a+bt c=b0+b1t+b2t2+ H M GFEANDOBt1 t2 2、平均比热热容表q=SAFDOA-SAEBOAAttached Table 5 on Page 4403.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific
15、 heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质注意： 1、温度为摄氏度2、附表5为cp，如何求cVt c (cp ,cV) c=a+bt c=b0+b1t+b2t2+ H M GFEANDOBt1 t2 3、平均比热热容的直线线关系式近似认为认为 c=a+btAttached Table 6 on Page 441例如，O2的cpkJ/(kgK)=0.919+0.0001065tC，求从100C到200C的平均比定压热压热 容。cpkJ/(kgK)=0.919+0.0001065(200C+100C)=0.95095 k
16、J/(kgK)3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质注意： 1、温度为摄氏度2、若比热容满足c=l+mt+nt2，推导平均比热容关系式4、定值值比热热容适用范围围：计计算精度要求不高，或气体处处于较较低温度范围围时时。定值值比热热容与分子结结构有关。Attached Table 3 on Page 438如果温度变变化范围较围较 大时时3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章 气体
