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1、第二章第二章 气体的热力性质气体的热力性质Properties and Process of the Gas火力发电装置火力发电装置锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器ws = h1 - h2ws = h1 - h2工程热力学的研究内容工程热力学的研究内容 1、能量转换的基本定律能量转换的基本定律 2、工质的基本性质与热力过程工质的基本性质与热力过程3、热功转换设备、工作原理热功转换设备、工作原理4、化学热力学基础化学热力学基础工程热力学的两大类工质工程热力学的两大类工质 1、理想气体（理想气体（ ideal gas） 可可用用简单简单的式子描述的式子描述 如汽
2、车发动机和航空发动机以空气为如汽车发动机和航空发动机以空气为主的主的燃气燃气、空调中的、空调中的湿空气湿空气等等2、实际气体（实际气体（ real gas） 不不能用能用简单简单的式子描述，真实工质的式子描述，真实工质 火力发电的火力发电的水水和和水蒸气水蒸气、制冷空调中、制冷空调中制冷工质制冷工质等等2-12-1 理想气体状态方程理想气体状态方程式式 理想气体理想气体定义：定义：凡遵循凡遵循克拉贝龙克拉贝龙(Clapeyron)方程的气方程的气体体四种形式的四种形式的克拉贝龙克拉贝龙方程：方程：注意注意: : Rm 与与R 摩尔容积摩尔容积Vm状状态态方方程程统一单位统一单位Ideal-ga
3、s equation of state计算时注意事项实例计算时注意事项实例 V=1m3的容器有的容器有N2，温度为温度为20 ，压力，压力表读数表读数1000mmHg，pb=1atm，求，求N2质量质量。1）2）3）4）1. 分子之间没有作用力分子之间没有作用力 2. 分子本身不占容积分子本身不占容积 但是但是, 当实际气体当实际气体 p 很小很小, V 很大很大, T不太低时不太低时, 即处于即处于远离液态远离液态的的稀薄稀薄状状态时态时, 可视为可视为理想气体理想气体。 理想气体理想气体模型模型Model of ideal-gas现实中没有理想气体现实中没有理想气体 当实际气体当实际气体
4、p 很小很小, V 很大很大, T不不太低时太低时, 即处于即处于远离液态远离液态的的稀薄稀薄状态状态时时, 可视为可视为理想气体理想气体。 哪些气体可当作理想气体哪些气体可当作理想气体T常温常温，p7MPa的的双原子双原子分子分子理想气体理想气体O2, N2, Air, CO, H2如汽车发动机和航空发动机以空气为主的如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气燃气等等三原子三原子分子（分子（H2O, CO2)一般一般不能不能当作当作理想气体理想气体特殊可以，如空调的特殊可以，如空调的湿空气湿空气，高温烟气的，高温烟气的CO2 2-2 理想气体理想气体比热比热Specific Heats一比热的
5、定义与单位一比热的定义与单位计算计算内能内能, , 焓焓, , 热量热量都要用到都要用到热容热容定义定义: 比热容比热容单位物量的物质升高单位物量的物质升高1K或或1oC所需的热量所需的热量The energy required to raise the temperature of a unit mass of a substance by one degree 2-2理想气体理想气体比热（容）比热（容） 比热容比热容c : 质量比热质量比热 Cm: 摩尔比热摩尔比热C: 容积比热容积比热Cm=Mc=22.414CTs(1)(2)1 K比热是过程量还是状态量比热是过程量还是状态量? ?c1c
6、2用的最多的某些特定过程的比热容用的最多的某些特定过程的比热容定容比热容定容比热容定压比热容定压比热容定容比热定容比热：在定容情况下，单位物量的物体，温度变化1K（1）所吸收或放出的热量，称为该物体的定容比热 定压比热定压比热：在定压情况下，单位物量的物体，温度变化1K（1）所吸收或放出的热量，称为该物体的定压比热。梅耶公式 比热比3 定值比热容定值比热容、真实、真实比热容、比热容、摩尔摩尔比比热容热容常见工质的常见工质的cv和和cp的数值的数值0oC时：时：cv,air= 0.716 kJ/kg.K cp,air= 1.004 kJ/kg.Kcv,O2= 0.655 kJ/kg.K cp,O
7、2= 0.915 kJ/kg.K1000oC时：时：cv,air= 0.804 kJ/kg.K cp,air= 1.091 kJ/kg.Kcv,O2= 0.775 kJ/kg.K cp,O2= 1.035 kJ/kg.K25oC时：时：cv,H2O= cp,H2O= 4.1868 kJ/kg.K分子运动论分子运动论摩尔定容比热容摩尔定容比热容摩尔定容比热容摩尔定容比热容1 定值比热容定值比热容单原子单原子双原子双原子多原子多原子Mcv 3/2 R0 5/2R0 7/2R0Mcp 5/2R0 7/2R0 9/2R0k1.661.41.292、真实比热容、真实比热容MCp=a0+a1T+a2T2
8、+a3T3理想气体理想气体比热容实际是温度函数比热容实际是温度函数根据实验结果整理根据实验结果整理 3、平均比热、平均比热容容t t2 t1 c(cp ,cv) c=f (t) 求求O2在在100-500平均定压热容平均定压热容例见教材 P26（5版）例2-4 P27（4版）例2-4 2-3 混合气体的性质混合气体的性质 The Properties of Gas Mixtures研究对象研究对象 无化学反应的理想气体混合物无化学反应的理想气体混合物例：例：锅炉烟气锅炉烟气 CO2, CO, H2O, N2 燃气轮机中的燃气燃气轮机中的燃气空调工程中的湿空气空调工程中的湿空气水蒸气含量低，稀薄
9、，当作理想气体水蒸气含量低，稀薄，当作理想气体水蒸气含量可变化，单独研究水蒸气含量可变化，单独研究主要内容主要内容 1、成分描写成分描写2、分压定律和分容积定律分压定律和分容积定律3、混合物参数计算混合物参数计算第第 i 种组元气体的种组元气体的质量成分质量成分：设混合气体由设混合气体由1, 2 , 3, i, k种气体组成种气体组成各组元质量各组元质量成分之和为成分之和为1Mass Fraction摩尔成分摩尔成分 mole fraction设混合气体由设混合气体由1, 2 , 3, i, k种气体组成种气体组成摩尔数摩尔数第第 i 种组元气体的种组元气体的摩尔成分：摩尔成分：各组元摩尔各组
10、元摩尔成分之和为成分之和为1平均摩尔质量平均摩尔质量M和折合气体常数和折合气体常数R设混合气体的平均摩尔质量为设混合气体的平均摩尔质量为M，摩尔摩尔数为数为n，则混合气体质量则混合气体质量 折合气体常数折合气体常数平均摩尔质量为平均摩尔质量为MGas constant of gas mixture与与xi的换算的换算已知已知 xi9-2 分压定律和分容积定律分压定律和分容积定律Daltons law of additive pressures: The pressure of a gas mixture is equal to the sum of the pressures each gas
11、 would exert if it existed alone at the mixture temperature and volume p T Vp T Vp T Vp T V分压力分压力pipartial pressure分压定律分压定律p T Vp T Vp T Vp T V分压力分压力pi压力是分子对管壁的作用力压力是分子对管壁的作用力 分压定律的物理意义分压定律的物理意义 混合气体对管壁的作用力是组元气体混合气体对管壁的作用力是组元气体单独存在时的作用力之和单独存在时的作用力之和理想气体理想气体模型模型1. 分子之间没有作用力分子之间没有作用力 2. 分子本身不占容积分子本身不占
12、容积 分压力状态是第分压力状态是第i 种组元气体种组元气体的实际存在状态的实际存在状态质量成分与混合物气体常数质量成分与混合物气体常数kJ/kg.KAmagats law of additive volumes: The volume of a gas mixture is equal to the sum of the volumes each gas would occupy if it existed alone at the mixture temp. and pressure p T Vp T Vp T Vp T V分分容积容积Vipartial volume分容积定律分容积定律p
13、T Vp T Vp T Vp T V分分容积容积Vi容积成分容积成分摩尔成分摩尔成分volume fraction为什么引入分容积定律为什么引入分容积定律混合气体的测量混合气体的测量成分分析仪成分分析仪 得到得到 分压力状态是第分压力状态是第i 种组元气体种组元气体的实际存在状态的实际存在状态 混合气体的参数计算混合气体的参数计算质量，摩尔数，压力，容积，内能，焓，质量，摩尔数，压力，容积，内能，焓，定压比热容，定容比热容，熵，定压比热容，定容比热容，熵，Ex总参数总参数加和性加和性总参数是各组元在分压力状态下的总参数是各组元在分压力状态下的分参数之和分参数之和（除总容积）（除总容积）混合物总
14、参数的计算混合物总参数的计算质量守恒质量守恒摩尔数守恒摩尔数守恒 分压定律分压定律混合物比参数的计算混合物比参数的计算加权性加权性kJ/kgkJ/kmol注意：注意：各组成气体各组成气体混合气体混合气体内能内能混合物比参数的计算混合物比参数的计算kJ/kgkJ/kmol注意：注意： 各组成气体各组成气体混合气体混合气体焓焓混合物比参数的计算混合物比参数的计算kJ/kg.KkJ/kmol.K定压比热容定压比热容kJ/kg.KkJ/kmol.K定容比热容定容比热容混合物比参数的计算混合物比参数的计算kJ/kg.KkJ/kmol.K熵熵kJ/kg.KkJ/kmol.Kex混合物容积的计算混合物容积的计算分容积定律分容积定律总容积总容积比容比容m3/kgm3/kmol2-4 实际气体状态方程范德瓦尔范德瓦尔(Van der Waals)方程方程对于对于1kmol实际气体实际气体第二章第二章 完完End of Chapter Two
