3氣體和蒸汽的性質(zhì)ppt課件

第三章氣體和蒸氣的性質(zhì)Propertiesofgasandvapor 3 1理想氣體 3 2理想氣體的比熱容 3 3理想氣體的熱力學(xué)能 焓和熵 3 4水的定壓汽化過程和水蒸氣的p v圖及T s圖 3 5水蒸氣表 3 6水蒸氣的h s圖 第一部分 第二部分 剛性容器W 0 要實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換 內(nèi)因 工質(zhì)的熱力性質(zhì) 本章 外因 工質(zhì)的熱力過程 下一章 缺一不可 第三章第一部分 理想氣體的性質(zhì) 第一節(jié)理想氣體的定義第二節(jié)理想氣體的比熱容第三節(jié)理想氣體的熱力學(xué)能 焓和熵 第一節(jié)理想氣體的定義 一 理想氣體 perfectgas idealgas permanentgas 理想氣體的基本假設(shè)1 分子為不占體積的彈性質(zhì)點(diǎn)2 除碰撞外分子間無作用力理想氣體是實(shí)際氣體在低壓高溫時(shí)的抽象 理想氣體與實(shí)際氣體 定義 熱力學(xué)中 把完全符合及熱力學(xué)能僅為溫度的函數(shù)的氣體 稱為理想氣體 否則稱為實(shí)際氣體 理想氣體 氧氣 氫氣 氮?dú)?一氧化碳 二氧化碳 空氣 燃?xì)?煙氣 在通常使用的溫度 壓力下 實(shí)際氣體 氨 氟里昂 蒸汽動(dòng)力裝置中的水蒸氣 Pa m3 kg 氣體常數(shù) 單位為J kg K K R MRg 8 3145J mol K 二 理想氣體的狀態(tài)方程 ideal gasequation 不同物量下理想氣體的狀態(tài)方程式 mkg理想氣體 1kg理想氣體 nmol理想氣體 1mol理想氣體 三 為什么要討論不存在的理想氣體 在工程中具有很重要的實(shí)用價(jià)值和理論意義 在通常的工作參數(shù)范圍內(nèi) 按理想氣體性質(zhì)來計(jì)算氣體工質(zhì)的熱力性質(zhì)具有足夠的精確度 其誤差在工程上往往是允許的 對(duì)于一般的氣體熱力發(fā)動(dòng)機(jī)和熱工設(shè)備中的氣體工質(zhì) 在無特殊精確度要求的情況下 多可按理想氣體性質(zhì)進(jìn)行熱力計(jì)算 考察按理想氣體狀態(tài)方程求得的空氣在表列溫度 壓力條件下的比體積v 并與實(shí)測(cè)值比較 空氣氣體常數(shù)Rg 287 06J kg K 計(jì)算依據(jù) 相對(duì)誤差 1 溫度較高 隨壓力增大 誤差增大 2 雖壓力較高 當(dāng)溫度較高時(shí)誤差還不大 但溫度較低 則誤差極大 3 壓力低時(shí) 即使溫度較低誤差也較小 本例說明 低溫高壓時(shí) 應(yīng)用理想氣體假設(shè)有較大誤差 例1已知氧氣瓶的容積 瓶?jī)?nèi)氧氣溫度為20 安裝在瓶上的壓力表指示的壓力為15Mpa 試求瓶?jī)?nèi)氧氣的質(zhì)量是多少 解 氧氣 注意 1 單位換算2 表壓力與絕對(duì)壓力的關(guān)系 例2剛性容器中原先有壓力為p1 溫度為T1的一定質(zhì)量的某種氣體 已知其氣體常數(shù)為Rg 后來加入了3kg的同種氣體 壓力變?yōu)閜2 溫度仍為T1 試確定容器的體積和原先的氣體質(zhì)量m1 解 第二節(jié)理想氣體的比熱容 一 比熱容及其分類 定義 單位物量物體在準(zhǔn)靜態(tài)過程中溫度升高1K 或1 C 所需要的熱量稱為 比熱容 三者的換算關(guān)系 定容過程 理想氣體 定壓過程 機(jī)械噴射式柴油機(jī)理想循環(huán)的P v圖 1 2 絕熱壓縮 2 3 定容吸熱 3 4 定壓吸熱 4 5 絕熱膨脹 5 1 定容放熱 q1 q1v q1p而 q1v cv T3 T2 q1p cp T4 T3 另外 q2 cv T5 T1 為什么要提出比熱容的概念 Q mc T為什么又要進(jìn)一步提出比定壓熱容 比定容熱容 二 工程計(jì)算中比熱容的三種處理方法 作為溫度的函數(shù) 用于精確計(jì)算 平均比熱容 由于較精確的計(jì)算 作為常數(shù) 用于近似計(jì)算 在常溫下比較符合 曲線關(guān)系 直線關(guān)系 1 真實(shí)比熱容作為溫度的函數(shù) 用于精確計(jì)算 理想氣體的比熱不僅與過程有關(guān) 而且隨溫度變化 通常根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將其表示為溫度的函數(shù) 利用真實(shí)比熱容計(jì)算熱量 真實(shí)比熱適用于大溫差 計(jì)算精度要求高的場(chǎng)合 2 平均比熱容 1 曲線關(guān)系 面積ABCDA 面積1BC01 面積1AD01 q02 q01 2 直線關(guān)系 3 定值比熱容 第三節(jié)理想氣體的熱力學(xué)能 焓和熵 一 理想氣體的熱力學(xué)能和焓 溫度相同的狀態(tài)點(diǎn) 可能壓力和比體積不同 其熱力學(xué)能和焓相同 理想氣體的等溫線即為等熱力學(xué)能線 等焓線 同溫度范圍內(nèi)所有過程初 終狀態(tài)熱力學(xué)能變化量相同 焓變化量都相同 理想氣體 前面已經(jīng)得到的結(jié)果 所以有 理想氣體可逆過程 二 邁耶方程 比定壓熱容大于比定容熱容 考慮到Q與W有共同點(diǎn) 1都是傳遞的能量 2可以互相轉(zhuǎn)換 所以 可以進(jìn)行以下類比 三 理想氣體的熵 熵的定義 例 試求空氣在自由膨脹中比熵的變化量 已知初態(tài)空氣的溫度為 體積為 膨脹終了的容積 解 取整個(gè)容器內(nèi)的空氣為孤立系統(tǒng) 系統(tǒng)與外界無功 熱及物質(zhì)交換 即 第3章第一部分作業(yè) 第3版 P76 78習(xí)題 1 3 8第4版 P94 96習(xí)題 1 M 28 01不是28 1 教材搞錯(cuò)了 5 10 第三章第二部分 水蒸氣的性質(zhì) 水蒸氣是人類使用最早 應(yīng)用最廣 汽車 火車 輪船 發(fā)電 的工質(zhì) 為什么它受到人們的特別喜愛呢 是因?yàn)樗植紡V 價(jià)格便宜 無毒無臭 而水蒸氣的獲得又特別容易 在常壓下只要加熱到100 以上就產(chǎn)生 而在常溫下就以液態(tài)水的情況存在 便于我們的循環(huán)使用 從工程中使用的參數(shù)范圍來看 水蒸氣離液態(tài)水不遠(yuǎn) 工作過程有集態(tài)變化 且水蒸氣分子間不僅存在作用力 分子占有容積 而且水蒸汽是由一個(gè)分子 二個(gè) 三個(gè) 四個(gè)分子機(jī)械結(jié)合成復(fù)合體的混合物 而且隨著參數(shù)的變化 結(jié)合與分裂現(xiàn)象不斷發(fā)生 因此水蒸氣的性質(zhì)不同于一般的氣體 更不同于理想氣體 第四節(jié)水的定壓汽化過程和水蒸氣的p v圖及T s圖第五節(jié)水蒸氣表第六節(jié)水蒸氣的h s圖 第四節(jié)水的定壓汽化過程 水蒸氣的p v圖及T s圖 汽化和液化 vaporizationandliquefaction 汽化 由液態(tài)到氣態(tài)的過程 蒸發(fā) 在液體表面進(jìn)行的汽化過程 沸騰 在液體表面及內(nèi)部進(jìn)行的強(qiáng)烈汽化過程 液化 由氣相到液相的過程 飽和狀態(tài) 相應(yīng)的溫度和壓力稱為飽和溫度 ts 和飽和壓力 Ps 兩者一一對(duì)應(yīng) ts f Ps 只有一個(gè)獨(dú)立變量 一 飽和溫度和飽和壓力 在飽和狀態(tài) Saturatedstate 下 飽和狀態(tài) 汽化與凝結(jié)的動(dòng)態(tài)平衡 飽和溫度Ts 飽和壓力ps 一一對(duì)應(yīng) Ts ps ps 1 01325bar ts 100 青藏ps 0 6bar ts 85 95 高壓鍋ps 1 6bar ts 113 32 二 水的定壓汽化過程 容器中裝有1kg水 五個(gè)狀態(tài) 1 a 未飽和水 過冷水 t ts過冷度 t ts t p T是獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù) 單相均勻系 f p T 2 b 飽和水 t ts p T不再是獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)處于平衡態(tài)單相均勻系 f p或T v u h s 3 d 干飽和蒸汽 t ts p T不再是獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)處于平衡態(tài)單相均勻系 f p或T v u h s 4 c 濕蒸汽 飽和水和飽和蒸汽的混合物t ts p T不是獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù) 處于平衡態(tài)雙相非均勻系 f p或T x 干度x 1kg濕蒸汽中含xkg的飽和蒸汽 1 x kg飽和水 5 e 過熱蒸汽 t ts 過熱度 t t ts p T是獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù) 單相均勻系 f p T 三個(gè)階段 1 定壓預(yù)熱階段a b 未飽和水變?yōu)轱柡退?比液體熱 2 定壓汽化階段b c d 飽和水變?yōu)楦娠柡驼羝?既是定壓又是定溫的相變加熱過程 比汽化潛熱 3 定壓過熱階段d e 飽和蒸汽變成過熱蒸汽 比過熱熱 三 水蒸氣的p v圖和T s圖 1 一點(diǎn)二線三區(qū)五態(tài) 2 當(dāng)壓力升高時(shí) 飽和溫度隨之升高 汽化過程縮短 比汽化潛熱減少 預(yù)熱過程變長(zhǎng) 比液體熱增加 3 飽和水的比體積隨壓力的升高略有增加 而飽和蒸汽的比體積則隨壓力的升高明顯的減小 4 臨界點(diǎn)上的比汽化潛熱為零 即汽化在一瞬間完成 第五節(jié)水蒸氣表 飽和水與飽和水蒸氣表 未飽和水與過熱蒸汽表 一 飽和水與飽和水蒸氣表 飽和水及干飽和蒸汽表 三 計(jì)算步驟 1 確定狀態(tài) 已知 p t 已知 p v 2 根據(jù)狀態(tài)查相應(yīng)的圖或表 濕蒸汽查飽和水與飽和蒸汽表 再利用干度公式求出 3 熱力學(xué)能利用公式u h pv求得 例P 0 5Mpa v 0 36m3 kg 確定狀態(tài) 并求出溫度 比焓 比熱力學(xué)能和比熵 查飽和水與飽和蒸汽表ts 151 85 C v 0 0010928m3 kg v 0 37481m3 kg 解 濕蒸汽 h 640 1kJ kg h 2748 5kJ kgs 1 8604kJ kg K s 6 8215kJ kg K 第四節(jié)水蒸氣的h s圖 我們用過p v圖 T s圖 這在熱力過程的分析中常用 一個(gè)叫示功圖 一個(gè)叫示熱圖 但功和熱都是一塊面積 不直接 而用h s圖可用線段來表示功和熱 由上界線 下界線及定壓線群 定溫線群 定容線群 定干度線群