沈陽(yáng)航空航天大學(xué)工程熱力學(xué)課件 第3章

1、第三章理想氣體的性質(zhì)主要內(nèi)容n 理想氣體的概念n 理想氣體狀態(tài)方程n 理想氣體的比熱容n 理想氣體的熱力學(xué)能，焓和熵n 理想氣體混合物 理想氣體的概念p為什么要提出理想氣體這個(gè)概念l熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能是通過工質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的l除了掌握熱力學(xué)定律外，需具備工質(zhì)熱力性質(zhì)方面的知識(shí)l實(shí)際氣體不便于分析和研究p理想氣體是一種假想的氣體模型，氣體分子是一些彈性的、不占體積的質(zhì)點(diǎn)，分子之間沒有相互作用力.工程中常用的氧氣、氮?dú)狻錃?、一氧化碳等及其混合氣體、燃?xì)?、煙氣等工質(zhì)，在通常使用的溫度、壓力下都可作為理想氣體處理特點(diǎn)：氣體壓力趨近于零，比體積趨近于無(wú)窮大時(shí)的極限狀態(tài)p實(shí)際氣體不符合上述理想氣體兩個(gè)微觀假設(shè)條

2、件的，則稱為實(shí)際氣體.如：水蒸氣、氟里昂蒸汽、氨蒸汽等，它們距離液體較近，不能忽略分子本身的體積和分子間的作用力. 理想氣體狀態(tài)方程式TRpvgp克拉貝龍方程單位p: Pav: m3/kgT: KRg: J/(kgK)p 摩爾質(zhì)量是用來表示物質(zhì)的量的基本單位mol任何物質(zhì)的分子數(shù)為6.02251023mol物質(zhì)的質(zhì)量為摩爾質(zhì)量，單位為（kg/mol)p 摩爾體積mol氣體的體積為摩爾體積(m3/mol)Mmn MvVm 大量實(shí)驗(yàn)證明，理想氣體的三個(gè)基本狀態(tài)參數(shù)間存在著一定的函數(shù)關(guān)系： R R為通用氣體常數(shù)，與氣體種類及狀態(tài)無(wú)關(guān)：R8314J/(kmolK).R Rg g為氣體常數(shù)，與氣體種類有

3、關(guān)：TRpvgRTpVmnRTpV 1kgmkg1molnmolMKmolJMRRg)/(314. 8TmRpVg 理想氣體的比熱容一熱容的定義及單位物體溫度升高1K所吸收的熱量，用C表示,單位J/K分類：質(zhì)量比熱：質(zhì)量比熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)的熱容量，用c表示，單位為 J/(kgK)；摩爾比熱：摩爾比熱：?jiǎn)挝籱ol物質(zhì)的熱容量，用cm表示，單位為 J/(molK)；體積比熱：體積比熱：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3物質(zhì)的熱容量，用c表示，單 位為J/(m3K)；ccMCm022414. 0dTQC二影響比熱容的因素過程特性對(duì)溫度和比熱容的影響：過程特性對(duì)溫度和比熱容的影響：一定量的物質(zhì)在吸收或放出熱量時(shí)，其溫度

4、變化的大小取決于工質(zhì)的性質(zhì)、數(shù)量和所經(jīng)歷的過程經(jīng)驗(yàn)表明，同一種氣體在不同條件下，如在保存容積不變或壓力不變的條件下加熱，同樣溫度升高1K所需的熱量是不同的u定容比熱容定容比熱容(c(cv v) )：在定容情況下，單位質(zhì)量的氣體，溫度升高1K所吸收的熱量vdpdhqpdvduq,0dvvvvVTudTpdvdudTqcdTducv理想氣體u定壓比熱容（定壓比熱容（c cp p）：）：在定壓情況下，單位質(zhì)量的氣體,溫度升高1K所吸收的熱量 比熱間的關(guān)系對(duì)于理想氣體： ppppThdTvdpdhdTqcdTdhcp理想氣體gvpRccgRdTdudTdh氣體在定壓下受熱時(shí)，由于溫度升高的同時(shí)，還要克

5、服外力膨脹做功，而在定容過程中，并不膨脹對(duì)外做功，故同樣升高1K，定壓時(shí)比定容下受熱需要更多的熱量，也就意味著定壓比熱比定容比熱大比熱容比：vpccgvRc11gpRc1邁耶公式RCCmvmp,三用比熱容計(jì)算熱量方法：方法：n真實(shí)比熱容表達(dá)式n平均比熱容表達(dá)式n平均比熱容直線關(guān)系式332210TaTaTaac1210202112tttctcctt21212ttbaccdTq1221ttcqttu 用定值比熱容計(jì)算熱量精度要求不高時(shí)，忽略溫度對(duì)比熱容的影響，取比熱精度要求不高時(shí)，忽略溫度對(duì)比熱容的影響，取比熱容為定值，稱為容為定值，稱為定值比熱容定值比熱容對(duì)于理想氣體，凡分子中原子數(shù)目相同的氣體

6、，其千摩對(duì)于理想氣體，凡分子中原子數(shù)目相同的氣體，其千摩爾比熱容相同且為定值這樣定值質(zhì)量比熱容和定值容積比爾比熱容相同且為定值這樣定值質(zhì)量比熱容和定值容積比熱容可求。熱容可求。對(duì)于對(duì)于mkgmkg質(zhì)量氣體，所需熱量為：質(zhì)量氣體，所需熱量為：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下V V0 0氣體，所需熱量為：氣體，所需熱量為：)(12TTmcQ)(120TTcVQ 理想氣體的熱力學(xué)能、焓及熵一熱力學(xué)能和焓2121uu2121 hh21ttppdtcqh21ttvvdtcqu對(duì)于理想氣體的任何過程：dTcduvdTcdhppdvdTcqvvdpdTcqp可逆二狀態(tài)參數(shù)熵對(duì)于理想氣體 從狀態(tài)變化到狀態(tài)時(shí)，熵變

7、完全取決于初態(tài)和終態(tài)，而與過程經(jīng)歷的途徑無(wú)關(guān)Tqdsrev1221ln21ppRTdTcsgTTp21s可逆pdpRTdTcTvdpdTcdsgpp三理想氣體熵變計(jì)算 內(nèi)能、焓和熵為狀態(tài)參數(shù)，只與初終狀態(tài)有關(guān)，與中間過程無(wú)關(guān)，故理想氣體無(wú)論經(jīng)歷什么過程，包括不可逆過程，只要過程的初態(tài)、終態(tài)參數(shù)確定，比熱容可以取定值，則都可以用以上各式計(jì)算變化量1212lnlnvvcppcspv1221ln21ppRTdTcsgTTp真實(shí)比熱容定值比熱容1212lnlnvvRTTcsgv1212lnlnppRTTcsgp1221ln21vvRTdTcsgTTv212121vvpppvvdvcpdpcs習(xí)題CO2

8、按定壓過程流經(jīng)冷卻器，p1=p2=0.105MPa,溫度由600K冷卻到366，試計(jì)算1KgCO2的熱力學(xué)能變化量、焓變化量及熵變化量，使用平均比熱容表 水蒸汽的飽和狀態(tài)p汽化和液化n汽化 物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的相變過程，有蒸發(fā)和沸騰兩種方式：蒸發(fā)：液體表面的汽化過程，任何溫度下都可以發(fā)生沸騰：液體表面和內(nèi)部的汽化過程，只能在達(dá)到沸點(diǎn)溫度時(shí)才發(fā)生 汽化速度的大小取決于液體溫度的高低n液化物質(zhì)從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的相變過程，也稱為凝結(jié)，液化與汽化是物質(zhì)相變的兩種相反過程 凝結(jié)速度的大小取決于蒸汽的壓力p飽和狀態(tài)水蒸氣在密閉容器中，汽、液兩相平衡共存的狀態(tài)此時(shí)的平衡共存其實(shí)是一種汽化速度和凝結(jié)速度相等的動(dòng)

9、態(tài)平衡處于飽和狀態(tài)的蒸汽為飽和蒸汽，液態(tài)水為飽和水 工質(zhì)處于飽和狀態(tài)時(shí)的壓力和溫度分別稱為飽和壓力與飽和溫度.飽和溫度和飽和壓力是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，飽和壓力愈高，對(duì)應(yīng)的飽和溫度也愈高 水蒸氣的定壓產(chǎn)生過程工程上所用的水蒸氣是由鍋爐在壓力不變的情況下產(chǎn)生的，水蒸氣的發(fā)生過程，即是水的定壓汽化過程在此過程中，工質(zhì)會(huì)經(jīng)過三個(gè)階段、五種狀態(tài)的變化u預(yù)熱階段由未飽和水加熱為相應(yīng)壓力下的飽和水兩種狀態(tài)：未飽和水和飽和水u汽化階段由飽和水加熱為飽和蒸汽的階段稱為汽化階段兩種狀態(tài)：濕蒸汽(濕飽和蒸汽)和飽和蒸汽(干飽和 蒸汽)u過熱階段由飽和蒸汽加熱為過熱蒸汽的階段一種狀態(tài)：過熱蒸汽p幾個(gè)概念u過冷水水溫低于飽和溫度時(shí)u液體熱水在定壓下從未飽和狀態(tài)加熱到飽和狀態(tài)所需的熱量u濕蒸氣蒸氣和水的混合物u汽化潛熱由飽和水定壓加熱為干飽和蒸氣的過程中所吸收的熱量u過熱度過熱蒸氣其溫度超過飽