ch氣體和蒸汽的性質(zhì)

第三章氣體和蒸汽的性質(zhì)1目前一頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)系統(tǒng)工質(zhì)狀態(tài)、狀態(tài)參數(shù)過程循環(huán)平衡準(zhǔn)靜態(tài)、可逆p-V圖、T-S圖理想實(shí)際過程功、熱量、熵工程熱力學(xué)的研究內(nèi)容能量轉(zhuǎn)換的基本定律工質(zhì)的基本性質(zhì)與熱力過程熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備、工作原理化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)2目前二頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)第一節(jié)理想氣體的概念1、理想氣體（idealgas）

實(shí)際上不存在的假想氣體；

分子是些彈性的、不具體積的質(zhì)點(diǎn)，分子相互間沒有作用力——壓力趨于零、比體積趨近于無窮大；可用簡單的式子描述；一般條件：溫度不太低、壓力不太高、遠(yuǎn)離液態(tài)3目前三頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)1.分子之間沒有作用力2.分子本身不占容積

但是,當(dāng)實(shí)際氣體p很小,V很大,T不太低時(shí),即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時(shí),可視為理想氣體。

理想氣體模型Modelofideal-gas現(xiàn)實(shí)中沒有理想氣體4目前四頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)

當(dāng)實(shí)際氣體p很小,V很大,T不太低時(shí),即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時(shí),可視為理想氣體。

哪些氣體可當(dāng)作理想氣體T>常溫，p<7MPa的雙原子分子理想氣體O2,N2,Air,CO,H2三原子分子（H2O,CO2)一般不能當(dāng)作理想氣體特殊可以，如空調(diào)的濕空氣，高溫?zé)煔獾腃O2

如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)以空氣為主的燃?xì)獾?目前五頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)2、實(shí)際氣體（realgas）不能用簡單的式子描述，不滿足上述兩點(diǎn)假設(shè)，真實(shí)工質(zhì)火力發(fā)電的水和水蒸氣、制冷空調(diào)中制冷工質(zhì)等

6目前六頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)3理想氣體狀態(tài)方程式Ideal-gasequationofstate四種形式的克拉貝龍方程：注意:

R與Rg

摩爾體積Vm狀態(tài)方程統(tǒng)一單位7目前七頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)摩爾體積Molarspecificvolume(Vm)摩爾摩爾質(zhì)量：1mol氣體的質(zhì)量M摩爾體積：1mol氣體的體積Vm阿伏伽德羅假說Avogadro’shypothesis:

相同p和T下各理想氣體的摩爾容積Vm相同在標(biāo)準(zhǔn)狀況下下標(biāo)“0”表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)立方米Vm＝Mv×10－38目前八頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)

R與Rg的區(qū)別R——通用氣體常數(shù)Rg——?dú)怏w常數(shù)M——Molarmass例如UniversalGasconstant與氣體種類無關(guān)Gasconstant與氣體種類有關(guān)9目前九頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)計(jì)算時(shí)注意事項(xiàng)

1、絕對壓力2、溫度單位K3、統(tǒng)一單位（最好均用國際單位）10目前十頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)第二節(jié)理想氣體的(比)熱容SpecificHeats計(jì)算內(nèi)能,焓,熱量都要用到熱容定義:熱容物體的溫度升高1K或1oC所需的熱量Theenergyrequiredtoraisethetemperatureofasubstancebyonedegree.單位:J/K或J/℃11目前十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)Cm=M·c=0.0224141C'熱容單位:J/K比熱容（單位質(zhì)量）單位：J/(kg·K)

J/(kg·℃)Cm:

摩爾熱容－1mol物質(zhì)的熱容單位：J/(mol·K)C':

體積熱容－1m3物質(zhì)的熱容單位：J/(m3·K)12目前十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)Ts(1)(2)1K比熱容是過程量還是狀態(tài)量?c1c2用的最多的某些特定過程的比熱容定容比熱容定壓比熱容T13目前十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)定容比熱容cv任意準(zhǔn)靜態(tài)過程Specificheatatconstantvolume任意準(zhǔn)靜態(tài)過程定壓比熱容cpSpecificheatatconstantpressure14目前十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)cv和cp的說明1、cv和cp，過程已定,可當(dāng)作狀態(tài)量。2、前面的推導(dǎo)沒有用到理想氣體性質(zhì)3、h、u、s的計(jì)算要用cv和cp。適用于任何氣體。cp物理意義：p時(shí)1kg工質(zhì)升高1K焓的增加量

cv物理意義：v時(shí)1kg工質(zhì)升高1K熱力學(xué)能的增加量15目前十五頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)cv和cp的關(guān)系Cm=M·c邁耶公式16目前十六頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)cv和cp的關(guān)系定義：比熱容比17目前十七頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)常見工質(zhì)的cv和cp的數(shù)值0oC時(shí)：cv,air=0.716kJ/(kg·K)cp,air=1.004kJ/(kg·K)

cv,O=0.655kJ/(kg·K)cp,O=0.915kJ/(kg·K)

1000oC時(shí)：cv,air=0.804kJ/(kg·K)cp,air=1.091kJ/(kg·K)

cv,O=0.775kJ/(kg·K)cp,O=1.035kJ/(kg·K)25oC時(shí)：cv,HO=cp,H2O=4.1868kJ/(kg·K)2222218目前十八頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)真實(shí)比熱容理想氣體的比熱容是溫度的復(fù)雜函數(shù)(附表4)平均比熱容（附表5）溫度由t1升高到t2所需的熱量q除以溫差(t2–t1)19目前十九頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)平均比熱容的直線關(guān)系式（附表6）定值比熱容假定比熱容與溫度成直線關(guān)系i分子運(yùn)動(dòng)自由度（運(yùn)動(dòng)方向的個(gè)數(shù)）單原子分子：空間三個(gè)方向的平移；3雙原子分子：平移、垂直于原子連線軸的旋轉(zhuǎn)。520目前二十頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)第三節(jié)理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵一、理想氣體的u和h積分1熱力學(xué)能u定容過程吸收的熱全部轉(zhuǎn)化為熱力學(xué)能21目前二十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)定壓過程吸收的熱全部轉(zhuǎn)化為焓2焓h22目前二十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)理想氣體，任何過程熱力學(xué)能和焓的計(jì)算23目前二十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)（1）水蒸氣三相態(tài)中的液態(tài)水的u為零（2）一些制冷工質(zhì)：－20℃或－40℃飽和液態(tài)u為零（3）理想氣體：0K或0℃時(shí)h為零關(guān)于基準(zhǔn)態(tài)——熱力學(xué)能或焓值為零取熱力學(xué)能或焓值為零的點(diǎn)作為計(jì)算的基準(zhǔn)24目前二十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)二狀態(tài)參數(shù)熵s熵的定義:

可逆過程交換的熱量

比熵變

熱力學(xué)溫度

僅可逆適用？可逆過程

T1p1v1s1T2p2v2s212僅取決于初態(tài)和終態(tài)25目前二十五頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)三理想氣體熵變計(jì)算26目前二十六頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)左邊除以pv右邊除以RgT即積分得27目前二十七頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)近似計(jì)算時(shí)，取cp、cv為定值，則28目前二十八頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)思考題3.氣體吸熱后熱力學(xué)能一定升高？1.氣體吸熱后熵一定增大？2.氣體吸熱后溫度一定升高？4.氣體膨脹時(shí)一定向外做功？5.氣體壓縮時(shí)一定耗功？29目前二十九頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)第四節(jié)水蒸氣的飽和狀態(tài)和相圖水蒸氣?水蒸氣蒸氣蒸汽SteamVaporWaterVapor液體或固體因蒸發(fā)、沸騰或升華而變成的氣體水加熱到沸點(diǎn)所變成的水汽;氣態(tài)的水。亦稱“水蒸氣”30目前三十頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)水蒸氣在空氣中含量極小，當(dāng)作理想氣體一般情況下，為實(shí)際氣體，使用圖表18世紀(jì)，蒸氣機(jī)的發(fā)明，是唯一工質(zhì)直到內(nèi)燃機(jī)發(fā)明，才有燃?xì)夤べ|(zhì)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)優(yōu)點(diǎn):便宜，易得，無毒，膨脹性能好，傳熱性能好是其它實(shí)際氣體的代表31目前三十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)物質(zhì)三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)相圖：由同一物質(zhì)不同相之間的平衡曲線組成的圖水的三態(tài)：冰、水、蒸汽SolidLiquidGas

IceWaterSteamTp低溫高壓高溫低壓中溫中壓固態(tài)液態(tài)氣態(tài)高溫高壓32目前三十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)純物質(zhì)的p-T相圖pT液氣固一般物質(zhì)三相點(diǎn)臨界點(diǎn)流體升華線凝固線pT液氣固水三相點(diǎn)Ttp臨界點(diǎn)流體升華線凝固線汽化線汽化線Ttp＝273.16K，ptp=611.659Pa33目前三十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)思考題沒有。t>374.16℃有3.有沒有500oC的水？1.溜冰冰刀2.北方冬天晾在外邊的衣服，是否經(jīng)過液相4.有沒有-3℃的蒸汽？5.一密閉容器內(nèi)有水的汽液混合物，對其加熱，是否一定能變成蒸汽？是34目前三十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)第五節(jié)水的汽化過程和臨界點(diǎn)汽化：由液態(tài)變成氣態(tài)的物理過程(不涉及化學(xué)變化)凝結(jié)：由氣態(tài)變成液態(tài)的過程，汽化的反過程沸騰(Boil)：表面和液體內(nèi)部同時(shí)發(fā)生的汽化

(氣體和液體均處在飽和狀態(tài)下）蒸發(fā)(Vaporization)：汽液表面上的汽化一基本概念35目前三十五頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)二飽和狀態(tài)Saturationstate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一一對應(yīng)放掉一些水，Ts不變，

ps？Tspsps=1.01325barts=100℃青藏ps=0.6barts=85.95℃高壓鍋ps=1.6barts=113.32℃SaturationtemperatureSaturationpressure36目前三十六頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)三水蒸氣的定壓發(fā)生過程t<tst=tst=tst=tst>tsv<v'v=v'v=v''v'

<v<v''v>v''未飽和水飽和水飽和濕蒸汽飽和干蒸汽過熱蒸汽h<h'h=h'h=h''h'

<h<h''h>h''s<s's=s's=s''s'

<s<s''s>s''水預(yù)熱汽化過熱液體熱ql汽化潛熱γ過熱熱qsup37目前三十七頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)sp-v圖，T-s圖上的水蒸氣定壓加熱過程一點(diǎn)：臨界點(diǎn)；

二線：飽和水線、飽和蒸汽線；三區(qū)：過冷水區(qū)、濕蒸汽區(qū)、過熱蒸汽區(qū)；五態(tài)：過冷水、飽和水、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽干度x：1kg濕蒸汽中含有xkg的飽和蒸汽，余下的為飽和水。38目前三十八頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)第六節(jié)水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)關(guān)注變化值，故原則上可任取零點(diǎn)。國際上統(tǒng)一規(guī)定：但原則上不為0，對水：

一焓、熱力學(xué)能、熵零點(diǎn)的規(guī)定水的三相點(diǎn)39目前三十九頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)確定的原則1、未飽和水及過熱蒸汽確定任意兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，如：p、T2、飽和水和干飽和蒸汽確定p和T3、濕飽和蒸汽除p或T外，其它參數(shù)與兩相比例有關(guān)干度x：如果有1kg濕蒸氣，干度為x,即有xkg飽和蒸汽，(1-x)kg飽和水。40目前四十頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)s273.16K過程量：終態(tài)與初態(tài)的差值如：沿第一條曲線。確定0'，1'，1''和1點(diǎn)的狀態(tài)，就可計(jì)算過程量。二狀態(tài)參數(shù)的確定溫度為0.01℃、壓力為p的過冷水溫度為t、壓力為p的飽和水溫度為t、壓力為p的干飽和蒸汽溫度為t、壓力為p的濕飽和蒸汽壓力為p的過熱蒸汽41目前四十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)0'溫度為0.01℃、壓力為p的過冷水1'溫度為t、壓力為p的飽和水42目前四十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)1''溫度為t、壓力為p的干飽和蒸汽以''表示1'～1''溫度為t、壓力為p的濕飽和蒸汽需用到干度x43目前四十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)壓力為p的過熱蒸汽過熱度：超過ts之值過熱量:不宜工程使用44目前四十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十一點(diǎn)第七節(jié)水蒸氣表和圖一水蒸氣表有兩類2、未飽和水和過熱蒸汽表1、飽和水和干飽和蒸汽表五種狀態(tài)：未飽和水、飽和水、濕蒸汽、飽和蒸汽、過熱蒸汽按溫度排列：按壓力排列：實(shí)際上由飽和參數(shù)計(jì)算獲