動(dòng)力熱力學(xué)氣體和蒸汽的性質(zhì)

第三章氣體和蒸汽的性質(zhì)

(Propertiesofgasandvapor)熱力學(xué)內(nèi)容基本概念和定律工質(zhì)熱力性質(zhì)理想氣體實(shí)際氣體狀態(tài)方程比熱內(nèi)能、焓和熵的計(jì)算過程和循環(huán)本文檔共69頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分§3-1理想氣體的概念一、理想氣體的基本假設(shè)微觀上：①分子為不占體積的彈性球體（質(zhì)點(diǎn)）；②除碰撞外分子間無作用力。U=U(T)宏觀上：滿足pv=RgT本文檔共69頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分實(shí)際氣體可以近似看作理想氣體的條件：通常壓力下，當(dāng)T>(2.5-3)Tcr時(shí)，一般可看作理想氣體。理想氣體是實(shí)際氣體在低壓高溫時(shí)的抽象。本文檔共69頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分二、理想氣體狀態(tài)方程(ideal-gasequation)Pam3

kgK氣體常數(shù)：J/(kg.K)R=MRg=8.3145J/(mol.K)M—摩爾質(zhì)量(kg/mol)例題\第三章\A410144作業(yè)：四版3-1，6；三版3-1，4本文檔共69頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分§3-2理想氣體的比熱容一、定義和基本關(guān)系式定義：c與過程特性有關(guān)c是溫度的函數(shù)根據(jù)物質(zhì)量多少的不同，有以下三種形式：c可有正有負(fù)1.質(zhì)量比熱容c物質(zhì)量為1kg，比熱為單位J/（kg?K），本文檔共69頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分2.摩爾熱容3.體積比熱容單位為標(biāo)準(zhǔn)立方米：標(biāo)準(zhǔn)狀況(1atm,0℃)下1立方米容積內(nèi)氣體量。注意：不是標(biāo)況時(shí)，1標(biāo)準(zhǔn)立方米的氣體量不變，但體積變化。單位J/（mol?K）三種比熱的關(guān)系：本文檔共69頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分定壓熱容（比定壓熱容）

(constant

pressure

specific

heatcapacity

per

unit

of

mass)

定容熱容（比定容熱容）

(constant

volume

specific

heatcapacity

per

unit

of

mass)按過程及1、一般表達(dá)式代入（A）式得比熱容的一般表達(dá)式Lead—鉛Copper—銅Iron—鐵本文檔共69頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分定容過程

dv=0若為理想氣體是溫度的函數(shù)2.據(jù)一般表達(dá)式本文檔共69頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分3.據(jù)一般表達(dá)式若為理想氣體cp是溫度函數(shù)本文檔共69頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分4.cp-

cV

邁耶公式（Mayer’s

formula）理想氣體可逆絕熱過程的絕熱指數(shù)k=γ本文檔共69頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分5.討論a)

cp與cV均為溫度函數(shù),但cp–cV恒為常數(shù)：Rg

b)(理想氣體)cp恒大于cv

物理解釋:本文檔共69頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分定容定壓b與c溫度相同,均為(T+1)K而0本文檔共69頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分c)氣體常數(shù)Rg的物理意義由b)Rg是1kg某種理想氣體定壓升高1k對外作的功。二、用比熱計(jì)算熱量原理:本文檔共69頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分1.定值比熱容(invariable

specific

heat

capacity)

據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)理論，可導(dǎo)出對cn作不同的技術(shù)處理可得精度不同的熱量計(jì)算方法:

本文檔共69頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分單原子氣體

i=3雙原子氣體

i=5多原子氣體

i=6本文檔共69頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分多原子誤差更大工程上，建議參照附表3提供的常用氣體在各種溫度下的比熱容值本文檔共69頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分2.利用真實(shí)比熱容(true

specific

heat

capacity)積分附表\附表4.doc

比熱多項(xiàng)式：3.利用平均比熱容表(mean

specific

heat

capacity)T1,

T2均為變量,

制表太繁復(fù)

=面積amoda-面積bnodb本文檔共69頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分而由此可制作出平均比熱容表附表\附表5.doc

本文檔共69頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分附:線性插值本文檔共69頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分4.平均比熱直線式

令cn=a+bt,則即為間平均比熱直線式t的系數(shù)已除過2

注意:附表查得附表\附表6.doc

例：空氣:cp=0.9956+0.000093×(150+350)=1.042本文檔共69頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分四種方法的比較：定值最簡單(估算)精度低平均簡單(手算)精確多項(xiàng)式復(fù)雜(適合電算)精確哪種最好？權(quán)衡本課練習(xí)中，一般用定值本文檔共69頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分§3-3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

1.理想氣體熱力學(xué)能和焓僅是溫度的函數(shù)

b)a)因理想氣體分子間無作用力比熱有四種計(jì)算法，熱力學(xué)能和焓共有五種處理方法。本文檔共69頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分討論:

如圖:00本文檔共69頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分若為任意工質(zhì)

對于理想氣體一切同溫限之間的過程Δu及Δh相同,

且均可用cVΔT及cp

ΔT計(jì)算;

對于實(shí)際氣體Δu及Δh不僅與ΔT有關(guān),還與過程有關(guān)且只有定容過程Δu=

cVΔT,定壓過程Δh=

cpΔT。2.熱力學(xué)能和焓零點(diǎn)的規(guī)定

可任取參考點(diǎn),令其熱力學(xué)能為零,但通常取0K。附表\附表7.doc

例題\第三章\A413265.ppt

本文檔共69頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分3.利用氣體熱力性質(zhì)表計(jì)算熱量

據(jù)例題\第三章\A411197.ppt

附表\附表7.doc

作業(yè)：

四版3-9，11，15

三版3-7，9，13（熵）.

本文檔共69頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分二、狀態(tài)參數(shù)熵（entropy）及理想氣體熵變的計(jì)算1.定義2.理想氣體的熵是狀態(tài)參數(shù)式中：強(qiáng)調(diào)可逆過程中的吸熱量（δq）rev；非可逆過程ds≠δq/T本文檔共69頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分定比熱s=s(T,v)s=s(T,p)s=s(p,v)本文檔共69頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分3.零點(diǎn)規(guī)定:

通常取基準(zhǔn)狀態(tài)（1atm，0K）下氣體的熵為零例題\第三章\A910133.ppt

4.理想氣體變比熱熵差計(jì)算（精確計(jì)算，不用平均比熱和多項(xiàng)式）令則制成表

則本文檔共69頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分三、T-s坐標(biāo)圖Ts4312①平衡態(tài)②可逆過程點(diǎn)曲線③q1-2=面積12341=吸熱δq>0,ds>o；絕熱δq=0，ds=0；放熱δq<0,ds<0.例題\第三章\A4111551.ppt

例題\第三章\A4111552.ppt

本文檔共69頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分§3-4水蒸汽的飽和狀態(tài)和相圖在熱力設(shè)備中，水蒸汽是實(shí)際氣體。因p高，T在Tcr附近，如在本章及蒸汽動(dòng)力循環(huán)中；在濕空氣中，水蒸汽近似看作理想氣體，因pv很低

(過熱度很大)見第十二章理想氣體混合物及濕空氣。本文檔共69頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分一、飽和溫度和飽和壓力汽化(vaporization

)

：由液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)的過程。沸騰：在液體內(nèi)部和表面同時(shí)進(jìn)行的強(qiáng)烈汽化過程。Saturated

temperature

and

Saturated

pressure（一）汽化和液化(vaporization

and

liquefaction)蒸發(fā)：在液體表面進(jìn)行的汽化過程；液化(凝結(jié))(liquefaction)：汽液本文檔共69頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分飽和液體：處于飽和狀態(tài)的液體；飽和蒸汽：處于飽和狀態(tài)的汽體；飽和溫度：飽和狀態(tài)時(shí)的溫度，Ts或ts；凝結(jié)汽化二者速度相等平衡（二）飽和狀態(tài)(Saturated

state)

當(dāng)汽化速度=液化速度時(shí)，系統(tǒng)

處于動(dòng)態(tài)平衡——飽和狀態(tài)。飽和壓力：飽和狀態(tài)時(shí)的壓力，ps(一般指汽，液內(nèi)上下有壓差)注：1.TsPs或Ts=f(ps),它們不獨(dú)立2.獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)的個(gè)數(shù)：π=n-Φ+2=1-2+2=1

不同的飽和狀態(tài)用1個(gè)參數(shù)就能區(qū)別。本文檔共69頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分§3-5水的汽化過程和臨界點(diǎn)壓力p一定，加熱。從0.01℃開始(三相點(diǎn)溫度以下有固態(tài)，工程上一般不用)，經(jīng)歷以下五種狀態(tài)。

過冷水(未飽和水)加熱Q飽和水Q濕蒸汽QQQ干飽和蒸汽過熱蒸汽本文檔共69頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分畫在p-v圖上增加壓力到p2，重復(fù)上述過程，得定壓線202’2’’2壓力為p4時(shí)，汽化在C點(diǎn)瞬間完成，C點(diǎn)叫臨界點(diǎn)。

pcr=22.064Mpa，Tcr=373.99℃p>pc時(shí)，加熱到Tc溫度時(shí)，瞬間汽化。101’’1’2’’2’1202303’3’’5040???????????????vpCTcTTp壓力為p1時(shí)，定壓線101’1’’1本文檔共69頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分注意：101’’1’2’’2’1202303’3’’5040???????????????vpCTcTTp下界線向右斜，說明：溫度提高(同時(shí)飽和壓力也提高)時(shí)，飽和液比容增加。是因?yàn)轱柡鸵阂蚣訜岫蛎浀挠绊懘笥谝蛏龎憾w積減小的影響。上界線向左斜，說明：溫度提高(同時(shí)飽和壓力提高)時(shí)，飽和汽比容減小。是因?yàn)轱柡推蚣訜岫蛎浀挠绊懶∮谝蛏龎憾w積減小的影響。本文檔共69頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分T-s圖???????p51’1’’2’’2’sC3’3’’TcT-s圖Tp4p3p2p1下界線(飽和水線)：1’2’3’C上界線(飽和汽線)：1’’2’’3’’C三個(gè)相區(qū)：液相區(qū)，1’2’3’CTc之內(nèi)區(qū)；汽液共存區(qū)，1’2’3’C3’’2’’1’’之內(nèi)區(qū)；汽相區(qū)，TcC3’’2’’1’’以上區(qū)。v本文檔共69頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分以上所講歸納為：一點(diǎn)、二線、三區(qū)、五態(tài)過熱液體：溫度高于飽和溫度；過熱蒸汽：溫度高于飽和溫度。過熱度D=t–ts或叫⊿t。另外還有：過冷液體：溫度低于飽和溫度(未飽和液)；過冷蒸汽：溫度低于飽和溫度；本文檔共69頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分使未飽和液達(dá)到飽和的途徑：使過熱蒸汽達(dá)到飽和的途徑：？本文檔共69頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分水的三相點(diǎn)三相點(diǎn)：固態(tài)、液態(tài)、汽態(tài)三相平衡共存的狀態(tài)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)個(gè)數(shù)π=n-Φ+2=1-3+2=0；說明三相點(diǎn)只有一個(gè)。本文檔共69頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分2.p-t圖Ttpp3pp2p1B????????tbb’c’cAd固態(tài)液態(tài)汽態(tài)C點(diǎn)：臨界點(diǎn)TtpC線：汽液兩相共存，代表ps=f(ts)；TtpB線：固液兩相共存，熔點(diǎn)溫度與壓力的關(guān)系；TtpA線：固汽兩相共存，升華溫度與壓力之關(guān)系；Ttp點(diǎn)：三相點(diǎn)C本文檔共69頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分Ttpp3pp2p1B????????tbb’c’cAd固態(tài)液態(tài)汽態(tài)三個(gè)相區(qū)：BTtpA左側(cè)，固相；

BTtpC上側(cè)，液相；

ATtpC右側(cè)，汽相。C本文檔共69頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分Ttpp3pp2p1B????????tbb’c’cAd固態(tài)液態(tài)汽態(tài)p2時(shí)：固體加熱到b點(diǎn)，固體溶化為液體，再加熱到c點(diǎn)，液

汽化為汽，汽化時(shí)溫度不變，再加熱為過熱蒸汽；定壓加熱：p3時(shí)：固體加熱到b’時(shí)溶化，再加熱到c’時(shí)汽化。p1時(shí)：固體加熱到d點(diǎn)，固體升華為汽體，相變過程中溫度不變，再加熱為過熱；C本文檔共69頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分定溫壓縮：

t>tc時(shí)：氣態(tài)壓縮不能得到液態(tài)

tTtp<t<tc：對汽態(tài)壓縮凝結(jié)為液態(tài)

t<tTtp時(shí)：汽態(tài)壓縮為固體固體壓縮可為液體。Ttpp3pp2p1B????????tbb’c’cAd固態(tài)液態(tài)汽態(tài)C本文檔共69頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分§3-6水和水蒸汽的狀態(tài)參數(shù)指p、v、t、u、h和s等(一)零點(diǎn)的規(guī)定三相點(diǎn)的液態(tài)水(是飽和水)實(shí)測的(注：上標(biāo)“’”表飽和水狀態(tài))規(guī)定的換算的本文檔共69頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分(二)溫度為0.01℃，壓力為p的過冷水的參數(shù)（0

點(diǎn)）0.01℃01’1’’零點(diǎn)0’pvp0v0’ts????用通過“零點(diǎn)（0’）”的定溫加熱過程計(jì)算：忽略壓縮性，即dv=0，v0≈v0’，可推得w≈0，u≈u0’≈0,因?yàn)?/p>

u=u(T,v),T,v均不變

q=⊿u+w≈0,絕熱s0≈s0’,

因?yàn)閝=0h0≈0,因?yàn)閔0=u0+pv0只要p不太大，也可以看作是0’點(diǎn)。?本文檔共69頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分(三)溫度為ts℃，壓力為p的飽和水（1’點(diǎn)）用過“0”點(diǎn)的定壓加熱過程計(jì)算：p不太大時(shí)，水cp=4.1868kJ/kg；因?yàn)椋?(定壓)注：p較大時(shí)，cp變化較大，h0也不為零，不能這么算，要查表。0.01℃01’1’’零點(diǎn)0’vv0’ts?????本文檔共69頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分(四)壓力為p的干飽和蒸汽（1’’點(diǎn)）仍用定壓加熱過程計(jì)算汽化潛熱：可逆過程可逆定溫過程u’’,h’’,s’’,r可查蒸汽參數(shù)表(以后講)0.01℃01’1’’零點(diǎn)0’vv0’ts?????本文檔共69頁；當(dāng)前第47頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分(五)壓力為p的濕蒸汽（x點(diǎn)）飽和水和飽和蒸汽平衡共存干度：mv—蒸汽質(zhì)量，ml—液質(zhì)量即飽和蒸汽質(zhì)量占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。注意：1.0≤x≤1；

2.未飽和水和過熱蒸汽沒有干度的概念。0.01℃01’1’’零點(diǎn)0’vv0’ts??????x本文檔共69頁；當(dāng)前第48頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分濕蒸汽的參數(shù)：1.查h-s圖（部分?jǐn)?shù)據(jù)）

2.查飽和水和飽和蒸汽表從飽和水和飽和蒸汽表表上可查得：飽和水v’,h’,s’

飽和蒸汽v’’,h’’,s’’干度為x濕蒸汽：mvx=mvv’’+mlv’

是否有vx？vx=xv’’+(1-x)v’=v’+x(v’’-v’)可見v’≤vx≤v’’Vx=Vv+Vl

總體積=汽體積+液體積本文檔共69頁；當(dāng)前第49頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分類似地：sx=s’+x(s’’-s’)而u=h–pv均為折合量。hx=h’+x(h’’-h’)因?yàn)榇藭r(shí)汽相中參數(shù)為“′”，液相參數(shù)為“″”，系統(tǒng)內(nèi)部不均勻，沒有一處參數(shù)是“x”。本文檔共69頁；當(dāng)前第50頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分(六)壓力為p的過熱蒸汽（D點(diǎn)）如圖，仍可用定壓加熱得到。但因cp=f(p,t),估計(jì)算復(fù)雜，一般不計(jì)算而查表。0.01℃01’1’’零點(diǎn)0’vv0’ts??????D本文檔共69頁；當(dāng)前第51頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分(一)水蒸汽表飽和水和干飽和蒸汽表p88；§3-7水蒸汽表和圖數(shù)據(jù)來源：

IFC公式(國際公式化委員會)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)+公式分析未飽和水和過熱蒸汽表p89。本文檔共69頁；當(dāng)前第52頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分飽和水和飽和蒸汽表（溫度）本文檔共69頁；當(dāng)前第53頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分飽和水和飽和蒸汽表（壓力）本文檔共69頁；當(dāng)前第54頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分未飽和水和過執(zhí)掌蒸汽表本文檔共69頁；當(dāng)前第55頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分查表時(shí)，先判斷水蒸汽的狀態(tài)。先查出對應(yīng)p的ts；

如果t<ts,則為未飽和水，如圖中1點(diǎn)如果t>ts,則為過熱蒸汽，如圖中2點(diǎn)；Ts?????????1122ppspscctsvsT已知水蒸汽狀態(tài)(p,t)判斷方法：1.設(shè)ps=p，參見下圖。?本文檔共69頁；當(dāng)前第56頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分2.設(shè)ts=t,先查ps=f(ts)

如果p>ps,則為未飽和水，如圖1點(diǎn)如果p<ps,則為過熱蒸汽，如圖2點(diǎn)ts????????112ppspscctsvsT2本文檔共69頁；當(dāng)前第57頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分(二)T-s圖x=定值?cx=0x=1p=定值TsC點(diǎn)；上界線x=1；下界線x=0；等干度線；等壓線；三個(gè)相區(qū)；多用于分析水蒸汽循環(huán)。本文檔共69頁；當(dāng)前第58頁；編輯于星期一\13點(diǎn)6分(三)h-s圖C點(diǎn)定t線定p線定v線——紅色虛線定x線上界線x=1下界線x=0；三相區(qū)：汽相:x=1線以上；兩相:x=0和x=1線以下；