工程热力学第3章理想气体和蒸汽的性质.ppt

工程热力学工程热力学Engineering Thermodynamics大连理工大学大连理工大学 能源与动力学院能源与动力学院引言引言引言引言工程工程热热力学的主要研究内容：力学的主要研究内容：基本概念、基本定律基本概念、基本定律工工质质的的热热力性力性质质热热力力过过程和循程和循环环化学化学热热力学力学第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质实际气体实际气体实际气体实际气体理想气体理想气体理想气体理想气体状态方程状态方程状态方程状态方程比热比热比热比热内能、焓、熵的计算内能、焓、熵的计算内能、焓、熵的计算内能、焓、熵的计算第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质一、理想气体模型一、理想气体模型定定义义：两个假两个假设设：1、气体的分子是、气体的分子是弹弹性的，分子是本身不占据体性的，分子是本身不占据体积积的的质质点点2、气体分子、气体分子间间相互作用力不存在相互作用力不存在因此：因此：理想气体是理想气体是实际气体在实际气体在低压高温低压高温时的抽象。时的抽象。p0，v03.1 3.1 理想气体的概念理想气体的概念理想气体的概念理想气体的概念第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质宏观上宏观上宏观上宏观上微观上微观上微观上微观上实际实际气体可以近似看作理想气体的条件：气体可以近似看作理想气体的条件：通常通常压压力下，当力下，当T(2.53)Tcr时时，一般可看作理想气体。，一般可看作理想气体。1、常温常、常温常压压下的下的O2、N2、CO、CO2、H2等，它等，它们们的液的液化温度均化温度均远远低于低于环环境温度。境温度。2、烟气、燃气等是由各种成分不同的气体、烟气、燃气等是由各种成分不同的气体组组成的混合气成的混合气体，工程上体，工程上视为视为理想气体。理想气体。3、大气、烟气、燃气中包含的水蒸汽，由于份、大气、烟气、燃气中包含的水蒸汽，由于份额额少、少、压压力低、比体力低、比体积积大，通常大，通常认为认为具有理想气体的特性，也具有理想气体的特性，也视为视为理想理想气体。气体。微微观观上上讲讲，理想气体分子，理想气体分子间间没有力的作用，故没有力的作用，故U=U(T)。3.1 3.1 理想气体的概念理想气体的概念理想气体的概念理想气体的概念第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质二、理想气体状二、理想气体状态态方程式（方程式（Ideal-gas equation）根据分子运根据分子运动论动论，采用，采用统计统计方法得到方法得到理想气体状理想气体状态态方程式（克拉方程式（克拉贝贝隆隆Clapeyron方程）方程）结论结论：只与气体种只与气体种类类有关，而与气体所有关，而与气体所处处状状态态无关无关例如：例如：空气气体常数空气气体常数Rg=287.0 J/(kgK)氧气气体常数氧气气体常数Rg=259.8 J/(kgK)3.1 3.1 理想气体的概念理想气体的概念理想气体的概念理想气体的概念第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质Pam3/kgK气体常数气体常数单位：单位：J/(kgK)三、摩三、摩尔尔质质量和摩量和摩尔尔体体积积摩摩尔尔质质量：量：1 mol物物质质的的质质量，用符号量，用符号M表示，表示，单单位位 g/mol。数数值值上等于物上等于物质质的相的相对对分子分子质质量量Mr。例：例：若某物若某物质为质为m kg，摩，摩尔尔质质量量为为 M g/mol，则则其物其物质质的的量量n满满足：足：摩摩尔尔体体积积：1 mol气体的体气体的体积积，用符号，用符号Vm表示，表示，则则有有阿伏伽德阿伏伽德罗罗定律指出：定律指出：同温同同温同压压下，各种气体的摩下，各种气体的摩尔尔体体积积相同。相同。给给定定标标准状况准状况：1 mol任意气体的体任意气体的体积积同同为为3.1 3.1 理想气体的概念理想气体的概念理想气体的概念理想气体的概念第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质p0=101325 Pa，T0=273.15 K（0）四、摩四、摩尔尔气体常数气体常数（同温同（同温同压压下，各种气体的摩下，各种气体的摩尔尔体体积积相同）相同）故：故：用用R表示表示MRg摩摩尔尔气体常数气体常数：3.1 3.1 理想气体的概念理想气体的概念理想气体的概念理想气体的概念第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质两边乘以摩尔质量两边乘以摩尔质量M既与状态无关，也与气既与状态无关，也与气体性质无关的普适恒量。体性质无关的普适恒量。四、摩四、摩尔尔气体常数气体常数1 kg物物质质m kg物物质质1 mol物物质质n mol物物质质摩摩尔尔流量流量qn、质质量流量量流量qm、体、体积积流量流量qV表示：表示：3.1 3.1 理想气体的概念理想气体的概念理想气体的概念理想气体的概念第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质ATTENTION：1、Rg和和R的区别的区别2、必须采用绝对压力、必须采用绝对压力3、统一采用国际单位、统一采用国际单位五、理想气体状五、理想气体状态态方程的工程方程的工程应应用用1、确定理想气体未知的基本状、确定理想气体未知的基本状态态参数；参数；2、确定气体的量；、确定气体的量；3、不同状、不同状态态下气体体下气体体积换积换算；算；4、热热力学理力学理论论推推导导。3.1 3.1 理想气体的概念理想气体的概念理想气体的概念理想气体的概念第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质一、比一、比热热容的定容的定义义1、热热容（容（C）：）：物体温度升高物体温度升高1 K（或（或1 C）所需所需热热量量2、比、比热热容（容（c）：）：1 kg物物质质温度升高温度升高1 K （或（或1 C）所需所需热热量，量，J/(kgK)(specific heat capacity per unit of mass)3、摩、摩尔尔热热容（容（C）：）：1 mol物物质质的的热热容，容，J/(molK)(volumetric specific heat capacity)4、体体积积热热容容（Cm）：标标准准状状况况下下1 m3物物质质的的热热容容，J/(m3K)(mole specific heat capacity)5、三者之、三者之间间关系：关系：3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质一、比一、比热热容的定容的定义义讨讨论论：一一定定量量的的物物质质在在吸吸收收或或放放出出热热量量时时，其其温温度度变变化化的的大大小取决于工小取决于工质质的性的性质质、数量和所、数量和所经历经历的的过过程。程。注意：注意：1、c与与过过程特性有关；程特性有关；2、c是温度的函数。是温度的函数。因因为为c与与过过程有关，因此程有关，因此过过程上常用的是：程上常用的是：定定压压热热容（比定容（比定压热压热容）：容）：cp、Cp,m、cp定容定容热热容（比定容容（比定容热热容）：容）：cV、CV,m、cV3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质1、比定容、比定容热热容容cV热热力学第一定律力学第一定律 定容定容时时（dv=0）3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质可逆过程可逆过程1、比定容、比定容热热容容cV比比定定容容热热容容是是在在体体积积不不变变的的情情况况下下比比热热力力学学能能对对温温度度的的偏偏导导数数，其其数数值值上上等等于于在在体体积积不不变变的的情情况况下下物物质质温温度度变变化化1 K时时比比热热力学能的力学能的变变化量。化量。（忽略分子（忽略分子间间作用力，无内位能）作用力，无内位能）3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质适用于一切工质适用于一切工质对于理想气体对于理想气体仅是仅是T的函数的函数2、比定、比定压热压热容容cp热热力学第一定律力学第一定律 定定压时压时（dp=0）3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质可逆过程可逆过程2、比定容、比定容热热容容cp比比定定压压热热容容是是在在压压力力不不变变的的情情况况下下比比焓焓对对温温度度的的偏偏导导数数，其其数数值值上上等等于于在在压压力力不不变变的的情情况况下下物物质质温温度度变变化化1 K时时比比焓焓的的变变化量。化量。（h=u+pv=u+RgT）3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质适用于一切工质适用于一切工质对于理想气体对于理想气体仅是仅是T的函数的函数3、迈迈耶公式及比耶公式及比热热容比容比对对理想气体的理想气体的焓焓h=u+RgT对对T求求导导（1）cp、cV均均为为温度函数温度函数（2）同温度，任意气体的）同温度，任意气体的cpcV恒大于恒大于0，且，且为为Rg（3）两）两侧侧都乘以摩都乘以摩尔尔质质量量M（4）cp易易实验测实验测定，定，进进而由而由迈迈耶公式确定耶公式确定cV3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质迈耶公式迈耶公式比热容比比热容比请分析原因请分析原因一、比一、比热热容的定容的定义义思考：思考：为为什么什么cpcV恒大于恒大于0？提示：提示：a定容到定容到b：a定定压压到到c：b和和c温度相同，均温度相同，均为为T+1，uab=uac又又vcva，p(vc-va)0，即有，即有qpqv从而有从而有3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质pvabcTT+104、关于、关于cp、cV的的总结总结（1）（2）cp、cV，热热力力过过程已定，可作程已定，可作为为状状态态参数参数（3）h、u、s的的计计算要用算要用cp、cV 3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质适合一切工质适合一切工质仅适合理想气体仅适合理想气体思考：思考：比热容比热容c是状态量还是过程量？是状态量还是过程量？一、比一、比热热容的定容的定义义思考：思考：比比热热容容c是状是状态态量量还还是是过过程量？程量？提示：提示：3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质Ts(1)1Kc1c2(2)二、利用比二、利用比热热容容计计算算热热量量原理：原理：方法：方法：真真实实比比热热容容平均比平均比热热容表容表平均比平均比热热容的直容的直线线关系式关系式定定值值比比热热容容3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质1、真、真实实比比热热容容Attached Table 4 on Page 4393.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质Cp,m/R几种气体的几种气体的Cp,m/R随温度随温度变变化化（教材（教材p67 Fig.3-1)ATTENTION：1、比热容和温度的单位、比热容和温度的单位2、注意参数适用范围、注意参数适用范围2、平均比、平均比热热容表容表从从t1到到t2所需所需热热量量q为为面面积积EFDBE3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质t c(cp,cV)c=a+bt c=b0+b1t+b2t2+HM GFEANDOBt1 t2 2、平均比、平均比热热容表容表q=SAFDOA-SAEBOAAttached Table 5 on Page 4403.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质注意：注意：1、温度为摄氏度、温度为摄氏度2、附表、附表5为为cp，如何求，如何求cVt c(cp,cV)c=a+bt c=b0+b1t+b2t2+HM GFEANDOBt1 t2 3、平均比、平均比热热容的直容的直线线关系式关系式近似近似认为认为c=a+btAttached Table 6 on Page 441例例如如，O2的的cpkJ/(kgK)=0.919+0.0001065tC，求求从从100C到到200C的平均比定的平均比定压热压热容。容。cpkJ/(kgK)=0.919+0.0001065(200C+100C)=0.95095 kJ/(kgK)3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质注意：注意：1、温度为摄氏度、温度为摄氏度2、若比热容满足、若比热容满足c=l+mt+nt2，推导平均比热容关系式，推导平均比热容关系式4、定、定值值比比热热容容适用范适用范围围：计计算精度要求不高，或气体算精度要求不高，或气体处处于于较较低温度范低温度范围时围时。定定值值比比热热容与分子容与分子结结构有关。构有关。Attached Table 3 on Page 438如果温度如果温度变变化化范范围较围较大大时时3.2 3.2 理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（理想气体的比热容（specific heat capacityspecific heat capacity）第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质自由度自由度单原子分子单原子分子（i=3）双原子分子双原子分子（i=5）多原子分子多原子分子（i=6）CV,mJ/(molK)Cp,mJ/(molK)=CV,m/Cp,m3R/25R/21.675R/27R/21.407R/29R/21.29第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质一、一、热热力学能和力学能和焓焓1、概述、概述理想气体的理想气体的热热力学能力学能和和焓值焓值是是温度的温度的单值单值函数函数。故有：故有：ub=uc=ud，hb=hc=hd结论结论：理理想想气气体体，任任意意过过程程的的热热力力学学能能变变化化量量都都和和温温度度变变化化相相同同的的定容定容过过程程的的热热力学能力学能变变化量相等；化量相等；理理想想气气体体，任任意意过过程程的的焓焓变变化化量量都都和和温温度度变变化化相相同同的的定定压压过过程程的的焓变焓变化量相等。化量相等。3.3 3.3 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质v ps Ta a b b c d c d OOpv=定定值值v=定定值值p=定定值值T、u、h一、一、热热力学能和力学能和焓焓1、概述、概述总结总结：任意任意过过程，只要温度从程，只要温度从T1T2，不考，不考虑压虑压力和比体力和比体积积3.3 3.3 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质定容定容时时（dv=0）定定压时压时（dp=0）一、一、热热力学能和力学能和焓焓2、理想气体、理想气体热热力学能和力学能和焓焓的求算方法的求算方法 按定按定值值比比热热容求算；容求算；按真按真实实比比热热容求算；容求算；按平均比按平均比热热容求算；容求算；按气体按气体热热力性力性质质表上所列的表上所列的u或或h求算：求算：（Attached Tables 7 and 8 on Pages 442445）。）。该该表表一一般般规规定定0 K为为基基准准点点，即即T=0时时，焓焓值值为为0，h0 K=0，相相应应的的则则由理想气体状由理想气体状态态方程，方程，u0 K=0。对应对应温度温度T的的h和和u分分别为别为：3.3 3.3 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质思考：思考：若若以以0C时时焓焓值值为为起起点点，即即h0C=0，那么，那么u0C为多少？为多少？一、一、热热力学能和力学能和焓焓3、利用气体、利用气体热热力性力性质质表表计计算算热热量量4、热热力学第一定律具体化力学第一定律具体化适用范适用范围围：理想气体、可逆：理想气体、可逆过过程。程。3.3 3.3 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质二、状二、状态态参数参数熵熵（entropy）1、定、定义义qrev：1 kg工工质质在微元在微元可逆可逆过过程程中与中与热热源交源交换换的的热热量量T：传热时传热时工工质质的的热热力学温度力学温度ds：微元：微元过过程中程中1 kg工工质质的的熵变熵变，比，比熵变熵变对对于非可逆于非可逆过过程，程，则则dsq/T2、单单位：位：J/(kgK)和和J/(molK)3、理想气体的、理想气体的熵熵是状是状态态参数参数3.3 3.3 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质How to prove it？三、理想气体的三、理想气体的熵变计熵变计算算因因此此：s1-2完完全全取取决决于于初初态态和和末末态态，与与过过程程经经历历的的途途径径无无关关，是状是状态态参数，即参数，即s1-2=f(T,p)。3.3 3.3 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质可逆过程可逆过程只取决于只取决于T1和和T2只决定于只决定于p1和和p2三、理想气体的三、理想气体的熵变计熵变计算算3.3 3.3 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质s=s(T,p)s=s(p,v)三、理想气体的三、理想气体的熵变计熵变计算算 1、根据真、根据真实实比比热热容公式容公式cp=f(T)2、借助、借助查查表确定表确定 规规定：基准状定：基准状态态p0=1.01325105 Pa、T0=0 K 上上标标“0”表示表示压压力力为标为标准大气准大气压压则则任意状任意状态态（T,p）的）的s值值选选取基准状取基准状态态（T0,p0），），则则状状态态（T,p0）的）的s0值为值为3.3 3.3 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质三、理想气体的三、理想气体的熵变计熵变计算算s0值值仅仅取取决决于于温温度度T（Attached Tables 8&9 on Pages 444-446）1 mol气体的气体的熵变熵变：3.3 3.3 理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵理想气体的热力学能、焓和熵第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质例例1：1 kg 空气从空气从0.1 MPa，100 C变变化到化到0.5 MPa，1000 C。求：（求：（1）u12，h12；（；（2）qV、qp。解：解：空气且空气且压压力不太高，作理想气体力不太高，作理想气体处处理。理。习题习题习题习题例例例例1 1第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质方法一：取定值比热容方法一：取定值比热容习题习题习题习题例例例例1 1第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质方法一：取定值比热容方法一：取定值比热容方法二：平均比热容的直线关系式（附表方法二：平均比热容的直线关系式（附表6）习题习题习题习题例例例例1 1第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质方法三：平均比热容表（附表方法三：平均比热容表（附表5）习题习题习题习题例例例例1 1第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质方法四：气体热力性质表（附表方法四：气体热力性质表（附表7）定比定比热热:u=647.1 kJ/kg；h=906.3 kJ/kg平均比平均比热热直直线线:u=729.9 kJ/kg；h=988.1 kJ/kg平均比平均比热热表表:u=732.1 kJ/kg；h=990.4 kJ/kg气体气体热热力性力性质质表表:u=731.7 kJ/kg；h=990.0 kJ/kg1）定比）定比热误热误差差较较大。大。2）上述）上述计计算与算与压压力力变变化无关？化无关？习题习题习题习题例例例例1 1第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质总结总结讨论讨论 本本例例中中虽虽然然给给出出了了初初态态和和终终态态的的压压力力，但但在在解解题题过过程程没没有有涉涉及及压压力力，因因为为理理想想气气体体的的焓焓和和热热力力学学能能只只与与温温度度有有关关，不不论论什什么么过过程程，只只要要初初、终终态态温温度度相相等等，它它们们的的焓焓变变及及热热力力学学能能变变分分别别相相等。等。但但是是对对于于实实际际气气体体而而言言，只只有有定定容容过过程程的的u才才等等于于定定容容过过程程的的热热量量，只只有有定定压压过过程程的的h才才等等于于定定压压过过程程的的热热量量，其其它它过过程程的的 u不等于不等于q，其它，其它过过程的程的h也不等也不等q。习题习题习题习题例例例例1 1第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质思考思考例例2：1 kg 空气从空气从0.1 MPa，100 C变变化到化到0.5 MPa，1000 C。求：（求：（1）定比）定比热热容的容的熵变熵变；（；（2）变变比比热热容的容的熵变熵变。解：解：习题习题习题习题例例例例2 2第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质问题一：定比热容的熵变问题一：定比热容的熵变查查附表附表7：习题习题习题习题例例例例2 2第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质问题二：变比热容的熵变问题二：变比热容的熵变例例3：2 kmol 某某种种理理想想气气体体由由127 C，5 atm，冷冷却却到到 27 C，1 atm，已已知知该该气气体体的的Cm,pJ/(molK)=22.93+5.4410-3TK，求求该过该过程的程的熵变熵变。解：解：因因为为是理想气体：是理想气体：气气体体热热容容为为温温度度的的函函数数时时过过程程的的熵熵变变计计算算，没没有有什什么么困困难难，多个多个积积分而已。分而已。习题习题习题习题例例例例3 3第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质例例4：下列哪些气体近似可看作理想气体下列哪些气体近似可看作理想气体_？A 柴油机启柴油机启动动空气瓶中的高空气瓶中的高压压空气空气B 动动力机内的水蒸气力机内的水蒸气C 空空调设备调设备中所含水蒸气中所含水蒸气D 冰箱冰箱压缩压缩机内的制冷机内的制冷剂剂气体气体 提示：提示：理想气体：高温低理想气体：高温低压压A：高：高压压，不适宜，不适宜C、D：临临界界温温度度较较高高，蒸蒸气气在在通通常常的的工工作作温温度度和和压压力力下下离离液液态态不不远远，不适宜。，不适宜。习题习题习题习题例例例例4 4第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质总结总结总结总结第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质状状态态方程式：方程式：第一定律解析式：第一定律解析式：u、h、s的的计计算：算：w、wt、q的的计计算：算：过程方程式：过程方程式：作作业业作作业业：例：例：33、34（看懂、会做）（看懂、会做）作作业业：36、8、16。第二章第二章第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律First law of thermodynamics第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质水蒸气作水蒸气作为为广泛广泛应应用的工用的工质质，其，其优优点：点：易得、便宜、无毒易得、便宜、无毒良好的良好的热热力性力性质质膨膨胀胀性能好、性能好、传热传热性能好性能好1.在在热热力力设设备备中中，水水蒸蒸气气是是实实际际气气体体。因因水水蒸蒸气气距距液液态态不不远远，且且常常有有集集态态的的变变化化。如如在在本本章章及及蒸蒸汽汽动动力力循循环环中中；热热力力参参数数的的查查取可采用取可采用图图表表法法。2.在在湿湿空空气气中中，水水蒸蒸汽汽含含量量极极小小，近近似似看看作作理理想想气气体体，因因pv很很低低(过热过热度很大度很大)，见见第十二章湿空气。第十二章湿空气。3.其它物其它物质质的蒸汽，与水蒸汽的蒸汽，与水蒸汽热热力力变变化化规规律律类类似似。3.4 3.4 水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质一、汽化和液化（凝一、汽化和液化（凝结结）（）（vaporization and liquefaction）汽化：汽化：蒸发：蒸发：在液体表面进行的汽化过程；在液体表面进行的汽化过程；沸腾：沸腾：在液体内部和表面同时进行的强烈汽化过程。在液体内部和表面同时进行的强烈汽化过程。液化（凝液化（凝结结）：）：3.4 3.4 水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质液态液态 气态气态 气态气态 液态液态 二、二、饱饱和状和状态态（Saturated state）饱饱和和状状态态：当当汽汽化化速速度度=液液化化速速度度时时，系系统统处处于于动动态态平平衡衡，宏宏观观上气、液两相保持一定的相上气、液两相保持一定的相对对数量。数量。饱饱和温度和温度(Saturated temperature)：饱饱和状和状态态的温度，的温度，ts(Ts)饱饱和和压压力力(Saturated pressure)：饱饱和状和状态态的的压压力，力，ps蒸汽蒸汽压压力与密度力与密度为对应为对应温度下的最大温度下的最大值值注注意意：加加热热，使使温温度度升升高高并并保保持持定定值值，如如 t，系系统统建建立立新新的的动动态态平衡。与之平衡。与之对应对应，ps变变成成ps。故：故：ts(Ts)和和ps是一一是一一对应对应的，只有一个独立的，只有一个独立变变量，即量，即3.4 3.4 水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质三、三、几个名几个名词词饱饱和液和液(saturated liquid)处处于于饱饱和状和状态态的液体：的液体：t=ts干干饱饱和蒸汽和蒸汽(dry-saturated vapor;dry vapor)处处于于饱饱和状和状态态的蒸汽：的蒸汽：t=ts未未饱饱和液和液(unsaturated liquid)温度低于所温度低于所处压处压力下力下饱饱和温度的液体：和温度的液体：t ts，tts=d（或或t）称称过过热热度度(degree of superheat)。湿湿饱饱和蒸汽和蒸汽(wet-saturated vapor;wet vapor)饱饱和液和干和液和干饱饱和蒸汽的混合物：和蒸汽的混合物：t=ts3.4 3.4 水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质思考：思考：使未使未饱饱和液达和液达饱饱和状和状态态的途径？的途径？提示：提示：3.4 3.4 水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质保持保持p不不变变，提高，提高t保持保持t不不变变，提高，提高p四、水的三相点（四、水的三相点（Triple point）1、相、相图图（Phase diagram）表示表示饱饱和和压压力和力和饱饱和温度关系的状和温度关系的状态态参数参数图图（pT图图）。）。3.4 3.4 水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质ppTT液液液液气气气气固固固固水水一般物质一般物质三相点三相点三相点三相点临临界点界点临临界点界点流体流体流体流体升升华线华线升升华线华线凝固凝固线线汽化汽化线线凝固凝固线线汽化汽化线线凝固时体积膨胀凝固时体积膨胀凝固时体积减小凝固时体积减小四、水的三相点（四、水的三相点（Triple point）2、水的相、水的相图图三相点三相点Ttp：物物质质气、液、固三相气、液、固三相平衡共存的状平衡共存的状态态。水的三相点：水的三相点：ptp=611.659 PaTtp=273.16 K（ttp=0.01 C）三三相相点点的的成成分分可可变变，三三相相点点的的比比体体积积不不是是定定值值，但但各各相相的的比比体体积积是确定点，其中液相比体是确定点，其中液相比体积积vtp=0.00010021 m3/kg3.4 3.4 水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质三相点三相点pT液液气气固固临临界点界点流体流体升升华线华线凝固凝固线线汽化汽化线线ABCTtp四、水的三相点（四、水的三相点（Triple point）2、水的相、水的相图图三个相区：三个相区：BTtpA左左侧侧固相；固相；BTtpC上上侧侧液相；液相；ATtpC右右侧侧汽相。汽相。TtpC线线：气液两相共存，代表气液两相共存，代表ps=f(ts)；TtpB线线：固液两相共存，熔点温度与固液两相共存，熔点温度与压压力的关系；力的关系；TtpA线线：固气两相共存，升固气两相共存，升华华温度与温度与压压力之关系。力之关系。临临界点：界点：C点（下一点（下一节节介介绍绍）3.4 3.4 水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质三相点三相点pT液液气气固固临临界点界点流体流体升升华线华线凝固凝固线线汽化汽化线线ABCTtp四、水的三相点（四、水的三相点（Triple point）3、延伸、延伸吉布斯相律（吉布斯相律（Gibbs phase rule）可以得到三相点只有一个可以得到三相点只有一个克拉克拉贝贝隆隆-克克劳劳修斯方程修斯方程（ClausiusClapeyron relation）可可以以说说明明相相平平衡衡线线斜斜率率正正负负由由体体积积差差决决定定，即即说说明明了凝固了凝固线线的斜率的斜率上述两上述两项项不要求。不要求。3.4 3.4 水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图水蒸气的饱和状态和相图第三章第三章第三章第三章 气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质气体和蒸汽的性质三相点三相点pT液液气气固固