实际气体的热力性质讲稿.ppt
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1、关于实际气体的热力性质第一页,讲稿共三十二页哦6.1 实际气体与理想气体的热力性质区别实际气体与理想气体的热力性质区别 理想气体为永久气体,不存在气理想气体为永久气体,不存在气-液相变的问题液相变的问题 理想气体有较为简单的状态方程和热力性质理想气体有较为简单的状态方程和热力性质:理想气体遵循状态方程理想气体遵循状态方程Pv=RgT;理想气体的热力学能、焓和比热容都仅为温度的函数理想气体的热力学能、焓和比热容都仅为温度的函数理想气体遵循迈耶公式理想气体遵循迈耶公式 cp cv=Rg,且有,且有 第二页,讲稿共三十二页哦理想气体有下列熵变表达式:理想气体有下列熵变表达式:第三页,讲稿共三十二页哦
2、已得出的对理想气体和实际气体均适用的一些结论已得出的对理想气体和实际气体均适用的一些结论:热力学第一定律热力学第一定律 定容比热和定压比热的定义定容比热和定压比热的定义 焓的定义式焓的定义式 可逆定容过程可逆定容过程 可逆定压过程可逆定压过程 绝热过程绝热过程;(无论可逆与否)(无论可逆与否)第四页,讲稿共三十二页哦6.2 汽汽-液相变的若干概念液相变的若干概念纯物质纯物质系统:化学成分均匀一致的物质系统系统:化学成分均匀一致的物质系统相相:物质内部性质均匀一致的某种聚集体:物质内部性质均匀一致的某种聚集体 相与相之间存在着相与相之间存在着相界面相界面,界面两边的物质的物理性质或化,界面两边的
3、物质的物理性质或化学性质各不相同学性质各不相同 纯物质的纯物质的汽汽、液液、固固三相在一定条件下可以平衡共存,也三相在一定条件下可以平衡共存,也可以在外界的作用下相互转化可以在外界的作用下相互转化 通常物质发生相变时通常物质发生相变时体积体积要发生要发生变化变化;伴有;伴有相变潜热。相变潜热。相变相变时的体积变化和相变潜热的大小与发生相变时的具体条件时的体积变化和相变潜热的大小与发生相变时的具体条件有关有关 对于一种物质,对于一种物质,压力一定,相变潜热一定压力一定,相变潜热一定 就同一物质而言,就同一物质而言,不同集态将形成不同的相不同集态将形成不同的相第五页,讲稿共三十二页哦汽化:汽化:指
4、物质由液态转变为气态的过程指物质由液态转变为气态的过程 汽化过程包括蒸发和沸腾两种现象:汽化过程包括蒸发和沸腾两种现象:蒸发蒸发特指发生在液体表面上的汽化过程,可在特指发生在液体表面上的汽化过程,可在任何温度下任何温度下发生发生 沸沸腾腾在在液液体体内内部部发发生生并并产产生生大大量量气气泡泡的的汽汽化化过过程程。沸沸腾腾过程过程只在沸点下只在沸点下才会发生;才会发生;一定压力对应一定的沸点一定压力对应一定的沸点 物质的汽化潜热随压力增大而减少物质的汽化潜热随压力增大而减少凝结:凝结:指物质由气态转变为液态的过程,也称液化指物质由气态转变为液态的过程,也称液化汽化潜热:汽化潜热:汽化过程中汽化
5、过程中1 kg液态物质(饱和液)完全汽化所液态物质(饱和液)完全汽化所需的热量需的热量第六页,讲稿共三十二页哦 沸沸腾腾时时,系系统统中中汽汽、液液两两相相随随时时都都是是能能够够是是平平衡衡共共存存的的,即即系系统统时时刻刻处处于于饱和饱和状态状态饱饱和和现现象象:系系统统中中液液化化和和汽汽化化过过程程达达到到动动态态平平衡衡,汽、液两相平衡共存,各自质量不变汽、液两相平衡共存,各自质量不变 沸点即饱和温度沸点即饱和温度汽化汽化液化液化第七页,讲稿共三十二页哦1v111”Pvv”16.3 气气-液相变过程液相变过程 安安德德鲁鲁用用CO2进进行行定定温温压压缩缩试试验验,很很好好地地说说明
6、明了了物物质质气气-液液相相变变过过程程的的特特点,人称安德鲁试验点,人称安德鲁试验 CO2气气体体在在T1下下定定温温压压缩缩至至对对应应的的一一定定压压力力P1(比比体体积积v”1)时时开开始始液液化化 T1P1 继继续续定定温温压压缩缩只只是是液液体体增增多多,不不再再升升压,过程既压,过程既定温又定压定温又定压 从从起起始始到到完完全全液液化化的的整整个个过过程程中中,除除起起始始状状态态为为气气态态,终终了了时时为为液液态态外外,系系统统内内一一直直处处于于气气-液液两两相相平平衡衡的的状状态态饱饱和和状状态态,其其中中液液相相的的质质量量份份额额从从0逐逐渐渐增增大大到到1,而而汽
7、汽相相的的质质量份额则从量份额则从1降到降到0 最终最终CO2气体完全压缩成为液体(比体积气体完全压缩成为液体(比体积v1)开始液化时为开始液化时为饱和蒸汽饱和蒸汽;液化结束时为液化结束时为饱和液体饱和液体第八页,讲稿共三十二页哦1v111”Pvv”1T1P1 继继续续对对CO2液液体体进进行行定定温温压压缩缩,结结果果压压力力急急剧剧升升高高,不不再再保保持持与与温温度度对对应应的的关关系系,比比体体积积减减少少极极小小液液体体近似为不可压缩近似为不可压缩 1L 提高温度至提高温度至T2,重复上述压缩过程重复上述压缩过程T2 气体要到气体要到对应对应较高的压力较高的压力P2,较小的比体积较小
8、的比体积v”2 时才开始液化时才开始液化 P2v”2 液化完成时的比体积液化完成时的比体积v2则较大则较大 v2 液体的压缩与前述过程一样液体的压缩与前述过程一样 第九页,讲稿共三十二页哦1v111”Pvv”1T1P11LT2 对对CO2气气体体,若若在在304.19K下下定定温温压压缩缩,过过程程进进行行到到Pc=7.382 MPa,vc=0.00213675m3/kg时时将将发发生生从从气气体体到到液液体体的的连连续续过过渡渡,不不再再出出现现定定温温-定定压压的的过过程程段段,过过程程曲曲线线在在该该处处出出现现一拐点一拐点 该该点点称称为为临临界界点点。临临界界参参数数是是物质的重要特
9、性物质的重要特性c 超超过过临临界界温温度度后后,再再不不可可能能把把气气体体压压缩缩成成液液体体,气气体体将将一一直直保保持持为为气气态态,其其定定温温压压缩缩线线随随温温度度升升高高愈愈来来愈愈接接近近于于等腰双曲线(表现出理想气体特性)等腰双曲线(表现出理想气体特性)联联结结液液化化开开始始和和结结束束的的各各点点,成成为为上上界界限限线线和和下下界界限限线线,交汇于临界点交汇于临界点c上界限线下界限线 原则上认为气体一旦压缩到临界点原则上认为气体一旦压缩到临界点c立即全部液化立即全部液化第十页,讲稿共三十二页哦1v111”Pvv”1T11Lc上界限线下界限线 普普遍遍说说来来,实实际际
10、气气体体在在P-v图图上上显显现现出出来来的的所所有有状状态态,按按不不同同类类型型汇汇集集起起来来可可用用“1点点、2线线、3区区、5态态”一语概括:一语概括:5态态:过过热热蒸蒸汽汽、(干干)饱饱和和蒸蒸汽汽、湿湿蒸蒸汽汽、饱饱和和液液体体、未未饱饱和液体;和液体;2线线:饱和汽线(上界限线)、饱和液线(下界限线):饱和汽线(上界限线)、饱和液线(下界限线)1点点:临界点:临界点c;3区区:过热汽区(临界等温线上段与上界限线以右区域)、:过热汽区(临界等温线上段与上界限线以右区域)、湿蒸汽区(上、下界限线之间的钟罩型区域)、湿蒸汽区(上、下界限线之间的钟罩型区域)、未饱和液区(临界等温线上
11、段与下界限线以左区域)未饱和液区(临界等温线上段与下界限线以左区域)Tc过热汽未饱和液湿蒸汽第十一页,讲稿共三十二页哦 临临界界参参数数是是物物质质的的一一种种重重要要特特性性。临临界界状状态态下下物物质质的的汽汽、液液两两相相没没有有区区别别(v=v”),相相界界面面消消失失;不不存存在在温温度度超超过过Tc而而能能够够处处于于稳稳定定平平衡衡态态的的液液体体。在在超超临临界界压压力力的的情情况况下下,原原则则上上液液体体被被加加热热到临界温度时立刻全部汽化到临界温度时立刻全部汽化液体的温度不可能超过临界温度液体的温度不可能超过临界温度T Tc c 按按饱饱和和温温度度与与饱饱和和压压力力相
12、相对对应应,并并且且随随压压力力增增大大而而提提高高的的关关系系说说来来,上上述述实实际际气气体体从从气气态态转转变变到到液液态态时时所所经经历历的的5种种状状态态可可作如下定义:作如下定义:过热蒸汽过热蒸汽:一定压力下温度高于对应饱和温度的蒸汽一定压力下温度高于对应饱和温度的蒸汽 湿蒸汽湿蒸汽:饱和蒸汽与饱和液的机械混合物(平衡共存)饱和蒸汽与饱和液的机械混合物(平衡共存)饱和蒸汽饱和蒸汽:一定压力下温度等于对应饱和温度的蒸汽一定压力下温度等于对应饱和温度的蒸汽 饱和液体饱和液体:一定压力下温度等于对应饱和温度的液体一定压力下温度等于对应饱和温度的液体 未饱和液未饱和液:一定压力下温度低于对
13、应饱和温度的液体一定压力下温度低于对应饱和温度的液体。或说,或说,一定温度下压力低于对应的饱和蒸汽压的气体一定温度下压力低于对应的饱和蒸汽压的气体 第十二页,讲稿共三十二页哦BCAPtD汽态tc固态液态6.4 三相点三相点(triple point)在在纯纯物物质质的的P-v-T 关关系系中中,存存在在一一个个称称为为三三相相点点的的汽汽、液液、固固三三相相平平衡衡共存的特殊状态共存的特殊状态 三相点是物质的一种容易复现的具有唯一性的状态三相点是物质的一种容易复现的具有唯一性的状态 表表明明物物质质汽汽-液液-固固三三相相相相互互转转换换关系的关系的P-t 图称作三相图图称作三相图 图中图中A
14、D升华曲线升华曲线 AC汽化曲线汽化曲线 AB熔解曲线熔解曲线 A 为三相点为三相点 由于只在临界温度以下才存在液态物质,所以汽化线由于只在临界温度以下才存在液态物质,所以汽化线AC止于临界等温线处止于临界等温线处 升华熔解汽化线上两相平衡共存线上两相平衡共存第十三页,讲稿共三十二页哦水的三相点参数为:水的三相点参数为:Ptri=611.2 Pa Ttri=273.16 K vtri=0.00100022 m3/kg 第十四页,讲稿共三十二页哦6.5 水蒸气定压形成过程水蒸气定压形成过程关于水的熵和热力学能的起算零点关于水的熵和热力学能的起算零点 国国际际会会议议约约定定:对对H2O,取取三三
15、相相点点(0.01,611.659Pa)下下液液态态水水的的熵熵和和热力学能热力学能为零为零 按此约定,三相点下液态水的按此约定,三相点下液态水的焓焓近似等于零近似等于零 水水的的三三相相点点接接近近为为0,所所以以进进一一步步更更粗粗略略地地可可以以认认为为:0下液态水的焓、熵、热力学能均为零下液态水的焓、熵、热力学能均为零同同温温度度而而压压力力不不同同的的液液态态水水其其熵熵相相同同,热热力学能相同,焓相差很小力学能相同,焓相差很小 液态水液态水近似为近似为不可压缩不可压缩流体流体 锅锅炉炉及及各各种种蒸蒸汽汽发发生生器器中中产产生生水水蒸蒸气气的的过过程程,绝绝大大多多数数可可理想化为
16、理想化为定压过程定压过程;这些装置一般属于;这些装置一般属于开口系统开口系统第十五页,讲稿共三十二页哦水的定压汽化过程水的定压汽化过程未饱和水未饱和水定压加热定压加热沸腾(汽化)沸腾(汽化)产生饱和蒸汽产生饱和蒸汽系统中为系统中为饱和水饱和水+饱和蒸汽饱和蒸汽饱和水饱和水升温至沸点升温至沸点(饱和温度)(饱和温度)继续加热继续加热温度不变温度不变继续加热继续加热(湿蒸汽)(湿蒸汽)全部饱和水汽全部饱和水汽化完毕化完毕干饱和蒸汽干饱和蒸汽继续加热继续加热升温,超过饱和升温,超过饱和温度温度过热蒸汽过热蒸汽水蒸气的水蒸气的T-s图图 将将上上述述未未饱饱和和水水定定压压汽汽化化过过程程表示到表示到
17、T-sT-s图上图上 将未饱和水(一定压力,常温)在定压下进行加热:将未饱和水(一定压力,常温)在定压下进行加热:sT饱和温度饱和温度第十六页,讲稿共三十二页哦 将将T-sT-s图图上上各各定定压压汽汽化化过过程程中中水水所所经经历历的的全全部部状状态态分分类类型型联联结结起起来来,亦亦显显示示出出1 1点点、2 2线线、3 3区区、5 5态态特特征的(所有物质均如此)征的(所有物质均如此)sT临界等温线临界等温线下界限线下界限线(饱和水饱和水)上界限线上界限线(饱和汽饱和汽)临界点临界点cTc湿蒸汽区湿蒸汽区过热蒸汽区过热蒸汽区未饱和未饱和水区水区 水的临界温度水的临界温度Tc=373.99
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