《工程热力学》第三章气体与蒸汽的性质.ppt

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1、第三章第三章 气体与蒸汽的性质（气体与蒸汽的性质（4 4学时）学时）基本内容：基本内容：理想气体概念；理想气理想气体概念；理想气体比热；容；理想气体比热；容；理想气体体热力（热力（内内）能、焓、能、焓、商、比热的计算；商、比热的计算；水与水蒸汽饱和状态相水与水蒸汽饱和状态相图；水的汽化过程与图；水的汽化过程与临界点参数；水和水临界点参数；水和水蒸气的状态参数；水蒸气的状态参数；水蒸气表和图蒸气表和图基本要求：基本要求：理想气体热力学（内）能、焓是理想气体热力学（内）能、焓是温度的单值函数；理想气体的温度的单值函数；理想气体的熵不单与温度有关，与其他参熵不单与温度有关，与其他参数有关；理解熵是状

2、态参数。数有关；理解熵是状态参数。掌握理想气体混合物热力学掌握理想气体混合物热力学（内）能、焓、熵、比热的计（内）能、焓、熵、比热的计算算水与水蒸汽相图；水与水蒸汽参水与水蒸汽相图；水与水蒸汽参数确定；水与水蒸汽表和图数确定；水与水蒸汽表和图13-1 3-1 理想气体理想气体n定义定义:完全适用理想气体状态方程式的工质完全适用理想气体状态方程式的工质 n条件条件 分子本身不占体积分子本身不占体积 分子之间的碰撞完全弹性分子之间的碰撞完全弹性 分子间无内聚力分子间无内聚力 n实际运用实际运用 压力较低（不高于压力较低（不高于10MPa10MPa）、）、温度较高、比容较大的工质温度较高、比容较大的

3、工质EGEG：一般一般 O O2 2，N N2 2，空气，惰性气体等可适用空气，惰性气体等可适用 水与水蒸汽；各类制冷剂等不适用水与水蒸汽；各类制冷剂等不适用2P P V Vm m =R T=R T理想气体状态方程式理想气体状态方程式（由（由玻意耳-马略特定律、查理定律、盖-吕萨克定律总结而得）理想气体真实压力Pa1mol理想气体体积（摩尔容积）m3/mol理想气体摩尔常数J/（mol.k)气体温度(K)P VP V =N R T=N R TN mol理想气体体积（摩尔容积）m3/mol3摩尔气体常数摩尔气体常数(通用气体常数通用气体常数 )R)R理想气体方程式其他表示理想气体方程式其他表示R

4、=8.31451J/(mol.K)=8.31451KJ/(Kmol.K)=8314.51J/(Kmol.K)P v=Rg T对1kg工质比容或比体积m3/kg气体常数J/(kgl.K)一定容积工质P V=m Rg T容积m3工质质量kg43-3 3-3 理想气体热力学（内）能和焓、熵理想气体热力学（内）能和焓、熵一一、理理想想气气体体热热力力学学（内内）能能是是温温度度的的函函数，与压力、比容无关数，与压力、比容无关1、焦耳实验焦耳实验2、数学关系式数学关系式3、理想气体热力学（内）能计算理想气体热力学（内）能计算5AB水水1）初试：）初试：A充以低压空气，充以低压空气，B为真空，为真空，A、

5、B容容器可与水充分换热，阀关闭器可与水充分换热，阀关闭2）打开阀门，）打开阀门，A中空气自由膨胀中空气自由膨胀3）测量结果：两状态空气温度相同，水温不变）测量结果：两状态空气温度相同，水温不变4）改变初试及终了压力，结果相同）改变初试及终了压力，结果相同绝热绝热材料材料焦耳实验：焦耳实验：理想气体的热力学能仅为温度的理想气体的热力学能仅为温度的函数，与压力、比容无关函数，与压力、比容无关6普遍数学关系式与理想气体热力学（内）能计算普遍数学关系式与理想气体热力学（内）能计算7二、二、理想气体焓变化的计算理想气体焓变化的计算8910三、理想气体的熵三、理想气体的熵1 1、理想气体的熵的定义理想气体

6、的熵的定义 可可逆逆过过程程（无无耗耗散散准准静静态态过过程程）中中，系系统统接接受受的的微微元元热热量量与与系系统统的的温温度度的的比比值值（商商），定义为系统的熵的微分定义为系统的熵的微分2、相关计算式及推导相关计算式及推导3、利利用用标标准准状状态态熵熵计计算算变变比比热热理理想想气气体体的的熵熵的变化的变化111、熵的微分定义式、熵的微分定义式单位质量为比熵单位质量为比熵2、理想气体比熵的微分计算式、理想气体比熵的微分计算式适用：理想气体任何过程适用：理想气体任何过程123、理想气体比熵的积分计算式、理想气体比熵的积分计算式 适用条件：理想气体、任何过程、定值比热容适用条件：理想气体、

7、任何过程、定值比热容134、利用标准状态熵计算变比热理想气体熵的变化、利用标准状态熵计算变比热理想气体熵的变化标准状态熵标准状态熵S0定义为定义为T0为制表时参考为制表时参考0点的温度，部分气体可查点的温度，部分气体可查附表附表7故：故：143.2 3.2 理想气体比热容理想气体比热容一、热量的计算一、热量的计算二、气体定容、定压比热定义二、气体定容、定压比热定义三、三、理想气体定容、定压比热关系式理想气体定容、定压比热关系式15热量的计算热量的计算1 1、比热容的定义、比热容的定义(以以C C表示表示)：单位物质温度升高单位物质温度升高1K1K所须要的热量称比热所须要的热量称比热(容容)2

8、2、分类、分类1 1）按物质的量分）按物质的量分:质量比热质量比热(容容)C)C：1kg1kg工质温度升高工质温度升高1K1K所须要的热量所须要的热量（kj/kg.kkj/kg.k)摩尔比热摩尔比热(容容)Cm)Cm：1kmol1kmol工质温度升高工质温度升高1K1K所须要的热量所须要的热量（kj/kmol.kkj/kmol.k)容积比热容积比热(容容)C:)C:标准状态下标准状态下1m1m3 3工质温度升高工质温度升高1K1K所须要所须要的热量（的热量（kj/Nmkj/Nm3 3.k).k)2 2）按加热过程特点分按加热过程特点分定容比热定容比热CvCv:相应于定容过程中的比热相应于定容过

9、程中的比热 ,有定容质量比热、有定容质量比热、定容摩尔比热、定容容积比热定容摩尔比热、定容容积比热 定压比热定压比热Cp:Cp:相应于定压过程中的比热相应于定压过程中的比热,有定压质量比热、有定压质量比热、定压摩尔比热、定压容积比热定压摩尔比热、定压容积比热 注意计算公式表示！注意计算公式表示！3 3、热量的计算及正负规定、热量的计算及正负规定 16比热容定义比热容定义定容比热与定压比热定容比热与定压比热1、一般工质、一般工质定义：定义：对可逆过程（无耗散的准静态过程），任何气体：对可逆过程（无耗散的准静态过程），任何气体：定容比容定容比容CvCv：1kg1kg工质定容加热温度升高工质定容加热

10、温度升高1K1K所须要的热量所须要的热量定压比容定压比容CpCp：1kg1kg工质定压加热温度升高工质定压加热温度升高1K1K所须要的热量所须要的热量2 2、适用过程：、适用过程：可逆过程（无耗散的准静态过程）！可逆过程（无耗散的准静态过程）！17对任何工质、对任何工质、可逆过程（可逆过程（无耗散准静态过程）无耗散准静态过程）对理想气体、可逆过程（无耗散准静态过程）对理想气体、可逆过程（无耗散准静态过程）18t1t2tC真实比热容真实比热容C=f(t)比热容与温度关系比热容与温度关系平均比热容平均比热容0192）平均比热容：）平均比热容：1）真实比热容）真实比热容 C=f(t)=a0+a1t+

11、a2t2+.取直线关系取直线关系3)定值比热容定值比热容:将比热看作不随温度变化将比热看作不随温度变化 20定容比热、定压比热间关系：定容比热、定压比热间关系：质量比热容质量比热容CpCv=Rg摩尔比热容摩尔比热容Cp mCv m=R比热比比热比迈耶公式迈耶公式通常测量定压比热通常测量定压比热CP再由迈耶公式确定定容比热再由迈耶公式确定定容比热CV！21例题例题n在燃气轮机装置中，用从燃气轮机中排出的乏气对空在燃气轮机装置中，用从燃气轮机中排出的乏气对空气加热（加热在空气回热器中进行），然后将加热后气加热（加热在空气回热器中进行），然后将加热后的空气送入燃烧室进行燃烧。若空气在回热器中，从的空

12、气送入燃烧室进行燃烧。若空气在回热器中，从127定压加热到定压加热到327327，试按下列比热容值计算对每，试按下列比热容值计算对每kg kg 空气所加入的热量空气所加入的热量n1 1）按真实比热容计算（经验公式）按真实比热容计算（经验公式）n2 2）按平均比热容计算）按平均比热容计算n3 3）按定值比热容计算）按定值比热容计算n4 4）按空气热力性质表计算）按空气热力性质表计算22例题例题n如图，体积为如图，体积为V1的刚性容器，装有初压的刚性容器，装有初压P1，i，初温初温T1，i的某种理想气体，容器与一垂直汽缸相连，汽缸内有一活的某种理想气体，容器与一垂直汽缸相连，汽缸内有一活塞，开始时

13、停在缸底塞，开始时停在缸底V2，i=0，要用要用P2，f的压力才能将活塞的压力才能将活塞向上浮起，打开阀门容器压力降至向上浮起，打开阀门容器压力降至P1，f时重新关上阀门，时重新关上阀门，此时汽缸内活塞下的体积为此时汽缸内活塞下的体积为V2，f 。已知容器、汽缸、阀门已知容器、汽缸、阀门均绝热，求均绝热，求n1）T2，f与（与（P1，i，P1，f，T1，i）的函数关系的函数关系n2）V2，f与（与（V1，P1，i，P1，f，P2，f）的函数关系的函数关系，V1P1，i P1，fT1，i T1，fT2，f P2，f23例题例题一绝热刚性汽缸，被一导热的无摩擦的活塞分成两部分。最初一绝热刚性汽缸，

14、被一导热的无摩擦的活塞分成两部分。最初活塞被固定在某一位置上，汽缸的一侧有压力活塞被固定在某一位置上，汽缸的一侧有压力0.2MPa，温温度为度为300K的的0.01m3的空气的空气,另一侧储有同容积、同温度的另一侧储有同容积、同温度的空气，其压力为空气，其压力为0.1MPa。去除销钉，放松活塞任其自由移去除销钉，放松活塞任其自由移动，最后两侧达到平衡。设空气的比热容为定值。试计算：动，最后两侧达到平衡。设空气的比热容为定值。试计算：1）平衡温度为多少？）平衡温度为多少？2）平衡压力多少？）平衡压力多少？3）两侧空气熵变值及总熵变值为多少？）两侧空气熵变值及总熵变值为多少？AB销钉绝热层24作业

15、n34，3-8，3-12253.4 3.4 水蒸气饱和状态相和图水蒸气饱和状态相和图综述：综述：26 实际气体状态变化特点实际气体状态变化特点概述概述一、一、实际气体实际气体P-VP-V图图二、实际气体二、实际气体P-TP-T图图27CPv液相区气汽汽液共存区baef临界温度线AB12mn实际气体实际气体P-VP-V图图几个概念：几个概念：饱和状态饱和状态饱和蒸汽；饱和液体饱和蒸汽；饱和液体饱和压力、饱和温度饱和压力、饱和温度临界点参数临界点参数几个区域：几个区域：饱和蒸汽线、饱饱和蒸汽线、饱和液体线和液体线饱和状态区（汽饱和状态区（汽液共存区）、液液共存区）、液相状态区、汽象相状态区、汽象状

16、态区状态区定定温温压压缩缩曲曲线线28概念概念1 1、概念；、概念；饱和状态饱和状态饱和蒸汽；饱和液体饱和蒸汽；饱和液体饱和压力、饱和温度饱和压力、饱和温度临界点参数临界点参数2 2、几个区域、几个区域饱和蒸汽线、饱和液体线饱和蒸汽线、饱和液体线饱和状态区（汽液共存区）、液相状态区、汽相饱和状态区（汽液共存区）、液相状态区、汽相状态区状态区归纳有：归纳有：二线、三区、六参数二线、三区、六参数293-5 水的定压汽化过程与临界点水的定压汽化过程与临界点30P工质工质工质PP3abm一、水蒸汽定压发生过程一、水蒸汽定压发生过程初始过冷水初始过冷水t=0.01ttt ts s(Ps(Ps对应对应)d

17、-e：水的定压过热过程水的定压过热过程32水蒸气定压发生过程水蒸气定压发生过程P-V图与图与T-S图图Pvv2TssabCdemPvvxv”ssxs”TsabdeCm647.14K22.064MPa0.003106m3/kg33二、水蒸气发生过程中的能量转换关系二、水蒸气发生过程中的能量转换关系1、水的定压预热过程：、水的定压预热过程：水的液体热水的液体热q随压力随压力p增加而增加，能量转换关系增加而增加，能量转换关系1963年第六届国际会议规定342、水的定压汽化过程、水的定压汽化过程汽化热L内汽化热外汽化热3、水的过热过程、水的过热过程353-6 水与水蒸汽的状态参数水与水蒸汽的状态参数3

18、6一、零点规定37二、温度为0.01压力为P的过冷水38三、温度为T压力为P的饱和水39四、压力为P的湿饱和水蒸汽的状态1、湿饱和蒸、湿饱和蒸汽干度：湿汽干度：湿饱和蒸汽中饱和蒸汽中干饱和蒸汽干饱和蒸汽的质量分数的质量分数40413-7 3-7 水蒸气热力性质表和图水蒸气热力性质表和图1、水蒸气热力性质表（举例水蒸气热力性质表（举例3-24）未饱和水与过热蒸汽表（书表3-7）饱和水与饱和蒸汽表n按温度排列（表3-6（一）n按压力排列（表3-6（二）422.水蒸汽的水蒸汽的P-V图、图、T-S图、图、h-s图图分析书P87图3-12，3-1343作业n3-19，3-21，3-28，3-27*，3-26*44