热力学第三章幻灯片.ppt

《热力学第三章幻灯片.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热力学第三章幻灯片.ppt（52页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、热力学第三章第1页，共52页，编辑于2022年，星期日工程热力学的研究内容工程热力学的研究内容 1、能量转换的基本定律能量转换的基本定律 2、工质的基本性质与热力过程工质的基本性质与热力过程3、热功转换设备、工作原理热功转换设备、工作原理4、化学热力学基础化学热力学基础第2页，共52页，编辑于2022年，星期日工程热力学的两大类工质工程热力学的两大类工质 1、理想气体（理想气体（ideal gas）可可用用简单简单的式子描述的式子描述 如汽车发动机和航空发动机以空气为主如汽车发动机和航空发动机以空气为主的的燃气燃气、空调中的、空调中的湿空气湿空气等等2、实际实际气气体（体（real gas）不

2、不能用能用简单简单的式子描述，真实工质的式子描述，真实工质 火力发电的火力发电的水水和和水蒸气水蒸气、制冷空调中、制冷空调中制制冷工质冷工质等等第3页，共52页，编辑于2022年，星期日3-1 3-1 理想气体状态方程理想气体状态方程 理想气体理想气体定义：定义：凡遵循凡遵循克拉贝龙克拉贝龙方程的气体方程的气体四种形式的四种形式的克拉贝龙克拉贝龙方程：方程：注意注意:Rm 与与R 摩尔容积摩尔容积Vm状状态态方方程程统一单位统一单位第4页，共52页，编辑于2022年，星期日1.分子之间没有作用力分子之间没有作用力 2.分子本身不占容积分子本身不占容积 但是但是,当实际气体当实际气体 p 很小很

3、小,V 很大很大,T不太低时不太低时,即处于即处于远离液态远离液态的的稀薄稀薄状态时状态时,可可视为视为理想气体理想气体。理想气体理想气体模型模型现实中没有理想气体现实中没有理想气体第9页，共52页，编辑于2022年，星期日 但是但是,当实际气体当实际气体 p 很小很小,V 很大很大,T不不太低时太低时,即处于即处于远离液态远离液态的的稀薄稀薄状态时状态时,可视可视为为理想气体理想气体。哪些气体可当作理想气体哪些气体可当作理想气体T常温常温，p7MPa的的双原子双原子分子分子理想气体理想气体O2,N2,Air,CO,H2如汽车发动机和航空发动机以空气为主的如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃

4、气燃气等等三原子三原子分子（分子（H2O,CO2)一般不能当作一般不能当作理想气体理想气体特殊，如空调的特殊，如空调的湿空气湿空气，高温烟气的，高温烟气的CO2，可以，可以第10页，共52页，编辑于2022年，星期日3-2 (比比)热容热容计算计算内能内能,焓焓,热量热量都要用到都要用到热容热容定义定义:比热容比热容单位物量的物质升高单位物量的物质升高1K或或1oC所需的热量所需的热量c:质量比热容质量比热容 摩尔比热容摩尔比热容C:容积比热容容积比热容Cm=Mc=22.414C第11页，共52页，编辑于2022年，星期日Ts(1)(2)1K比热容是过程量还是状态量比热容是过程量还是状态量?c

5、1c2用的最多的某些特定过程的比热容用的最多的某些特定过程的比热容定容比热容定容比热容定压比热容定压比热容第12页，共52页，编辑于2022年，星期日定容比热容定容比热容cv任意准静态过程任意准静态过程u是状态量，设是状态量，设 定容定容物理意义物理意义：v 时时1kg工质升高工质升高1K内能的增加量内能的增加量第13页，共52页，编辑于2022年，星期日定压比热容定压比热容cp任意准静态过程任意准静态过程h是状态量，设是状态量，设 定压定压物理意义物理意义：p 时时1kg工质升高工质升高1K焓的增加量焓的增加量第14页，共52页，编辑于2022年，星期日cv和和cp的说明的说明1、cv 和和

6、 cp ，过程已定，过程已定,可当作可当作状态量状态量。2、前面的推导前面的推导没有没有用到用到理想气体理想气体性质，性质，所以所以3、h、u、s的计算要用的计算要用cv 和和 cp。适用于适用于任何气体任何气体。第15页，共52页，编辑于2022年，星期日3-3 3-3 理想气体的理想气体的u、h、s和热容和热容一、一、理想气体的理想气体的u 1843年年焦耳焦耳实验，对于实验，对于理想气体理想气体AB绝热自由膨胀绝热自由膨胀p v T 不变不变 真空真空第16页，共52页，编辑于2022年，星期日理想气体的内能理想气体的内能u理气绝热自由膨胀理气绝热自由膨胀 p v T 不变不变 理想气体

7、理想气体u只与只与T有关有关第17页，共52页，编辑于2022年，星期日理想气体内能理想气体内能的物理解释的物理解释内能内能内动能内动能内位能内位能T,v 理想气体无分子间作用力，理想气体无分子间作用力，内能内能只只决定于决定于内动能内动能?如何求理想气体的如何求理想气体的内能内能 uT第18页，共52页，编辑于2022年，星期日理想气体内能的计算理想气体内能的计算理想气体理想气体，任何过程任何过程理想气体理想气体 实际气体实际气体第19页，共52页，编辑于2022年，星期日理想气体的焓理想气体的焓理想气体理想气体，任何过程任何过程理想气体理想气体实际气体实际气体理想气体理想气体h只与只与T有

8、关有关第20页，共52页，编辑于2022年，星期日一般工质一般工质:理想气体：理想气体：迈耶公式迈耶公式理想气体的热容理想气体的热容令令比热比比热比第21页，共52页，编辑于2022年，星期日1、按定比热按定比热 2、按真实比热计算按真实比热计算3-4 理想气体热容理想气体热容、u、h和和s的计算的计算3、按平均比热法计算按平均比热法计算理想气体理想气体热容热容的的计算计算h、u、s的计算要用的计算要用cv 和和 cp第22页，共52页，编辑于2022年，星期日分子运动论分子运动论1、按定比热、按定比热计算理想气体热容计算理想气体热容运动自由度运动自由度单原子单原子双原子双原子多原子多原子Cv

9、,mkJ/kmol.KCp,m kJ/kmol.Kk1.671.41.29第23页，共52页，编辑于2022年，星期日2、按真实比热、按真实比热计算理想气体的热容计算理想气体的热容根据实验结果整理根据实验结果整理 理想气体理想气体第24页，共52页，编辑于2022年，星期日3、按平均比热、按平均比热计算理想气体的热容计算理想气体的热容t t2 t1 c(cp,cv)附表附表3，4，5，6 c=f(t)摄氏摄氏第25页，共52页，编辑于2022年，星期日适用于理想气体任何过程适用于理想气体任何过程1.2.cv 为真实比热为真实比热3.cv 为平均比热为平均比热理想气体理想气体 u的计算的计算4.

10、若为空气，直接查若为空气，直接查 附表附表2第26页，共52页，编辑于2022年，星期日适用于理想气体任何过程适用于理想气体任何过程1.2.cp 为真实比热为真实比热3.cp 为平均比热为平均比热理想气体理想气体 h的计算的计算4.若为空气，直接查若为空气，直接查 附表附表2第27页，共52页，编辑于2022年，星期日 3-53-5理想混合气体理想混合气体第28页，共52页，编辑于2022年，星期日研究对象研究对象 无化学反应的理想气体混合物无化学反应的理想气体混合物例：例：锅炉烟气锅炉烟气 CO2,CO,H2O,N2 燃气轮机中的燃气燃气轮机中的燃气空调工程中的湿空气空调工程中的湿空气水蒸气

11、含量低，稀薄，当作理想气体水蒸气含量低，稀薄，当作理想气体水蒸气含量可变化，单独研究水蒸气含量可变化，单独研究第29页，共52页，编辑于2022年，星期日主要内容主要内容 1、成分描写成分描写2、分压定律和分容积定律分压定律和分容积定律3、混合物参数计算混合物参数计算第30页，共52页，编辑于2022年，星期日一、混合气体的成分一、混合气体的成分 第第 i 种组元气体的种组元气体的质量成分质量成分：设混合气体由设混合气体由1,2,3,i,k种气体组成种气体组成各组元质量各组元质量成分之和为成分之和为1第31页，共52页，编辑于2022年，星期日摩尔成分摩尔成分设混合气体由设混合气体由1,2,3

12、,i,k种气体组成种气体组成摩尔数摩尔数第第 i 种组元气体的种组元气体的摩尔成分：摩尔成分：各组元摩尔成各组元摩尔成分之和为分之和为1第32页，共52页，编辑于2022年，星期日平均摩尔质量平均摩尔质量M和折合气体常数和折合气体常数R设混合气体的平均摩尔质量为设混合气体的平均摩尔质量为M，摩尔数为，摩尔数为n，则混合气体质量，则混合气体质量 折合气体常数折合气体常数平均摩尔质量为平均摩尔质量为M第33页，共52页，编辑于2022年，星期日与与xi的换算的换算已知已知 xi第34页，共52页，编辑于2022年，星期日二、二、分压定律和分容积定律分压定律和分容积定律Daltons law of

13、partial pressure分压力定律分压力定律p T Vp T Vp T Vp T V分压力分压力pi第35页，共52页，编辑于2022年，星期日分压定律分压定律p T Vp T Vp T Vp T V分压力分压力pi第36页，共52页，编辑于2022年，星期日压力是分子对管壁的作用力压力是分子对管壁的作用力 分压定律的物理意义分压定律的物理意义 混合气体对管壁的作用力是组元气体单混合气体对管壁的作用力是组元气体单独存在时的作用力之和独存在时的作用力之和理想气体理想气体模型模型1.分子之间没有作用力分子之间没有作用力 2.分子本身不占容积分子本身不占容积 分压力状态是第分压力状态是第i

14、种组元气体的种组元气体的实际存在状态实际存在状态第37页，共52页，编辑于2022年，星期日质量成分与混合物气体常数质量成分与混合物气体常数kJ/kg.K第38页，共52页，编辑于2022年，星期日分容积定律分容积定律p T Vp T Vp T Vp T V分容积分容积Vi容积成分容积成分摩尔成分摩尔成分第39页，共52页，编辑于2022年，星期日三、三、混合气体的参数计算混合气体的参数计算质量，摩尔数，压力，容积，内能，焓，定压质量，摩尔数，压力，容积，内能，焓，定压比热容，定容比热容，熵，比热容，定容比热容，熵，Ex总参数总参数加和性加和性总参数是各组元在分压力状态下的分总参数是各组元在分

15、压力状态下的分参数之和（除总容积）参数之和（除总容积）第40页，共52页，编辑于2022年，星期日混合物总参数的计算混合物总参数的计算质量守恒质量守恒摩尔数守恒摩尔数守恒 分压定律分压定律第41页，共52页，编辑于2022年，星期日混合物比参数的计算混合物比参数的计算加权性加权性kJ/kgkJ/kmol注意：各组成气体注意：各组成气体混合气体混合气体内能内能第42页，共52页，编辑于2022年，星期日混合物比参数的计算混合物比参数的计算kJ/kgkJ/kmol注意：各组成气体注意：各组成气体混合气体混合气体焓焓第43页，共52页，编辑于2022年，星期日混合物比参数的计算混合物比参数的计算kJ

16、/kg.KkJ/kmol.K定压比热容定压比热容kJ/kg.KkJ/kmol.K定容比热容定容比热容第44页，共52页，编辑于2022年，星期日混合物比参数的计算混合物比参数的计算kJ/kg.KkJ/kmol.K熵熵kJ/kg.KkJ/kmol.Kex第45页，共52页，编辑于2022年，星期日混合物容积的计算混合物容积的计算分容积定律分容积定律总容积总容积比容比容m3/kgm3/kmol第46页，共52页，编辑于2022年，星期日第三章第三章 小结小结1、什么样的气体是理想气体？什么样的气体是理想气体？2、理想气体状态方程的正确使用理想气体状态方程的正确使用3、理想气体比热、内能、焓的的特点

17、和计算理想气体比热、内能、焓的的特点和计算第47页，共52页，编辑于2022年，星期日计算练习题（计算练习题（1 1）教材教材313题题氧气瓶，氧气瓶，V=0.04m3,p1=147.1bar,t1=t0=20迅速放气，迅速放气，p2=73.55bar求：求：T2，放出的质量，放出的质量 mp2,V已知，已知，先求先求T2取氧气瓶为取氧气瓶为开口系开口系，试用开口系能量方程求试用开口系能量方程求T2m1m2 m第48页，共52页，编辑于2022年，星期日取氧气瓶为开口系取氧气瓶为开口系开口系能量方程开口系能量方程f(T2)有无过程方程？有无过程方程？Tpvs？是不是可逆不敢确定是不是可逆不敢确定第49页，共52页，编辑于2022年，星期日取氧气瓶为开口系取氧气瓶为开口系气体减少，气体减少，dm本身为正本身为正u,h,m指瓶中气体状态指瓶中气体状态对于理想气体，对于理想气体，cv=Const第50页，共52页，编辑于2022年，星期日取氧气瓶为开口系取氧气瓶为开口系绝热钢瓶放气，瓶内气体遵循绝热钢瓶放气，瓶内气体遵循特例？特例？第51页，共52页，编辑于2022年，星期日第三章第三章 完完第52页，共52页，编辑于2022年，星期日