《工程热力学》第三章 气体与蒸汽的性质

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1、第三章气体与蒸汽的性质（4学时）基本内容：理想气体概念；理想气体比热；容；理想气体热力（内）能、焓、商、比热的计算；水与水蒸汽饱和状态相图；水的汽化过程与临界点参数；水和水蒸气的状态参数；水蒸气表和图基本要求：理想气体热力学（内）能、焓是温度的单值函数；理想气体的熵不单与温度有关，与其他参数有关；理解熵是状态参数。掌握理想气体混合物热力学（内）能、焓、熵、比热的计算水与水蒸汽相图；水与水蒸汽参数确定；水与水蒸汽表和图13-1理想气体定义:完全适用理想气体状态方程式的工质条件分子本身不占体积分子之间的碰撞完全弹性分子间无内聚力实际运用压力较低（不

2、高于10MPa）、温度较高、比容较大的工质EG：一般O2，N2，空气，惰性气体等可适用水与水蒸汽；各类制冷剂等不适用2PVm=RT理想气体状态方程式（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)PV=NRTNmol理想气体体积（摩尔容积）m3/mol3摩尔气体常数(通用气体常数)R理想气体方程式其他表示R=8.31451J/(mol.K)=8.31451KJ/(Kmol.K)=8314.51J/(Kmol.K)Pv=RgT

3、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PV=mRgT容积m3工质质量kg43-3理想气体热力学（内）能和焓、熵一、理想气体热力学（内）能是温度的函数，与压力、比容无关1、焦耳实验2、数学关系式3、理想气体热力学（内）能计算5AB水1）初试：A充以低压空气，B为真空，A、B容器可与水充分换热，阀关闭2）打开阀门，A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4）改变初试及终了压力，结果相同绝热材料焦耳实验：理想气体的热力学能仅为温度的函数，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7

4、二、理想气体焓变化的计算8910三、理想气体的熵1、理想气体的熵的定义可逆过程（无耗散准静态过程）中，系统接受的微元热量与系统的温度的比值（商），定义为系统的熵的微分2、相关计算式及推导3、利用标准状态熵计算变比热理想气体的熵的变化111、熵的微分定义式单位质量为比熵2、理想气体比熵的微分计算式适用：理想气体任何过程123、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134、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S0定义为T0为制表时参考0点的温度，部分气体可查附表7故：143.2理想气体比热容一、热量的计算二、

5、气体定容、定压比热定义三、理想气体定容、定压比热关系式15热量的计算1、比热容的定义(以C表示)：单位物质温度升高1K所须要的热量称比热(容)2、分类1）按物质的量分:质量比热(容)C：1kg工质温度升高1K所须要的热量（kj/kg.k)摩尔比热(容)Cm：1kmol工质温度升高1K所须要的热量（kj/kmol.k)容积比热(容)Cˊ:标准状态下1m3工质温度升高1K所须要的热量（kj/Nm3.k)2）按加热过程特点分定容比热Cv:相应于定容过程中的比热,有定容质量比热、定容摩尔比热、定容容积比热定压比热Cp:相应于定压过程中的比热,有定压质量

6、比热、定压摩尔比热、定压容积比热注意计算公式表示！3、热量的计算及正负规定16比热容定义——定容比热与定压比热1、一般工质定义：对可逆过程（无耗散的准静态过程），任何气体：定容比容Cv：1kg工质定容加热温度升高1K所须要的热量定压比容Cp：1kg工质定压加热温度升高1K所须要的热量2、适用过程：可逆过程（无耗散的准静态过程）！17对任何工质、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C=f(t)比热容与温度关系平均比热容0192）平均比热容：1）真实比热容C=f(t)=a0+a1t+a2t2

7、+…….取直线关系3)定值比热容:将比热看作不随温度变化20定容比热、定压比热间关系：质量比热容Cp—Cv=Rg摩尔比热容Cpm—Cvm=R比热比迈耶公式通常测量定压比热CP再由迈耶公式确定定容比热CV！！21例题在燃气轮机装置中，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），然后将加热后的空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327℃，试按下列比热容值计算对每kg空气所加入的热量1）按真实比热容计算（经验公式）2）按平均比热容计算3）按定值比热容计算4）按空气热力性质表计算22例题如图，体积为V1的刚性

8、容器，装有初压P1，i，初温T1，i的某种理想气体，容器与一垂直汽缸相连，汽缸内有一活塞，开始时停在缸底V2，i=0，要用P2，f的压力才能将活塞向上