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时间:2019-06-30
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1、3-1理想气体的概念理想气体指分子间没有相互作用力、分子是不具有体积的弹性质点的假想气体实际气体是真实气体,在工程使用范围内离液态较近,分子间作用力及分子本身体积不可忽略,热力性质复杂,工程计算主要靠图表理想气体是实际气体p0的极限情况。理想气体与实际气体提出理想气体概念的意义简化了物理模型,不仅可以定性分析气体某些热现象,而且可定量导出状态参数间存在的简单函数关系在常温、常压下H2、O2、N2、CO2、CO、He及空气、燃气、烟气等均可作为理想气体处理,误差不超过百分之几。因此理想气体的提出具有重要的实
2、用意义。3-2理想气体状态方程式理想气体的状态方程式Rg为气体常数(单位J/kg·K),与气体所处的状态无关,随气体的种类不同而异理想气体在任一平衡状态时p、v、T之间关系的方程式即理想气体状态方程式,或称克拉贝龙(Clapeyron)方程。通用气体常数(也叫摩尔气体常数)R通用气体常数不仅与气体状态无关,与气体的种类也无关气体常数之所以随气体种类不同而不同,是因为在同温、同压下,不同气体的比容是不同的。如果单位物量不用质量而用摩尔,则由阿伏伽德罗定律可知,在同温、同压下不同气体的摩尔体积是相同的,因此得到
3、通用气体常数R表示的状态方程式:气体常数与通用气体常数的关系:M为气体的摩尔质量不同物量下理想气体的状态方程式mkg理想气体1kg理想气体nmol理想气体1mol理想气体1.5理想气体的比热容单位质量的气体,温度升高1K所吸收的热量称为比热容:一、比热容的定义物体温度升高1K所需的热量称为热容:单位物质的量的气体,温度升高1K所吸收的热量为摩尔热容Cm,单位:kJ/(kmol•K)单位体积的气体,温度升高1K所吸收的热量称为体积热容C´,单位:kJ/(m3•K)比热容、摩尔热容及体积热容三者之间的关系:C´
4、=Cm/22.4=cρ0定压比热容:可逆定压过程的比热容二、定压比热容及定容比热容热量是过程量,因此比热容也与各过程特性有关,不同的热力过程,比热容也不相同:定容比热容:可逆定容过程的比热容三、定压比热容与定容比热容的关系迈耶公式:梅耶公式比热比:四、理想气体比热容的计算真实比热容理想气体的比热实际上并非定值,而是温度的函数。相应于每一温度下的比热值称为气体的真实比热。理想气体的比热可表示成温度的函数:Cp,m=a0+a1T+a2T2+a3T3a等值由实验确定,可在表中查取。真实比热作为温度的函数,常用于精
5、确计算。平均比热容在一定温度变化范围内真实比热的积分平均值。如:实际气体的比热在c-t图上为一条曲线,此时的热量计算可表示为阴影部分的面积GDEF。用同样面积GMNF的矩形来代替它,于是有,矩形的高度MG就是在t1与t2温度范围内真实比热的平均值,称为平均比热。用于较精确的计算。定值比热容凡分子中原子数目相同的气体,其摩尔比热都相等,称为定值比热。用于近似计算。平均比热容:见附表5,比热容的起始温度同为0°C,这时同一种气体的 只取决于终态温度t定值比热容:工程上,当气体温度在室温附近,温度变化范围不大或
6、者计算精确度要求不太高时,将比热视为定值,参见附表3。亦可以用下面公式计算:气体种类cV[J/(kg·K)]cp[J/(kg·K)]单原子双原子多原子3×Rg/25×Rg/27×Rg/25×Rg/27×Rg/29×Rg/21.671.401.303-4理想气体的热力学能、焓、熵一、热力学能和焓理想气体的热力学能和焓是温度的单值函数:工程上的几种计算方法:按定值比热容计算;按真实比热容计算;按平均比热容计算;按气体热力性质表上所列的u和h计算;热工计算中只要求确定过程中热力学能或焓值的变化量,因此可人为规定
7、一基准态,在基准态上热力学能取为0,如理想气体通常取0K或0°C时的焓值为0,如{h0K}=0,相应的{u0K}=0,这时任意温度T时的h、u实质上是从0K计起的相对值,即:参见附表8,u可由u=h-pv求得。二、状态参数熵熵的定义:式中,下标“rev”表示可逆,T为工质的绝对温度。熵是状态参数:三、理想气体的熵方程熵方程的推导:同理:理想气体熵方程:微分形式:积分形式:理想气体熵方程是从可逆过程推导而来,但方程中只涉及状态量或状态量的增量,因此不可逆过程同样适用。四、理想气体的熵变计算按定比热容计算:通过
8、查表计算S0是如何确定的呢?p0=101325Pa、T0=0K时,规定这时{}=0,任意状态(T,p)时s值为:状态(T,p0):S0仅取决于温度T,可依温度排列制表(见附表8)取基准状态:3-5理想气体混合物理想气体混合物中各组元气体均为理想气体,因而混合物的分子都不占体积,分子之间也无相互作用力。因此混合物必遵循理想气体方程,并具有理想气体的一切特性。一、混合气体的摩尔质量及气体常数混合气体成分的几种表示方法
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