工程热力学 第三章 气体和蒸汽的性质

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1、第三章气体和蒸汽的性质工程热力学的研究内容1、能量转换的基本定律2、工质的基本性质与热力过程3、热功转换设备、工作原理4、化学热力学基础工程热力学的两大类工质1、理想气体（idealgas）可用简单的式子描述如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气、空调中的湿空气等2、实际气体（realgas）不能用简单的式子描述，真实工质火力发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等1.分子之间没有作用力2.分子本身不占容积但是,当实际气体p很小,V很大,T不太低时,即处于远离液态的稀薄状态时,可视为理想气体。理想气体模型现实中没

2、有理想气体当实际气体p很小,V很大,T不太低时,即处于远离液态的稀薄状态时,可视为理想气体。哪些气体可当作理想气体T>常温，p<7MPa的双原子分子理想气体O2,N2,Air,CO,H2如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气等三原子分子（H2O,CO2)一般不能当作理想气体特殊，如空调的湿空气，高温烟气的CO2，可以§3-1理想气体状态方程理想气体定义：凡遵循克拉贝龙(Clapeyron)方程的气体四种形式的克拉贝龙方程：注意:R与Rg摩尔容积Vm状态方程统一单位摩尔容积Vm阿伏伽德罗假说:相同p和T下各理想气体

3、的摩尔容积Vm相同在标准状况下Vm常用来表示数量R与Rg的区别R——通用气体常数(与气体种类无关)Rg——气体常数(随气体种类变化)M-----摩尔质量例如计算时注意事项1、绝对压力2、温度单位K3、统一单位（最好均用国际单位）计算时注意事项实例V=1m3的容器有N2，温度为20℃，压力表读数1000mmHg，pb=1atm，求N2质量。1）2）3）4）§3-2比热容计算内能,焓,热量都要用到热容定义:比热容单位物量的物质升高1K或1oC所需的热量c:质量比热容Cm:摩尔比热容C’:容积比热容Cm=M·c=22.4

4、14C’Ts(1)(2)1K比热容是过程量还是状态量?c1c2用的最多的某些特定过程的比热容定容比热容定压比热容定容比热容cv任意准静态过程u是状态量，设定容物理意义：v时1kg工质升高1K内能的增加量定压比热容cp任意准静态过程h是状态量，设定压物理意义：p时1kg工质升高1K焓的增加量cv和cp的说明1、cv和cp，过程已定,可当作状态量。2、前面的推导没有用到理想气体性质，所以3、h、u、s的计算要用cv和cp。适用于任何气体。常见工质的cv和cp的数值0oC时：cv,air=0.716kJ/kg.Kcp,a

5、ir=1.004kJ/kg.Kcv,O2=0.655kJ/kg.Kcp,O2=0.915kJ/kg.K1000oC时：cv,air=0.804kJ/kg.Kcp,air=1.091kJ/kg.Kcv,O2=0.775kJ/kg.Kcp,O2=1.035kJ/kg.K25oC时：cv,H2O=cp,H2O=4.1868kJ/kg.K§3-3理想气体的u、h、s和热容一、理想气体的u1843年焦耳实验，对于理想气体pvT不变AB绝热自由膨胀真空理想气体的内能u理气绝热自由膨胀pvT不变理想气体u只与T有关理想气体内能的

6、物理解释内能＝内动能＋内位能T,v理想气体无分子间作用力，内能只决定于内动能?如何求理想气体的内能uT理想气体内能的计算理想气体，任何过程理想气体实际气体理想气体的焓理想气体实际气体理想气体h只与T有关理想气体，任何过程熵的定义:可逆过程理想气体理想气体的熵pv=RgT仅可逆适用？T1p1v1s1T2p2v2s212理想气体，任何过程一般工质:理想气体：迈耶公式理想气体的热容令比热比1、按定比热2、按真实比热计算§3-4理想气体热容、u、h和s的计算3、按平均比热法计算理想气体热容的计算方法：h、u、s的计算要用c

7、v和cp分子运动论1、按定比热计算理想气体热容运动自由度单原子双原子多原子Cv,m[kJ/kmol.K]Cp,m[kJ/kmol.K]k1.671.41.292、按真实比热计算理想气体的热容根据实验结果整理理想气体3、按平均比热计算理想气体的热容tt2t1c(cp,cv)附表5c=f(t)摄氏℃求O2在100-500℃平均定压热容1.2.cv为真实比热3.cv为平均比热理想气体u的计算4.若为空气，直接查附表7理想气体，任何过程T1u1T2u2121.2.cp为真实比热3.cp为平均比热理想气体h的计算4.若为

8、空气，直接查附表7理想气体，任何过程1、若定比热理想气体s的计算理想气体，任何过程理想气体s的计算2、真实比热(经验式)选择精确的真实比热容经验式算得熵变理想气体s的计算2、真实比热(查表)取基准温度T0=0K,P0=101325Pa,若为空气，查附表7得状态(T,P0)时查附表8例1:某种理想气体作自由膨胀，求：Δs12。解：1）因容器刚性绝热，气体