第三章-理想气体的性质与热力过程.ppt

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1、第三章理想气体的性质及热力过程本章主要内容理想气体状态方程式1理想气体的热容、热力学能、焓和熵2理想气体的热力过程31.理想气体热机的工质通常采用气态物质：气体或蒸气。气体：远离液态，不易液化。蒸气：离液态较近，容易液化。气体的性质:热物理性质：ρ、μ、c、、热力性质：p、T、v、u、h、s、、3-1理想气体状态方程式理想气体是一种经过科学抽象的假想气体，它具有以下3个特征：（1）理想气体分子体积与气体的总体积相比可忽略不计；（2）理想气体分子之间无作用力；（3）理想气体分子之间以及分子与容器壁的碰撞都是弹性碰撞。

2、3-1理想气体状态方程式空气中及烟气中所含有的水蒸气分子，因其分压力小、比体积大，当作理想气体看待。任何实际气体在压力趋于零，比体积趋于无穷大，而且温度不是很低的时候，均具有理想气体性质。如：常温下，压力不超过5MPa的O2、N2、H2、CO等实际气体及其混合物都可以近似为理想气体。哪些实际气体可假设为理想气体呢3-1理想气体状态方程式锅炉产生的水蒸气，制冷剂（氨、氟里昂等）蒸气、石油气、、、它们距离液态较近---不能忽略蒸气分子本身所占有的体积和分子间的相互作用力理想气体是实际气体在低压高温时的抽象3-1理想气体

3、状态方程式2.理想气体状态方程式3-1理想气体状态方程式气体常数：J/(kg·K)Pam3kgKR=MRg=8.3145J/(mol·K)1kg工质nmol工质1mol标准状态3-1理想气体状态方程式例试按理想气体状态方程求空气在表列温度、压力条件下的比体积v，并与实测值比较。已知：空气气体常数Rg=287.06J/(kg·K)T/Kp/atm3001300103001002001009013-1理想气体状态方程式本例说明:低温高压时，应用理想气体假设有较大误差。T/Kp/atmv/m3/kgV测/m3/kg误差/

4、%30010.849920.849250.02300100.0849920.084770.263001000.00849920.008450.582001000.0056660.004623.189010.254980.247582.99物体热容量的大小与物体的种类及其数量有关，此外还与过程有关，因为热量是过程量。如果物体初、终态相同而经历的过程不同，则吸入或放出的热量就不同。3-2理想气体的热容、热力学能、焓和熵定义：物体温度升高1K（或1℃）所需要的热量称为该物体的热容量，简称热容。3-2理想气体的热容、热力学

5、能、焓和熵热容分类比热容（质量热容）单位质量物质的热容，c，J/(kg·K)。C=δq/dT=δq/dt摩尔热容1mol物质的热容，Cm，J/(mol·K)。Cm=c×M比定容热容cV=δqV/dT比定压热容cp=δqp/dT热工计算中常涉及定容过程和定压过程。比定容热容CV定容过程dv=03-2理想气体的热容、热力学能、焓和熵比定压热容Cp定压过程dp=0比定容热容CV和比定压热容Cp之间的关系Cp,m–CV,m=R摩尔定压热容摩尔定容热容等式两边同乘以摩尔质量M迈耶公式3-2理想气体的热容、热力学能、焓和熵cp

6、与cV均为温度函数,但cp–cV恒为常数：Rg对理想气体：注意：u只与温度有关比热容比：，联立式得：3-2理想气体的热容、热力学能、焓和熵1.理想气体的热力学能和焓理想气体的热力学能与焓都是温度的单值函数。由式可得3-2理想气体的热容、热力学能、焓和熵2.理想气体的熵定义:可逆过程中,1㎏工质的熵变ds等于过程中外界引入的热量dq与工质的绝对温度T的比值。定义式根据熵的定义式及热力学第一定律表达式，可得:3-2理想气体的热容、热力学能、焓和熵代入上面两式，可得对于理想气体，3-2理想气体的热容、热力学能、焓和熵将上

7、式两边积分，可得任一热力过程熵变化的计算公式代入和迈耶公式cpcV=Rg，得比热容为定值时，分别将上两式积分，可得:3-2理想气体的热容、热力学能、焓和熵结论：（1）理想气体比熵的变化完全取决于初态和终态，与过程所经历的路径无关。这就是说，理想气体的比熵是一个状态参数。（2）虽然以上各式是根据理想气体可逆过程的热力学第一定律表达式导出，但适用于计算理想气体在任何过程中的熵的变化。3-2理想气体的热容、热力学能、焓和熵例题：1kg空气从初态p1=0.1MPa，t1=100℃，经历某种变化后到终态p2=0.5MPa，

8、t2=1000℃，取定比热容,求：熵变。解：3-2理想气体的热容、热力学能、焓和熵（3）依据：热力学第一定律表达式、理想气体状态方程式及可逆过程的特征关系式。1．热力过程的研究目的与方法（1）目的：了解外部条件对热能与机械能之间相互转换的影响，以便合理地安排热力过程，提高热能和机械能转换效率。（2）任务：确定过程中工质状态参数的变化规律，分析过程中的能量转换