工程热力学（第五版）第二章气体的热力学性质课件.ppt
第二章 理想气体的热力学性质,工程热力学的两大类工质,1、按理想气体（ ideal gas）处理,参数间的关系可用理想气体状态方程描述。 如常温下的空气等,2、按实际气体（ real gas）处理,参数间的关系不满足理想气体状态方程。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. 分子本身是弹性的不占容积的质点,分子本身所具有的体积与其所活动的空间相比非常小，即分子本身的体积可忽略，而分子间平均距离很大，分子间的作用力小到可以忽略。,2-1理想气体模型,现实中没有理想气体,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，p7MPa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,2-2理想气体状态方程,理想气体遵循克拉贝龙(Clapeyron)方程,四种形式的克拉贝龙方程：,Rm 与R,摩尔容积Vm,状态方程,统一单位,Clapeyron实验得出。可以理论导出：,摩尔容积Vm 、Rm与R,阿伏伽德罗定律: 相同 p 和 T 下各理想气体的摩尔容积Vm相同,在标准状况下，阿伏伽德罗实验证明：可得：,Rm通用气体常数 (与气体种类无关),R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 K,3、统一单位（最好均用国际单位）,4、 Rm与R的选取,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）,2-3 (比)热容,计算内能, 焓, 热量都要用到热容,定义：单位物量的物质升高1K或1oC所需的热量,c : 质量比热容,Mc: 摩尔比热容,C: 容积比热容,Mc=Mc=22.414C,T,s,(1),(2),1 K,比热容是过程量还是状态量?,c1,c2,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,加入的热量全部用来增加气体的热力学能，使气体温度升高 。,物量单位，定容质量比热、定容体积比热、定容摩尔比热,定压比热容cp,加入的热量部分增加气体的热力学能，使气体温度升高 ，部分用来对外作膨胀功,物量单位，定压质量比热、定压体积比热、定压摩尔比热,注意：前面的推导没有用到理想气体性质， 所以,适用于任何气体。,1、理想气体：,迈耶公式,cv和cp的关系（理想气体）,令,比热比,2、 液体、固体的cv 和 cp近似相等,1、按定比热,2、按真实比热计算,2-4 理想气体热容确定,3、按平均比热法计算,分子运动论：只取决于分子结构（确定运动自由度），与状态无关。凡分子中原子数目相同的气体，其摩尔比热相等。,1、按定值比热计算理想气体热容,单原子,双原子,多原子,Cv,mkJ/kmol.K,Cp,m kJ/kmol.K,k,1.67,1.4,1.29,气体温度不太高或计算精度要求不高时，可采用。,2、按真实比热计算理想气体的热容,根据实验结果整理,理想气体的比热实际并非定值，而是温度的函数（考虑温度对原子振动能量的影响）。,工程中一般表示为温度的三次多项式,求热量Q,3、按平均比热计算理想气体的热容,t,t2,t1,c(cp ,cv),表2-4 几种气体,c=f (t),摄氏,0,求O2在100-500平均定压热容,2-5理想气体混合物的性质,实际中遇到的理想气体多为理想气体混合物,例：锅炉烟气 CO2, CO, H2O, N2,燃气轮机中的燃气,空调工程中的湿空气,水蒸气含量低，稀薄，当作理想气体,介绍理想气体混合物的性质及参数的确定方法,理想气体混合物满足理想气体状态方程及理想气体的各种定律（过程方程、阿伏伽德罗） （分子作用力忽略，相当于独立存在） （对容器壁的作用也是独立的，具有可加性）,一、 理想气体混合物的性质,道尔顿分压定律,分压力: 假定组分气体单独存在，且与混合气体具有相同的温度和体积,p T V,分压力pi,Daltons law of partial pressure,分压定律,p T V,分压力pi,压力是分子对管壁的作用力,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独存在时的作用力之和,分容积定律,p T V,分容积Vi,分容积:假想组分气体单独存在，且与混合气体具有相同的温度和压力。（ARMGET）,二、理想气体混合物的参数,混合物的成分混合物的分子量和气体常数混合气体分压力的确定混合气体比热容的确定混合气体总参数的确定,混合气体的成分 （1）质量成分,第 i 种组元气体的质量成分：,设混合气体由1, 2 , 3, i, k种气体组成,各组元质量成分之和为1,（2）容积成分,设混合气体由1, 2 , 3, i, k种气体组成,第 i 种组元气体的容积成分：,各组元容积成分之和为1,（3）摩尔成分,设混合气体由1, 2 , 3, i, k种气体组成,摩尔数,第 i 种组元气体的摩尔成分：,各组元摩尔成分之和为1,ri与xi换算,由阿伏定律，,则得，,与xi（ ri ）换算,已知,xi,混合气体的折合分子量M和折合气体常数R(根据摩尔成分或体积成分确定),设混合气体的质量为m，摩尔数为n，则折合分子量M,折合气体常数,混合气体的折合分子量M和折合气体常数R(根据质量成分确定),混合物的分压力,根据分压力定义根据分容积定义可得,混合物的计算比热容,kJ/kg.K,kJ/kmol.K,质量比热容,kJ/kg.K,摩尔比热容,混合气体温度升高所需热量=组分气体相同温升所需热量之和,容积比热容,混合物的其他参数,包括：质量，摩尔数，压力，内能，焓，熵等,总参数,加和性,总参数是各组元在分压力状态下的分参数之和（除总容积）,混合物总参数的计算,质量守恒,摩尔数守恒,分压定律,2-6实际气体状态方程,工程中经常遇到的，水蒸气、制冷剂等，较接近液态，不满足理想气体状态方程，按实际气体处理。 描述实际气体状态的方程形式多样，但都有一定的适应范围和精度。 简要介绍（Van der Waals）方程。,（Van der Waals）针对实际气体区别于理想气体两个特性，在对理想气体状态方程进行修正的基础上，得到实际气体的状态方程获1910年诺贝尔奖。 （1）分子本身的体积修正：分子自由运动空间减小，导致分子碰撞器壁的频率增大，故实际压力大于按理想模型确定的压力。令b为分子体积影响的修正值，则运动空间减小为（v-b）.分子的动压力则增加到 (2)考虑分子间相互作用力的修正：分之间作用力使分子作用于壁面的作用力减小，减小量与气体吸引分子和被吸引分子的数目。压力减小量为 （3）动压力减去内聚力即得静压力：（Van der Waals） ，或写作,（Van der Vaals)方程将a,b作为常数，实际与气体所处状态有关，变化。只有低压力下精度较高。后人修正，得到精度较高，实用的方程： （Berthelot）方程(Dieterrici)方程（Redlich-Kwong）方程处在发展阶段。1955年我国学者浙大侯虞钧、马丁提出马丁-侯方程。1978年，哈工大严家騄提出通用方程,
