v2第二章气体热力性质.ppt

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1、第二章 气体的热力性质,Properties and Process of the Gas,火力发电装置,锅炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,ws=h1-h2,ws=h1-h2,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（ideal gas）,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（real gas）,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,2-1 理想气体状态方程式,理想气体定

2、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：,Rm 与R,摩尔容积Vm,状态方程,统一单位,Ideal-gas equation of state,摩尔容积Molar specific volume(Vm),阿伏伽德罗假说 Avogadros hypothesis: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,Vm常用来表示数量,Rm与R的区别,Rm通用气体常数,R气体常数,M-Molar mass,例如,Universal Gas constant,与气体种类无关,Gas constant,与气体种类有关,计算时注意事项,1、绝对压力,2、

3、温度单位 K,3、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）,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Model of ideal-gas,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

4、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,特殊可以，如空调的湿空气，高温烟气的CO2,2-2 理想气体比热Specific Heats,一比热的定义与单位计算内能,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,The energy required to raise the temperature of a unit mass of a substance by one degree,2-2理想气体比热（容）,比热容,c:质量比热,Cm:摩尔比热,C:容积比热,Cm=Mc=22.414C,T,s,(1),(2),1 K,比热

5、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：在定容情况下，单位物量的物体，温度变化1K（1）所吸收或放出的热量，称为该物体的定容比热,定压比热：在定压情况下，单位物量的物体，温度变化1K（1）所吸收或放出的热量，称为该物体的定压比热。,梅耶公式,比热比,3 定值比热容、真实比热容、摩尔比热容,常见工质的cv和cp的数值,0oC时：,cv,air=0.716 kJ/kg.K cp,air=1.004 kJ/kg.K,cv,O2=0.655 kJ/kg.K cp,O2=0.915 kJ/kg.K,1000oC时：,cv,air=0.804 k

6、J/kg.K cp,air=1.091 kJ/kg.K,cv,O2=0.775 kJ/kg.K cp,O2=1.035 kJ/kg.K,25oC时：,cv,H2O=cp,H2O=4.1868 kJ/kg.K,分子运动论摩尔定容比热容摩尔定容比热容,1 定值比热容,单原子,双原子,多原子,Mcv 3/2 R0 5/2R0 7/2R0,Mcp 5/2R0 7/2R0 9/2R0,k,1.66,1.4,1.29,2、真实比热容,MCp=a0+a1T+a2T2+a3T3,理想气体比热容实际是温度函数,根据实验结果整理,3、平均比热容,t,t2,t1,c(cp,cv),c=f(t),求O2在100-50

7、0平均定压热容,例见教材 P26（5版）例2-4 P27（4版）例2-4,2-3 混合气体的性质,The Properties of Gas Mixtures,研究对象,无化学反应的理想气体混合物,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,水蒸气含量可变化，单独研究,主要内容,1、成分描写,2、分压定律和分容积定律,3、混合物参数计算,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,Mass Fraction,摩尔成分 mole fraction,设混合气体由1,2,3,i

8、,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,平均摩尔质量M和折合气体常数R,设混合气体的平均摩尔质量为M，摩尔数为n，则混合气体质量,折合气体常数,平均摩尔质量为M,Gas constant of gas mixture,与xi的换算,已知 xi,9-2 分压定律和分容积定律,Daltons law of additive pressures:The pressure of a gas mixture is equal to the sum of the pressures each gas would exert if it existed alone a

9、t the mixture temperature and volume,p T V,分压力pi,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,理想气体模型,1.分子之间没有作用力 2.分子本身不占容积,分压力状态是第i 种组元气体的实际存在状态,质量成分与混合物气体常数,kJ/kg.K,Amagats law of additive volumes:The volume of a gas mixture is equal to the sum of the volume

10、s each gas would occupy if it existed alone at the mixture temp.and pressure,p T V,分容积Vi,partial volume,分容积定律,p T V,分容积Vi,容积成分,摩尔成分,volume fraction,为什么引入分容积定律,混合气体的测量,成分分析仪,得到,分压力状态是第i 种组元气体的实际存在状态,混合气体的参数计算,质量，摩尔数，压力，容积，内能，焓，定压比热容，定容比热容，熵，Ex,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,混合物比参数的计算,加权性,kJ/kg,kJ/kmol,混合气体,内能,混合物比参数的计算,kJ/kg,kJ/kmol,混合气体,焓,混合物比参数的计算,kJ/kg.K,kJ/kmol.K,定压比热容,kJ/kg.K,kJ/kmol.K,定容比热容,混合物比参数的计算,kJ/kg.K,kJ/kmol.K,熵,kJ/kg.K,kJ/kmol.K,ex,混合物容积的计算,分容积定律,总容积,比容,m3/kg,m3/kmol,2-4 实际气体状态方程,范德瓦尔(Van der Waals)方程,对于1kmol实际气体,第二章 完End of Chapter Two,