相变潜热的计算课件.ppt

1、相变潜热intent heat of phase change 1PPT课件一、相变潜热机理相：系统中具有完全相同的物理性质和化学组成的均匀部分。相变化过程：物质从一个相转移到另一个相的过程。实质：新相的生成和旧相的消失。1.相的定义2PPT课件（1）只要是气体，无论一种或几种混合在一起，都是一相；（2）液体根据其互溶程度，通常为一相、两相、三相共存；（3）固体无论分散得多细，一般有几种固体就有几种相。2.相的分类3PPT课件3.相变潜热的定义相变潜热：是指单位质量或者单位物质的量的物质在等温等压的情况下，从一个相转变为另一个相吸收或者放出的热量。常见的：固-液 转变 熔解热 液-气 转变 汽

2、化热固-气 转变 升华热许多固体在不同的温度和压强下具有不同的结晶形式，即可以从一种固相转变为另一种固相，这种过程称为同素异晶转变。同素异晶转变过程中也要产生相变潜热。4PPT课件4.不同物质的相变潜热（1）对于纯物质，一般认为相变是在单一温度下进行的（即所谓的理想相变），其相变值可视为一个常数；（2）对于复合相变介质，其相变是在一个小的温度范围内进行的，在这种相变过程中的相变潜热不再是一个常熟，与温度t有关。5PPT课件5.相变潜热的大小 液相分子比在固相分子中有大得多的自由动能，具有较高的能量，气相中分子也具有较高的自由度，分子间完全自由，相互引力几乎为0。同等情况下，对应的潜热大小：固-

3、气 液-气 固-液6PPT课件二、相变潜热的计算相变液体气化 蒸发热固体溶化 熔解热液体凝固 凝固热固体晶型转变 相变热相变潜热7PPT课件 相变材料按照其相变类型分类，总共可以分成四类：（1）固-气相变材料 （2）液-气相变材料 （3）固-固相变材料 （4）固-液相变材料8PPT课件气-液 固-液固-气固-固热力学公式查手册特鲁顿公式陈氏方程Riedel方程克劳修斯方程沃森公式经验公式变时间步长法有限差分-有限单元法焓法显热容法DSC法DTA法9PPT课件相变潜热的实质：相变过程中末态与初态的焓差H，即相变焓。同时，一般来说，压力对于固体、液体的焓的影响都很小，所以在压力变化不大的情况下，可

4、以忽略压力对于固体、液体的焓的影响。方法：根据热力学公式 为相变焓，为相变温度，为相变熵。10PPT课件方法：查手册 许多纯物质在正常沸点（或熔点）下的相变潜热数据可在手册中查到。若查到的数据，其条件不符合要求，可设计一定计算途径来计算。例如：A（液）1molT1,P1A（汽）1molT1，P1A（液）1molT2,P2A（汽）1molT2，P2 h3 h1 h2 h4 h2 h2 h1 h1 h3 h3 h4 h4（已知）（？）11PPT课件方法：特鲁顿法则（沸点法）hvb Tb(kJ/mol)b为常数，对非极性液体，b0.088;水低分子量醇，b0.109。Tb 为液体的正常沸点，K；hv

5、 汽化潜热，kJ/mol。注意：此法用于计算标准汽化热即正常沸点下的相变 潜热；计算误差比较大，在30%之内。12PPT课件方法：陈氏方程Tb为液体的正常沸点，KTc 为临界温度，KPc 为临界压力，atm 注意:此方程适用于烃类及弱极性化合物，误差一般小于4%。不适用醇酸等具有缔结性的化合物。)/(/07.1)ln555.1983.3/978.3(319.8molJcTbTcpcTbTbTvh13PPT课件方法Riedel方程rbcbvTpTh930.0)2897.1(ln079.9Tb正常沸点，K;hv正常沸点下的汽化潜热，J/mol;pc临界压力，Mpa;Trb正常沸点下的对比温度(Tr

6、b=Tb/Tc)注意：此公式计算正常沸点下的汽化焓，误差一般都在 5%之内。14PPT课件方法克劳修斯-克拉贝隆方程BRThpv*ln式中p*蒸汽压，其单位要视式中常数B的数值而定，此方程h看作常数 若在蒸汽压数据覆盖的范围内，h可看作为常数时，则可将实验测得的几个温度下相应的饱和蒸汽压数据，作lnp-1/T图，由直线斜率（hv/R)求出此温度范围内的平均摩尔汽化热。15PPT课件在很多情况下，汽化热随温度改变，需用克拉贝隆方程：)(h*lVgVTvdTdp式中，Vg、Vl分别为气体和液体在温度T时的摩尔容积。中低压时，Vg Vl，由理想气体状态方程代入下式得：2*lnRThdTpdv温度T时

7、的汽化热可用lnp-T图由蒸汽压数据来计算，即曲线上某温度处的切线斜率，就是该温度的（dlnp/dT），由上式求出hv。16PPT课件方法：沃森公式38.01212)11()()(rrvvTThh式中：Tr1、Tr2分别是T1、T2下的对比温度注意：此公式在临界温度10K以外平均误差为1.8%17PPT课件方法：标准熔化热的经验估算hm（J/mol)9.2Tm(用于金属元素)25Tm(用于无机化合物)50Tm(用于有机化合物)式中 Tm 为正常熔点,K。18PPT课件方法：变时间步长法步长就是将需要测量的数值均匀分成若干个区间，每个区间的长度就叫步长。时间步长法应该是以时间轴为主自变量，确定步

8、长后定点测值，简单来说就是每隔一段时间取一个值记录下来，方便统计、观察数据。固-液相变过程：19PPT课件方法：有限差分-有限单元法该方法将求解域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域。20PPT课件方法：焓法由于相变问题的复杂性，一般采用近似分析或者数值分析的方法来求解。对该类问题建立焓法模型，如对相变墙体传热的特性进行分析时，采用在整个区域建立统一能力方程的焓法模型求解传热，建立轻质相变墙体房间空气热平衡模型，采用有限差分法对模型进行离散，并编程求解。21PPT课件方法 显热容法即相变计算过程发生在一个可观的温度差范围内，可以把这些物质的相变潜热看作是在足够厚度的相变区域内有一个

9、很大的显热容量，随着相变过程的逐渐进行，相变潜热不断释放或吸收，相变区内的物质温度也随时间逐渐下降。构造热容表达式和导热系数的表达式。此方法适合求解【变温相变】，即相变发生在一个温度范围内的相变过程。22PPT课件方法液体的凝固及固体融化过程，数值的求解方法可分为3类：前沿跟踪法：固定步长法 变时间步长法 固定前沿法：通过某种转换将移动前沿变为固定前沿，从而将移动区域问题化为固定区域问题求解。热面移动法 自变量变换法固定区域法：将分区求解的导热问题化成整个区域上的非线性导热问题处理，焓法、显热容法、等效热容法。23PPT课件方法 相变材料储热性能分析DSC法（差示扫描量热法）使用的温度范围：-175 +725使用差式扫描量热仪，在程序控制温度下，测量输入物质和参比物质的功率差和温度关系，可以定量得测定物质的熔点、热焓、熵、比热容等热动力学参数。测定相变材料的相变温度和相变潜热24PPT课件 DTA（差热分析法）使用温度：-180 +2400 使用DTA设备，在程序控制温度下，测量物质和参比物的温度差和温度关系的一种技术。差热曲线是由差热分析得到的记录曲线，纵坐标：试样与参比物的温度差向上表示放热反应，向下表示吸热反应。注：DTA法的量热精度不如DSC法，对于研究中低温相变材料的热性能一般采用DSC法。25PPT课件26PPT课件