第三讲：理想气体选编课件.ppt

1、工程热力学理想气体的性质Properties of the Ideal-Gas工程热力学火力发电装置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-h2121qhh221qhhws =h1-h2工程热力学工程热力学的研究内容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、工作原理工程热力学工程热力学的两大类工质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

2、制冷工质等工程热力学理想气体状态方程理想气体状态方程 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：mm1 kmol:pVR Tm kmol:npVnR T1 kg :pvRTmRTpVm :kg 注意:Rm 与R 摩尔容积Vm状态方程统一单位Ideal-gas equation of state工程热力学摩尔容积摩尔容积Molar specific volume(Vm)阿伏伽德罗假说阿伏伽德罗假说 Avogadros hypothesis:相同相同 p 和和 T 下各理想气体的下各理想气体的摩尔容积摩尔容积Vm相同相同在标准状况下500(1.01325

3、10273.15)pPaTKkmolmVm30414.22Vm常用来表示数量工程热力学 Rm与与R的区别的区别Rm通用气体常数mkJ8.3143 kmol KR R气体常数 mkJ/kg.KRRMM-Molar massm8.3143kJ0.287kg K28.97RRM空气空气例如Universal Gas constant与气体种类无关Gas constant与气体种类有关工程热力学计算时注意事项计算时注意事项 1、绝对压力2、温度单位 K3、统一单位（最好均用国际单位）工程热力学计算时注意事项实例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=

4、1atm，求N2质量。1000 1.0 28168.48.3143 20mpVMmkgR T1）2）510001.013 101.0 287601531.58.3143 293.15mpVMmkgR T3）51000(1)1.013 101.0 2876026588.3143 293.15mpVMmkgR T4）51000(1)1.013 101.0 287602.6588.3143 1000 293.15mpVMmkgR T工程热力学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。理想气体理想气体模型

5、模型Model of iedal-gas现实中没有理想气体工程热力学 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哪些气体可当作理想气体T常温，p0输出的轴功是靠焓降转变的工程热力学例2：压缩机械 Compressor火力发电核电飞机发动机轮船发动机移动电站 压气机水泵制冷空调压缩机工程热力学火力发电装置Steam power锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器工程热力学压缩机械sqhw 1)体积不大2）流量大3）保温层q 0ws =-h =h1-h20输入的轴功转变为焓升工程热力学例3：换热设备Heat Exchangers火力

6、发电：锅炉、凝汽器核电：热交换器、凝汽器制冷空调蒸发器、冷凝器工程热力学换热设备热流体放热量：没有作功部件sqhw 热流体冷流体h1h2s0w 21qhhh h1h2210qhhh 冷流体吸热量：210qhhh 焓变工程热力学例4：绝热节流Throttling Valves管道阀门制冷空调膨胀阀、毛细管工程热力学绝热节流绝热节流过程，前后h不变，但h不是处处相等h1h2sqhw 没有作功部件s0w 绝热0q 0h 12hh工程热力学小 结 Summary 热力学第一定律的本质 热一律各表达式之间的关系和用法 准静态或可逆条件下的表达式 热力学能与焓 四种功的关系和使用场合工程热力学(比比)热容

7、热容Specific Heats计算热力学能,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qCdtThe energy required to raise the temperature of a unit mass of a substance by one degree工程热力学(比比)热容热容Specific Heats 比热容qCdtc:质量比热容 kJkg KCm:摩尔比热容kJkmol KC:容积比热容3kJNmKCm=Mc=22.414C工程热力学Ts(1)(2)1 K比热容是过程量还是状态量比热容是过程量还是状态量?c1c2qCdt用的最多的某些特定

8、过程的比热容定容比热容定压比热容工程热力学定容比热容定容比热容cv任意准静态过程qdupdvdhvdpu是状态量，设 ),(vTfu vT()()uududTdvTvvT()()uuqdTpdvTv定容v()uqdTTvvv()()qucdTTSpecific heat at constant volume工程热力学定压比热容定压比热容cp任意准静态过程qdupdvdhvdph是状态量，设 (,)hf T ppT()()hhdhdTdpTppT()()hhqdTv dpTp定压p()hqdTTppp()()qhcdTTSpecific heat at constant pressure工程热力

9、学cv和和cp的说明的说明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3、h、u、s的计算要用cv 和 cp。vv()ucT适用于任何气体。pp()hcTcv物理意义：v 时1kg工质升高1K热力学能的增加量cp物理意义：p 时1kg工质升高1K焓的增加量工程热力学常见工质的常见工质的cv和和cp的数值的数值0oC时：cv,air=0.716 kJ/kg.K cp,air=1.004 kJ/kg.Kcv,O2=0.655 kJ/kg.K cp,O2=0.915 kJ/kg.K1000oC时：cv,air=0.804 kJ/kg.K cp,air=1.091

10、kJ/kg.Kcv,O2=0.775 kJ/kg.K cp,O2=1.035 kJ/kg.K25oC时：cv,H2O=cp,H2O=4.1868 kJ/kg.K工程热力学理想气体的理想气体的u、h、s和热容和热容一、理想气体的u 1843年焦耳实验，对于理想气体qduw0dup v T 不变 AB绝热自由膨胀真空工程热力学理想气体的热力学能理想气体的热力学能u()()pTuududTdpTp无关与必然pupudpT ,0)(0)(Tfu(,)uf T p(,)uf T v()()vTuududTdvTv0 ()0,Tudvuvv必然与 无关0du理气绝热自由膨胀 p v T 不变 工程热力学理

11、想气体热力学能理想气体热力学能的物理解释的物理解释热力学能内动能内位能T,v 理想气体无分子间作用力，热力学能只决定于内动能?如何求理想气体的热力学能 u()uf TT理想气体u只与T有关工程热力学理想气体热力学能的计算理想气体热力学能的计算vTvTd()d()dd()duuuuTvcTvTvv理想气体，任何过程理想气体 实际气体(,)uf T vvv()ucT()uf Tvdduc T工程热力学理想气体的焓理想气体的焓(,)hf T ppTpTd()d()dd()dhhhhTpcTpTpp理想气体实际气体hupvuRT()hf T 理想气体h只与T有关pp()hcTpddhc T理想气体，任

12、何过程工程热力学熵的定义:TqdsR可逆过程 vdpdhpdvduqTdsRpdpcvdvcpdpRTdTcvdvRTdTcdsvppv dupdhvdsdvdpTTTT理想气体理想气体的熵理想气体的熵pv=RT仅可逆适用？T1 p1 v1 s1T2 p2 v2 s212理想气体，任何过程工程热力学一般工质:理想气体：vducdTpv()dhdud pvccRdTdTdT迈耶公式Mayers formula理想气体的热容理想气体的热容vv()ucTpp()hcTpdhcdTpvccR令pvckc比热比v1Rckp1kRck工程热力学1、按定比热 2、按真实比热计算理想气体热容理想气体热容、u、

13、h和和s的计算的计算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cv 和 cppddhc Tvdduc Tpvdvdpdsccvppc dTdpRTpvc dTdvRTv工程热力学小结小结 Summary1、什么样的气体是理想气体？2、理想气体状态方程的正确使用3、理想气体比热、内能、焓的的特点和计算工程热力学人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。工程热力学