[工学]工程热力学第三章上.ppt

第三章 气体的热力性质和热力过程 31 理想气体的概念 理想气体指分子间没有相互作用力、分 子是不具有体积的弹性质点的假想气体 实际气体是真实气体，在工程使用范围 内离液态较近，分子间作用力及分子本 身体积不可忽略，热力性质复杂，工程 计算主要靠图表 理想气体是实际气体p0的极限情况。 理想气体与实际气体 提出理想气体概念的意义 简化了物理模型，不仅可以定性分析气体某些 热现象，而且可定量导出状态参数间存在的简 单函数关系 在常温、常压下H2、O2、N2、CO2、CO、He及 空气、燃气、烟气等均可作为理想气体处理， 误差不超过百分之几。因此理想气体的提出具 有重要的实用意义。 32 理想气体状态方程式和摩尔气 体常数 理想气体的状态方程式 Rg为气体常数（单位J/kgK），与气体所处 的状态无关，随气体的种类不同而异 理想气体在任一平衡状态时p、v、T之间关系的方 程式即理想气体状态方程式，或称克拉贝龙(Clapeyron) 方程。 通用气体常数 （也叫摩尔气体常数）R 通用气体常数不仅与气体状态无关，与 气体的种类也无关 气体常数之所以随气体种类不同而不同，是因为 在同温、同压下，不同气体的比容是不同的。如果单 位物量不用质量而用摩尔，则由阿伏伽德罗定律可知 ，在同温、同压下不同气体的摩尔体积是相同的，因 此得到通用气体常数 R 表示的状态方程式： 气体常数与通用气体常数的关系： M 为气体的摩尔质量 不同物量下理想气体的状态方程式 m kg 理想气体 1 kg 理想气体 n mol 理想气体 1 mol 理想气体 33 理想混合气体 理想气体混合物中各组元气体均为 理想气体，因而混合物的分子都不占体 积，分子之间也无相互作用力。因此混 合物必遵循理想气体方程，并具有理想 气体的一切特性。 1、混和气体的成分 混合气体成分的几种表示方法： 体积分数： Vi为分体积 质量分数： 摩尔分数： wi、xi、i的转算关系 2 混合气体平均摩尔质量 混合气体的气体常数 3、分压力定律和分体积定律 分压力及分体积 在与混合物温度相同的情况 下，每一种组成气体都独自占据 体积V时，组成气体的压力称为 分压力。用pi表示。 各组成气体都处于与混合 物温度、压力相同的情况下， 各自单独占据的体积称为分体 积。用Vi表示。 分压力定律 混合气体的总压力等于各 组成气体分压力之和，称为道 尔顿(Dalton)分压定律 分体积定律 理想气体混合物的总体 积等于各组成气体分体积之 和，称为亚美格(Amagat)分 体积定律 34 气体的热力性质 1kg物质温度升高1K所需的热量称为比热容 ： 1 比热容的定义 物体温度升高1K所需的热量称为热容： 1mol 物质的热容称为摩尔热容 Cm ，单位： J/(molK) 标准状态下1 m3 物质的热容称为体积热容 C ，单位： J/(m3K) 比热容、摩尔热容及体积热容三者之间的关 系： Cm=Mc=0.0224141 C 定压比热容：可逆定压过程的比热容 定压比热容及定容比热容 热量是过程量，因此比热容也与各过 程特性有关，不同的热力过程，比热容也 不相同： 定容比热容：可逆定容过程的比热容 焓值h=u+pv，对于理想气体h=u+RgT，可见焓与压 力无关，理想气体的焓也是温度的单值函数： 对于理想气体，cp、 cv 是温度的单值函数，因 此它们也是状态参数。 对于理想气体，其分子间无作用力，不存在内位能 ，热力学能只包括取决于温度的内动能，与比体积无 关，理想气体的热力学能是温度的单值函数： 定压比热容与定容比热容的关系 迈耶公式： 迈耶公式 理想气体比热容的计算 真实比热容 将实验测得的不同气体的比热容随温 度的变化关系，表达为多项式形式： 定值比热容： 工程上，当气体温度在室温附近，温度变化 范围不大或者计算精确度要求不太高时，将比热 视为定值，参见附表3。亦可以用下面公式计算： 气体种 类 cV J/(kgK) cp J/(kgK) 单原子 双原子 多原子 3Rg/2 5Rg/2 7Rg/2 5Rg/2 7Rg/2 9Rg/2 1.67 1.40 1.30 应该指出，单原子气体的定容比热容 和定压比热容基本上是定值的，可以 认为与温度无关。 对双原子气体和多原子气体，如果温 度接近常温，为了简化计算；可将比 热容看作定值。通常取298K(25度)时 气体比热容的值为定比热容的值。某 些常用气体在理想气体状态下的定比 热容可查阅附表1 热容比： 3 理想气体的热力学能、焓、熵 热力学能和焓 理想气体的热力学能和焓是温度的单 值函数： 工程上的几种计算方法： 按定值比热容计算； 按真实比热容计算； 按平均比热容计算； 状态参数熵 熵的定义： 式中，下标 “ rev ” 表示可逆，T为工质的绝对温度。 熵是状态参数： 理想气体的熵方程 熵方程的推导： 本章应注意的问题 2考虑比热随温度变化后，产生了多种计算理想气体热 力参数变化量的方法，要熟练地掌握和运用这些方法， 必须多加练习才能达到目的。