3气体和蒸汽的性质ppt课件

第三章气体和蒸气的性质Propertiesofgasandvapor 3 1理想气体 3 2理想气体的比热容 3 3理想气体的热力学能 焓和熵 3 4水的定压汽化过程和水蒸气的p v图及T s图 3 5水蒸气表 3 6水蒸气的h s图 第一部分 第二部分 刚性容器W 0 要实现能量转换 内因 工质的热力性质 本章 外因 工质的热力过程 下一章 缺一不可 第三章第一部分 理想气体的性质 第一节理想气体的定义第二节理想气体的比热容第三节理想气体的热力学能 焓和熵 第一节理想气体的定义 一 理想气体 perfectgas idealgas permanentgas 理想气体的基本假设1 分子为不占体积的弹性质点2 除碰撞外分子间无作用力理想气体是实际气体在低压高温时的抽象 理想气体与实际气体 定义 热力学中 把完全符合及热力学能仅为温度的函数的气体 称为理想气体 否则称为实际气体 理想气体 氧气 氢气 氮气 一氧化碳 二氧化碳 空气 燃气 烟气 在通常使用的温度 压力下 实际气体 氨 氟里昂 蒸汽动力装置中的水蒸气 Pa m3 kg 气体常数 单位为J kg K K R MRg 8 3145J mol K 二 理想气体的状态方程 ideal gasequation 不同物量下理想气体的状态方程式 mkg理想气体 1kg理想气体 nmol理想气体 1mol理想气体 三 为什么要讨论不存在的理想气体 在工程中具有很重要的实用价值和理论意义 在通常的工作参数范围内 按理想气体性质来计算气体工质的热力性质具有足够的精确度 其误差在工程上往往是允许的 对于一般的气体热力发动机和热工设备中的气体工质 在无特殊精确度要求的情况下 多可按理想气体性质进行热力计算 考察按理想气体状态方程求得的空气在表列温度 压力条件下的比体积v 并与实测值比较 空气气体常数Rg 287 06J kg K 计算依据 相对误差 1 温度较高 随压力增大 误差增大 2 虽压力较高 当温度较高时误差还不大 但温度较低 则误差极大 3 压力低时 即使温度较低误差也较小 本例说明 低温高压时 应用理想气体假设有较大误差 例1已知氧气瓶的容积 瓶内氧气温度为20 安装在瓶上的压力表指示的压力为15Mpa 试求瓶内氧气的质量是多少 解 氧气 注意 1 单位换算2 表压力与绝对压力的关系 例2刚性容器中原先有压力为p1 温度为T1的一定质量的某种气体 已知其气体常数为Rg 后来加入了3kg的同种气体 压力变为p2 温度仍为T1 试确定容器的体积和原先的气体质量m1 解 第二节理想气体的比热容 一 比热容及其分类 定义 单位物量物体在准静态过程中温度升高1K 或1 C 所需要的热量称为 比热容 三者的换算关系 定容过程 理想气体 定压过程 机械喷射式柴油机理想循环的P v图 1 2 绝热压缩 2 3 定容吸热 3 4 定压吸热 4 5 绝热膨胀 5 1 定容放热 q1 q1v q1p而 q1v cv T3 T2 q1p cp T4 T3 另外 q2 cv T5 T1 为什么要提出比热容的概念 Q mc T为什么又要进一步提出比定压热容 比定容热容 二 工程计算中比热容的三种处理方法 作为温度的函数 用于精确计算 平均比热容 由于较精确的计算 作为常数 用于近似计算 在常温下比较符合 曲线关系 直线关系 1 真实比热容作为温度的函数 用于精确计算 理想气体的比热不仅与过程有关 而且随温度变化 通常根据实验数据将其表示为温度的函数 利用真实比热容计算热量 真实比热适用于大温差 计算精度要求高的场合 2 平均比热容 1 曲线关系 面积ABCDA 面积1BC01 面积1AD01 q02 q01 2 直线关系 3 定值比热容 第三节理想气体的热力学能 焓和熵 一 理想气体的热力学能和焓 温度相同的状态点 可能压力和比体积不同 其热力学能和焓相同 理想气体的等温线即为等热力学能线 等焓线 同温度范围内所有过程初 终状态热力学能变化量相同 焓变化量都相同 理想气体 前面已经得到的结果 所以有 理想气体可逆过程 二 迈耶方程 比定压热容大于比定容热容 考虑到Q与W有共同点 1都是传递的能量 2可以互相转换 所以 可以进行以下类比 三 理想气体的熵 熵的定义 例 试求空气在自由膨胀中比熵的变化量 已知初态空气的温度为 体积为 膨胀终了的容积 解 取整个容器内的空气为孤立系统 系统与外界无功 热及物质交换 即 第3章第一部分作业 第3版 P76 78习题 1 3 8第4版 P94 96习题 1 M 28 01不是28 1 教材搞错了 5 10 第三章第二部分 水蒸气的性质 水蒸气是人类使用最早 应用最广 汽车 火车 轮船 发电 的工质 为什么它受到人们的特别喜爱呢 是因为水分布广 价格便宜 无毒无臭 而水蒸气的获得又特别容易 在常压下只要加热到100 以上就产生 而在常温下就以液态水的情况存在 便于我们的循环使用 从工程中使用的参数范围来看 水蒸气离液态水不远 工作过程有集态变化 且水蒸气分子间不仅存在作用力 分子占有容积 而且水蒸汽是由一个分子 二个 三个 四个分子机械结合成复合体的混合物 而且随着参数的变化 结合与分裂现象不断发生 因此水蒸气的性质不同于一般的气体 更不同于理想气体 第四节水的定压汽化过程和水蒸气的p v图及T s图第五节水蒸气表第六节水蒸气的h s图 第四节水的定压汽化过程 水蒸气的p v图及T s图 汽化和液化 vaporizationandliquefaction 汽化 由液态到气态的过程 蒸发 在液体表面进行的汽化过程 沸腾 在液体表面及内部进行的强烈汽化过程 液化 由气相到液相的过程 饱和状态 相应的温度和压力称为饱和温度 ts 和饱和压力 Ps 两者一一对应 ts f Ps 只有一个独立变量 一 饱和温度和饱和压力 在饱和状态 Saturatedstate 下 饱和状态 汽化与凝结的动态平衡 饱和温度Ts 饱和压力ps 一一对应 Ts ps ps 1 01325bar ts 100 青藏ps 0 6bar ts 85 95 高压锅ps 1 6bar ts 113 32 二 水的定压汽化过程 容器中装有1kg水 五个状态 1 a 未饱和水 过冷水 t ts过冷度 t ts t p T是独立的状态参数 单相均匀系 f p T 2 b 饱和水 t ts p T不再是独立的状态参数处于平衡态单相均匀系 f p或T v u h s 3 d 干饱和蒸汽 t ts p T不再是独立的状态参数处于平衡态单相均匀系 f p或T v u h s 4 c 湿蒸汽 饱和水和饱和蒸汽的混合物t ts p T不是独立的状态参数 处于平衡态双相非均匀系 f p或T x 干度x 1kg湿蒸汽中含xkg的饱和蒸汽 1 x kg饱和水 5 e 过热蒸汽 t ts 过热度 t t ts p T是独立的状态参数 单相均匀系 f p T 三个阶段 1 定压预热阶段a b 未饱和水变为饱和水 比液体热 2 定压汽化阶段b c d 饱和水变为干饱和蒸汽 既是定压又是定温的相变加热过程 比汽化潜热 3 定压过热阶段d e 饱和蒸汽变成过热蒸汽 比过热热 三 水蒸气的p v图和T s图 1 一点二线三区五态 2 当压力升高时 饱和温度随之升高 汽化过程缩短 比汽化潜热减少 预热过程变长 比液体热增加 3 饱和水的比体积随压力的升高略有增加 而饱和蒸汽的比体积则随压力的升高明显的减小 4 临界点上的比汽化潜热为零 即汽化在一瞬间完成 第五节水蒸气表 饱和水与饱和水蒸气表 未饱和水与过热蒸汽表 一 饱和水与饱和水蒸气表 饱和水及干饱和蒸汽表 三 计算步骤 1 确定状态 已知 p t 已知 p v 2 根据状态查相应的图或表 湿蒸汽查饱和水与饱和蒸汽表 再利用干度公式求出 3 热力学能利用公式u h pv求得 例P 0 5Mpa v 0 36m3 kg 确定状态 并求出温度 比焓 比热力学能和比熵 查饱和水与饱和蒸汽表ts 151 85 C v 0 0010928m3 kg v 0 37481m3 kg 解 湿蒸汽 h 640 1kJ kg h 2748 5kJ kgs 1 8604kJ kg K s 6 8215kJ kg K 第四节水蒸气的h s图 我们用过p v图 T s图 这在热力过程的分析中常用 一个叫示功图 一个叫示热图 但功和热都是一块面积 不直接 而用h s图可用线段来表示功和热 由上界线 下界线及定压线群 定温线群 定容线群 定干度线群