第2章工质的性质课件

1、第二章 气 体 的 性 质1 2-1 理想气体的比热容分子为不占体积的弹性质点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一、理想气体的基本假设2二. 理想气体的比热容1、定义和分类定义：c与过程有关c是温度的函数分类：按物量质量热容（比热容）c J/(kgK)体积热容 c J/（m3K）摩尔热容 Cm J/(molK)3按过程质量定压热容（比定压热容）质量定容热容（比定容热容）及2、理想气体比定压热容， 比定容热容和迈耶公式比热容一般表达式4 cV定容过程 dv=0若为理想气体是温度的函数5 cp理想气体cp是温度函数cp- cV迈耶公式6讨论a) cp与cV均为温度函数,但c

2、pcV恒为常数：Rgb) (理想气体)cp恒大于cV物理解释:7定容0定压b与c温度相同,均为(T+1)K而8c)气体常数Rg的物理意义Rg是1kg某种理想气体定压升高1K对外作的功。3、理想气体的比热容比注：理想气体可逆绝热过程的绝热指数9三. 利用比热容计算热量原理: 对cn作不同的技术处理可得精度不同的热量计算方法: 真实比热容积分 利用平均比热表 利用平均比热直线 定值比热容101.利用真实比热容积分2.利用平均比热容表由此可制作出平均比热容表11附:线性插值123.定值比热容 据气体分子运动理论，可导出 但多原子误差更大13单原子气体 i=3双原子气体 i=5多原子气体 i=6142

3、2 理想气体热力学能、焓和熵一.理想气体的热力学能和焓 1.理想气体热力学能和焓仅是温度的函数 a)因理想气体分子间无作用力b)15讨论: 如图:0016若为水蒸气? 对于理想气体一切同温限之间的过程u及h相同,且均可用cV T及cp T计算; 对于水蒸气u及h不仅与T有关,还与过程有关且只有定容过程u= cVT,定压过程h= cp T。2.热力学能和焓零点的规定 可任取参考点,令其热力学能为零,但通常取 0 K。17 例2-1 容器A初始时真空，充气，若充入空气h等于常数，求：充气后A内气体温度。解：取A为控制容积已知：180因空气为理想气体，故其h和u 仅是温度函数1）取0为基点2）取0

4、K为基点19为什么？结论： 情况1）实际上有两个参考点，即所以可任选参考温度，但一个问题中只能有一个参考点。20二. 理想气体的熵1.定义3.理想气体的熵是状态参数2.零点规定: 通常取标准状态下气体的熵为零21定比热22例2-2 某种理想气体作自由膨胀，求：s12。解：1）因容器刚性绝热， 气体作自由膨胀即T1=T2023又因为是闭口系，m不变，而V2=2V10上述两种结论哪一个对？为什么？为什么熵会增加？既然?24结论： 1）必须可逆2）熵是状态参数，故用可逆方法推出的公式也 可用于不可逆过程。3）不可逆绝热过程的熵变大于零。25 通用压缩因子和通用压缩因子图 2.通用压缩因子图若取Zc为

5、常数，则1.压缩因子图33*26幻灯片 142728 3-4 水 蒸 气一.汽化和液化汽化：由液态到气态的过程蒸发：液体表面进行 的汽化过程液化：由气相到液相的过程沸腾：在液体表面及内部进行 的强烈汽化过程。29二.饱和状态 当汽化速度=液化速度时，系统处于动态平衡，宏观上气、液两相保持一定的相对数量饱和状态。饱和状态的温度饱和温度，ts(Ts)饱和状态的压力饱和压力，ps 加热，使温度升高如t，并保持定值，系统建立新的动态平衡。与之对应，p变成ps。所以一一对应，只有一个独立变量，即30 t/ 02050100120150p/ MPa0.0061120.00233850.01234460.1

6、0133250.1984830.4757131几个名词： 饱和液处于饱和状态的液体： t=ts 干饱和蒸汽处于饱和状态的蒸汽：t=ts 未饱和液温度低于所处压力下饱和温度的液体：tts, tts=d称过 热度。 湿饱和蒸汽饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t=ts使未饱和液达饱和状态的途径：32三.干度（湿度 y=1x）x01饱和液湿饱和蒸汽干饱和蒸汽定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用w或x表示。33四.水定压加热汽化过程预热汽化过热tts34五.水定压加热汽化过程的p-v图及T-s图一点：临界点两线上界限线下界限线三区液汽液共存汽五态未饱和水饱和水湿蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽3535 水和水蒸气状

7、态参数表和图 水和水蒸气的状态参数可按不同区域，由给出的独立状态参数通过实际气体状态方程及其他一般关系式计算（通常由计算机计算）或查图表确定。一.零点规定规定：三相点液态水热力学能及熵为零可近似为零在动力工程中水蒸气不宜利用理想气体性质计算3637二.未饱和水（t，p）查图表或由专用程序计算三.饱和水和饱和水蒸气(ps和ts) 查图表或由专用程序计算压力不太高时，可近似四.过热蒸汽（p，t）注意：过热蒸汽不可用类似未饱和 水的近似式，因cp变化复杂。查图表或由专用程序计算。38五.湿饱和蒸汽由ts（或ps）与x共同确定：39六.水蒸气表 1.饱和水和干饱和蒸汽表402.未饱和水和过热蒸汽表 p

8、0.001MPa0.005MPa0.01MPa 饱 和 参 数ts=6.949v=0.0010001, v”=129.185h=29.21, h”=2513.3s=0.1056, s ”=8.9735ts=32.879v=0.0010053, v”=28.191h=137.72, h”=2560.6s=0.4761, s”=8.3930ts=45.799v=0.0010103, v”=14.673h=191.76, h”=2583.7s=0. 6490, s”=8.1481 tvhsvhsvhs m3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/

9、(kgK) 00.0010002-0.05-0.00020.0010002-0.05-0.00020.0010002-0.04-0.000210130.5982519.08.99380.001000342.010.15100.001000342.010.151020135.2262537.79.05880.001001883.870.29630.001001883.870.296340144.4752575.29.182328.8542574.08.43660.001009167.510.572350149.0962593.99.241229.7832592.98.496114.8692591

10、.88.173260153.7172612.79.298430.7122611.88.553715.3362610.88.231380162.9562650.39.408032.5662649.78.663916.2682648.98.3422100172.1922688.09.512034.4182687.58.768217. 1962686.98.4471120181.4262725.99.610936.2692725.58.867418.1242725.18.5466412）定温线群1）定压线群3）等容线群4）等干度线七.水蒸气的焓熵（h-s）图4243 例3-3 （1）150的液态水放

11、在一密封容器内，试问水可能处于什么压力？ （2）329.8，15.5MPa的H2O处于什么状态？ （3）6.53MPa, 282.8的H2O处于什么状态？解：（1） 查饱和蒸汽表， t1=150时ps=0.47571MPa 因此水可能处于p0.47571MPa，若p 329.8所以是未饱和水。（3）查饱和蒸汽表， p=6.53MPa时ts=281.2 282.8所以是微过热蒸汽。44例3-4 用温度为500K的恒温热源加热1atm的饱和水，使之定压汽化为100的饱和干蒸汽，求： 1）该过程中工质的熵变如何计算？ 2）过程中熵流和熵产。解：1）由表列数据45因为饱和水汽化过程2）由闭口系熵方程4

12、6例3-5 已知水蒸气压力为p=0.5MPa，比体积v=0.35 m3/kg问这是不是过热蒸汽？如果不是，那么是饱和蒸汽还是湿蒸汽？用水蒸气表求出其他参数。解：利用水蒸气表，p=0.5MPa时所以该水蒸气不是过热蒸汽而是饱和湿蒸汽4748A4221661 例3-6 压力容器内100时水的体积是蒸汽体积的1/10，加热终态时容器内压力达2.0MPa。试求此时容器内温度。问终态时锅内蒸汽量比初态时增大还是减小？ 解： 状态1： 查饱和水和饱和水蒸气表，100时： 49状态2： p2=2MPa 所以为饱和湿蒸汽状态由于总质量不变，干度增大，所以水蒸气量增大。 50 目前，大多数软件采用IFC公式，其

13、适用范围：273.16 1073.15K；0100MPa；将整个区域分成6个子区域，用不同的公式描述，它们的边界线也用不同的函数表达。 严家騄教授用统一公式，满足新骨架表的要求。 本校汪国山老师编制了水和水蒸气程序，在所有区域只要输入任意两个独立参数即可计算所有其他参数，精度符合IFC97公式。36 水和水蒸气热力性质程序简介513.7 理想气体混合物考虑气体混合物的基本原则：混合气体的组分都处理想气体状态，则混合气体也处理想气体状态；混合气体可作为某种假想气体，其质量和分子数与组分气体质量之和及分子数之和相同；理想气体混合物可作为Rg混和M混的“某种”理想气体。52一、混合气体的分压力定律和

14、分容积定律1.分压力定律(Dalton law of partial pressure) 分压力组分气体处在与混合气体相同容积、相同温度单独对壁面的作用力。 53 2、分容积定律(law of partial volume) 分容积组分气体处在与混合气体同温同压单独 占有的体积。54三、混合气体成分2.体积分数(volume fraction of a mixture)3.摩尔分数(mole fraction of a mixture)1.质量分数(mass fraction of a mixture)554.各成分之间的关系566.利用混合物成分求M混和Rg混a)已知质量分数57b)已知摩尔

15、分数例题第三章A411143.ppt例题第三章A711143.ppt58四、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵a.比热容b.热力学能c.焓d.熵59 如某种混合气体由A,B两种气体组成,混合气体压力p,分压力为pA,pB,温度为T,则混合气体(无化学反应)微过程中:601kg:定比热容:613.8 湿空气概述 地球上的大气由氮、氧、氩、二氧化碳、水蒸气及极微量的其他气体所组成。水蒸气以外的所有组成气体称为干空气，看作是不变的整体。因此，大气是干空气与水蒸气组成的混合气体。 干空气随时间、地理位置、海拔、环境污染 等因素而产生微小的变化，为便于计算，将干空气标准化（不考虑微量的其它气体）

16、成分相对分子质量摩尔成分O232.0000.2095N228.0160.7809Ar39.9440.0093CO244.010.000362湿空气=干空气(dry air)+ 水蒸气(water vapor)湿空气是理想气体混合物一.未饱和湿空气(unsaturated air)和 饱和湿空气(saturated air)所以空气饱和与否取决于t，pv空气中的水蒸气过热空气未饱和饱和空气饱和63如未饱和饱和？饱和64空气达成饱和的途径 t不变，pv上升，pv=ps(t)pv不变，t下降，t=ts(pv)二.露点dew point 湿空气中水蒸气压力pv所对应 的饱和温度，td=ts(pv) 。

17、例题第十三章A422144.ppt653.9 相对湿度和含湿量一.绝对湿度(absolute humidity)v 每立方米湿空气中水蒸气的质量 kg/m3所以3）v数值不能直接反映湿空气吸湿能力的大小 如pv=0.6566kPa，1时pv=ps，无吸湿能力 10时pvps有吸湿能力。66 二、相对湿度（饱和度）- humidity 湿空气中水蒸气含量与同温度下最大可能含量之比。 =0 干空气0 ts（p），如在1atm时，t 100 时， 由于水蒸汽的最大压力（饱和压力）ps p，故1）2）此时67例题第十三章A922133.ppt三、含湿量d 1kg干空气中所含水蒸气的质量a）当p一定时，

18、kg水蒸气/kg干空气b) 一定，升温吸湿原理讨论：68四、干球温度和湿球温度 tw 69703.10 湿空气的焓-湿图一. 湿空气的焓东南大学清华大学北京林业大学哈尔滨工业大学例题第十三章A422177.ppt71湿空气的焓也可由浜田棠-吉田崇式计算pb=101.325 kPa、t 5 0。在 t 不超过55 时，误差不大于1%。 适用范围：若 pb101.325 kPa，需按下式修正：72 按1 kg干空气加d kg水蒸气的理想气体混合物计算 注：湿空气中水蒸气的参数可以通过查水和水蒸气 的热力性质表确定，也可以按理想气体性质计算。三、 h-d 图注意：h-d 图随 pb 改变而改变图h-d.ppt二、湿空气其他状态参数73h-d 图应用例1 已知湿空气参数图h-d.ppt求其他参数解：由温度