纯流体热力学性质.ppt

1、1,3.1 热力学性质间的关系 3.2 热容 3.3 热力学性质的计算 3.4 逸度与逸度系数,2,在恒温下将此关系式应用于1摩尔纯流体i时，得,基本热力学关系式,一 逸度及逸度系数,3,对于理想气体, V=RT/P, 则,4,对于真实气体，采用与理想气体相同形式，得到,其中fi定义为逸度,其物理意义是表示体系逃逸趋势,5,物理意义,逸度的物理意义主要表现在： （1）逸度是有效的压力； （2）逸度是自由焓与可测的物理量之间的辅助函数。,6,逸度系数的定义,逸度与压力具有相同的单位，逸度系数是无因次的。,7,注意, 逸度和逸度系数都是强度性质的热力学函数;, 逸度的单位与压力相同，逸度系数无因次

2、； 理想气体的逸度等于p，逸度系数等于1.,8,二 气体逸度的计算,逸度的定义,以及,得到,9,对i fi/p取对数并微分得：,由,得到,10,将此式从压力为零的状态积分到压力为P的状态，并考虑到当P 0时, i l,11,（1）状态方程法 （2）普遍化方法 （3）剩余性质法,逸度及逸度系数的计算方法,12,（1）利用状态方程法,状态方程中，易于写成V为变量的表达式,13,以R-K方程为例代入求解,14,对比态转换,压缩因子图表法,维理计算法,(2) 用普遍化关系式计算,适用P18图2-9曲线下方,适用P18图2-9曲线上方,15, 普遍化压缩因子,适用P18图2-9曲线下方,计算出对比温度和

3、压力，从P53和54的图3-123-15查图。,16,普遍化维里系数,适用P18图2-9曲线上方,17,用普遍化关系计算1-丁烯蒸气在473.15K，7MPa下的 f 和 ？,18,一 对比参数,二 根据此对比值从P18页图2-9判断须用压缩因子关联式,19,三 查P53和54的图3-123-15图,四 计算,20,（3）剩余性质计算,由,得到,相同温度下，从基准态（表示）积分到压力p,21,由热力学基本关系式,因此,如果基准态的压力取得足够低，在此条件下看作理想气体，则fi=p,22, 饱和液体的逸度,三 液体的逸度,饱和液体逸度等于气体的逸度,23,压力不太高时，液体不被压缩， VL可当作

4、常数时。,Poynting因子,未饱和液体的逸度,24,如果在低压条件下,如果蒸汽相视为理想气体,仅是温度的函数,25,3.1 热力学性质间的关系 3.2 热容 3.3 热力学性质的计算 3.4 逸度与逸度系数 3.5 两相系统的热力学性质和图表,26,x为气相的质量分数（干度）；M为单位质量热力学性质；Ml和Mg分别为单位质量饱和液体和蒸汽的热力学性质。,热力学值为气液两相的加和,一 两相系统的热力学性质,0x 1 时为汽液混合物,x = 1 时为饱和蒸汽, M =Mg,x = 0 时为饱和液体, M =Ml,27,（1）将p(压力)、V(比容)、T(温度)、H(焓)、S(熵)、x(干度)六

5、个变量在同一张平面图中表达出来。 （2）重要的几种类型图为：T-S(温熵)图、lnpH(压焓)图与H-S(焓熵)图。,二 热力学性质图,性质表示法 方程式表示（便于数学计算，准确，计算量大）； 图示 (直观) 和 表格（计算量小），热力学性质图容易求出中间数据，对问题的形象化也有帮助。,纯物质常用热力学性质图、表,28,T-S (温熵)图特征,等温线,等熵线,等压线：在两相区段为水平线；满足关系p1p2p3p4,等焓线：满足关系H1H2H3,等容线：满足关系 V1V2V3V4V5,等干度线：满足关系 x1x2 x3x4,29,等压线变化规律,用数学表示为：,由Maxwell关系式知：,0,P一

6、定,T V,T V,亦即：,30,等焓线变化规律,在p一定时,T，H 焓值大的等H线在上边,31,等容线变化规律,在等T下，由Maxwell式知:,对任何气体，在V一定时， T ，p 它说明了在T一定时，随 V，S 较大的等容线位于熵值较大的一边。,32,在T-S图上还可以用面积表示内能和焓的变化,由于,而,T-S 图的应用：,可逆过程，热量在T-S 图上表现为一面积，因,等压线1-2-3-4的,绝热可逆膨胀过程（等熵），以垂直线表示,33,lnpH(压焓)图特征,等温线：在两相区段为水平线；并满足关系：T1T2T3T4,等熵线：满足关系 S1S2S3S4,等压线,等焓线,等比容线：满足V1V

7、2V3V4V5,等干度线：满足关系 x1x2 x3x4,34,H-S(焓熵)图特征,等温线：在两相区段为水平线；并满足关系：T1T2T3T4,等压线：满足关系 p1p2p3p4,等焓线,等干度线：满足关系 x1x2 x3x4,等熵线,H-S图又称为Mollier图，化工计算中通常用于分析流动过程中的能量变化。,H-S图的应用：,35,纯物质经历的过程表示在P-V,(a)过热蒸汽等温冷凝为过冷液体； (b)过冷液体等压加热成过热蒸汽； (c)饱和蒸汽可逆绝热膨胀； (d)饱和液体恒容加热； (e)在临界点进行的恒温膨胀.,36,三 热力学性质表,水蒸气表是收集最广泛、最完善的一种热力学性质表,常

8、用的水蒸气表分为三类：,一类：过热蒸气和过冷水表,另两类：以温度为序和以压力为序的饱和水蒸气表,37,国际上规定，以液体水的三相点为计算基准。 水的三相点参数为：,38,39,规定三相点时液体水内能和熵值为零,40,已知饱和蒸汽和液态水的混合物在230下呈平衡态存在，如果已知该混合物的比容为41.70cm3/g，根据蒸汽表上的数据计算： 1）百分湿含量； 2）混合物的焓； 3）混合物的熵。,41,由P302附录表四的饱和水和饱和蒸汽表查出在230时，有,42,1) 计算干度（设为x) 因混合物比容为41.70cm3/g，则有,X=0.6,43,求484 ，1.57MPa水蒸气的焓值？,在P30

9、2表4水蒸气表不能直接查到484和1.57MPa热力学值,44,对此可以采用插值法进行计算：,黑色的点查表,第一种方法,45,蓝色的点,46,红色的点,47,第二种方法,黑色的点查表,48,蓝色的点,49,红色的点,50,在一刚性容器中装有1kg水，其中汽相占90%（V），压力是0.2MPa，加热使液体水刚好汽化完毕，试确定终态的温度和压力，计算所需的热量，热力学能、焓、熵的变化？,51,初态是汽液共存的平衡状态，初态的压力就是饱和蒸汽压，Ps=0.2MPa，由此查P303页的饱和水性质表得初态条件下的有关性质,52,蓝色数据,53,褐色数据,总性质的计算式是,54,终态是由于刚刚汽化完毕，故

10、是饱和水蒸汽，其质量体积是,也就是饱和蒸汽的质量体积，即Vsv=10.5cm3g-1，由此查出终点有关性质如下表(近似查附录的Vsv=10.34cm3g-1一行的数据),55,56,因为此过程是一个等容过程，故需要吸收的热为内能变化,57,压力是3MPa的饱和蒸汽置于1000cm3的容器中，需要导出多少热量方可使一半的蒸汽冷凝?(可忽视液体水的体积),58,等容过程,59,初态：查P=3MPa的饱和水蒸汽值,V1sv=67.17cm3g-1,U1sv=2603.94Jg-1,冷凝的水量为0.5mt=7.445g,g,60,终态：汽液共存饱和体系，不计液体水的体积，终态的汽相质量体积,由此查得,61,移出的热量为13199.9J,62,封闭体系中的1g 干度为0.9、压力为2.318106Pa的水蒸汽，先绝热可