工程热力学第二章lm.ppt

工程热力学 Engineering Thermodynamics,北京航空航天大学,作业,思考题 25 习题 25，26，29，215，,简单可压缩系统的能量转换与传递,可逆过程的膨胀功 可逆过程的热量,如何求出 膨胀功 和热量？,第二章 理想气体的性质,工质的热力性质是工程热力学研究的主要内容之一,第二章 气体的热力性质,理想气体与实际气体 理想气体比热容 混合气体的性质 实际气体状态方程 对比态定律与压缩因子图,相关知识,理想气体 摩尔，摩尔体积，摩尔质量 阿伏加德罗常数 阿伏加德罗定律,理想气体与实际气体,理想气体（ideal gas）：经过科学抽象的假想气体模型,实际气体（real gas）：真实工质，热力状态不能用简单的方程描述。,假设条件,气体分子是弹性的、不占体积的质点 分子之间没有引力和斥力,为便于分析计算,完全意义的理想气体是不存在的,理想气体可以用简单的状态方程描述，遵循克拉贝龙方程。,哪些气体可当作理想气体,理想气体实质上是实际气体压力p0，或比容v时的极限状态的气体。,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。,T常温，p7MPa的双原子分子,理想气体,O2, N2, Air, CO, H2,三原子分子（H2O, CO2)一般不能当作理想气体 特殊可以，如空调的湿空气，高温烟气的CO2,理想气体状态方程 Ideal-gas equation of state,宏观试验与微观分析均可导出理想气体状态方程,克拉贝龙方程,四种形式的理想气体状态方程,状态方程,注意:,摩尔容积Vm Rm与R 统一单位,摩尔容积（Molar specific volume）,阿伏伽德罗定律：相同 p 和 T 下各理想气体的摩尔容积Vm相同,在标准状况下,代入理想气体状态方程，可求得：,通用气体常数Rm与气体常数R,Rm通用气体常数（Universal Gas constant）,R气体常数（Gas constant）,M-Molar mass,例如,与气体种类无关,与气体种类有关,计算时注意事项,压力为绝对压力 采用热力学温标，温度单位为K 统一单位，最好采用国际单位,V=1m3的容器有N2，温度为20 ，压力表读数1000mmHg，pb=1atm，求N2质量。,状态方程的应用,求平衡状态下的参数 两平衡状态间参数的计算 标准状态与任意状态间的换算,理想气体比热,比热：单位物量的物体，温度升高或降低1K所吸收或放出的热量,根据热量和物量单位的不同，比热又可分为：,c : 质量比热容,Cm: 摩尔比热容,C: 体积比热容,Cm=Mc=22.414C,比热容是过程量还是状态量？,用的最多的某些特定过程的比热容,定容比热容,定压比热容,比热容与热力过程有关 所以是过程量,定容比热,定容比热：在定容情况下，单位物量的气体温度变化1K所吸收或放出的热量,定容dv0,定压比热,定压比热：在定压情况下，单位物量的气体温度变化1K所吸收或放出的热量。,h是状态量，设,定压dp=0,定压比热与定容比热的关系,定容过程：,定压过程：,比热比k：定压比热与定容比热的比值。,定值比热，真实比热和平均比热,定值比热：根据分子运动论得出各理想气体的摩尔比热均相等，称为定值比热。,分子运动论,运动自由度,单原子,双原子,多原子,Cv,mkJ/kmol.K,Cp,m kJ/kmol.K,k,1.67,1.4,1.29,真实比热,真实比热：根据分子运动论得出各理想气体的摩尔比热均相等，称为定值比热。,理想气体的比热实际上并非定值，而是温度的函数,一般整理为多项式形式,平均比热,t,t2,t1,c (cp ,cv),c=f (t),混合气体的性质,道尔顿分压定律 阿密盖特分容积定律 混合气体的成分表示方法及换算 折合分子量与气体常数 混合气体比热容 混合气体热力学能、焓、熵,道尔顿分压定律,道尔顿分压定律：混合气体的总压力p，等于各组成气体分压力pi之和。,p，T，V,p1，T，V,p2，T，V,=,+,阿密盖特分容积定律,阿密盖特分容积定律：混合气体的总容积V，等于各组成气体分容积Vi之和。,p，T，V,p，T，V1,p，T，V2,=,+,混合气体成分表示方法,质量成分：混合气体中某组成气体的质量mi与总质量m的比值,容积成分：混合气体中某组成气体的容积Vi与总容积V的比值,摩尔成分：混合气体中某组成气体的摩尔数ni与总摩尔数n的比值,各成分之间的换算,容积成分ri,摩尔成分xi,质量成分gi,折合分子量,混合气体不能用一个化学分子式表示，没有真正的分子量,折合分子量,平均分子量,为了简化混合气体的计算，引入了折合分子量和气体常数,折合气体常数,分压力与比热容,分压力,比热容,热力学能、焓、熵,热力学能,焓,熵,可加性,作业,习题 2-11，2-17，2-19，2-21,第二章 气体的热力性质,理想气体与实际气体 理想气体比热容 混合气体的性质 实际气体状态方程 对比态定律与压缩因子图,实际气体状态方程,范德瓦尔方程 其它几种二常数实际气体状态方程,范德瓦尔方程,通过对理想气体的两个假设进行修正，得到描述实际气体性质的范德瓦尔方程,理想气体，忽略分子体积，分子自由运动空间为v 实际气体，考虑分子体积，分子自由运动空间为vb,分子运动引起的动压力为,理想气体，忽略分子作用力，对气体压力无影响 实际气体，考虑分子作用力，气体压力减小,分子作用力导致压力减小量为,两个效应叠加，得到,实际气体状态与范德瓦尔方程,图2-4,t31.1时，1个实根，两个虚根，pv t31.1，ppc时，3个相等实根，临界点 t31.1时，三个不同的实根，气态与液态相互过渡,实际气体实例CO2,等温线 饱和液体线 干饱和蒸汽线 临界点,临界点的特点？,临界参数,临界点的特性：临界点定温线的切线与x轴平行， 临界点是定温线的拐点,其它二常数实际气体状态方程,伯特洛方程 狄特里奇方程 瑞德里奇,对比态定律与压缩因子图,压缩因子z 对比参数与对比态定律 压缩因子图,压缩因子z的引入,实际气体状态方程,理想气体状态方程,复杂，不利于工程计算,简单，利于工程计算,用理想气体状态方程计算实际气体,不能直接利用，需修正,v=zvid pv=zRT,z表示实际气体性质对理想气体的偏离程度，是状态函数。,对比参数与对比态方程,对比参数：各状态参数与临界状态的同名参数的比值,对比温度,对比压力,对比比容,对比参数均是无因次量，表明偏离其临界状态的程度。,双常数实际气体状态方程 可用临界参数表示该常数,对比态方程,对比态定律,对应状态：不同气体对比态参数各自相同,对比态定律：对比态参数中若有两个相等，则第三个必相等，物质处于对应状态,满足同一对比态方程,服从对比态定律,不同气体,热力学相似,同一形式的函数描述,压缩因子图,1. 压缩因子图上曲线的含义,2. 如何利用压缩因子图计算实际气体的性质,例题2-9,临界压缩因子,压缩因子图,例题1,带活塞的气缸中，水被缓慢加热,缓慢加热,准静态过程,火与水有温差,外不可逆,以水为系统,内可逆,以水活塞为系统,活塞与壁面无摩擦,内可逆,活塞与壁面有摩擦,内不可逆,例题2,加热A腔中气体，B被压缩，B中理想气体,1）以B中气体为系统,缓慢压缩,准静态,无摩擦,可逆,B中气体（理想气体，可逆，绝热）,B得到的功,遵循,例题2,加热A腔中气体，B被压缩，B中理想气体,2）以A中气体为系统,缓慢加热,无摩擦,内可逆,3）以A腔为系统,4）以AB腔为系统,电功耗散为热,不可逆,电功耗散为热,不可逆,准静态,例题3,如图所示的气缸活塞系统，气缸内气体压力为p，曲柄连杆对活塞的作用力为F，活塞与气缸摩擦力为f，活塞的面积为A。讨论气缸内气体进行准静态过程和可逆过程的条件。,例题4,有一橡胶气球，当其内部压力为0.1MPa