工程热力学(王修彦)课件

1、 工程(gngchng)热力学课件华北电力大学工程热物理(wl)教研室制作2015年1月共五十九页第三章 理想气体(l xin q t)的性质 Propertiesofidealgas共五十九页工程热力学的研究(ynji)内容 1、能量(nngling)转换的基本定律 2、工质的基本性质与热力过程3、热功转换设备、工作原理4、化学热力学基础共五十九页工程(gngchng)热力学的两大类工质 1、理想气体(l xin q t)（ ideal gas） 可用简单的式子描述 如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气、空调中的湿空气等2、实际气体（ real gas） 不能用简单的式子描述，真实工质

2、火力发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等共五十九页3-1 理想气体(l xin q t)状态方程 理想气体(l xin q t)定义：凡遵循克拉贝龙(Clapeyron)方程的气体四种形式的克拉贝龙方程：注意: Rm 与R 摩尔容积Vm状态方程统一单位共五十九页3-1 理想气体(l xin q t)状态方程 Pam3 kg气体(qt)常数：J/(kgK)KR=MRg=8.3145J/(molK)共五十九页摩尔(m r)容积Vm阿伏伽德罗假说(ji shu): 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Vm常用来表示数量共五十九页 R与Rg的区别(qbi)R通用气体常数(ch

3、ngsh) (与气体种类无关) Rg气体常数 (随气体种类变化)M-摩尔质量例如共五十九页计算(j sun)时注意事项 1、绝对(judu)压力2、温度单位 K3、统一单位（最好均用国际单位）共五十九页计算(j sun)时注意事项实例 V=1m3的容器有N2，温度为20 ，压力表读数(dsh)1000mmHg，pb=1atm，求N2质量。1）2）3）4）共五十九页1. 分子之间没有(mi yu)作用力 2. 分子本身不占容积 但是(dnsh), 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。 理想气体模型现实中没有理想气体共五十九页 当实际气体

4、 p 很小, V 很大, T不太低时, 即处于远离液态(yti)的稀薄状态时, 可视为理想气体。 哪些气体可当作(dn zu)理想气体?T常温，p 0 dS 0系统放热时为负 Q 0 dS 04、用途：判断热量方向 计算可逆过程的传热量1、熵是状态参数共五十九页熵的定义(dngy): 可逆过程 理想气体(l xin q t)理想气体的熵pv = RT仅可逆适用？共五十九页3-4 理想气体(l xin q t)u、h和s的计算h、u 、s的计算(j sun)要用cv 和 cp共五十九页适用于理想气体任何(rnh)过程1. 2. cv 为真实(zhnsh)比热3. cv 为平均比热理想气体 u的计

5、算4. 若为空气，直接查 附表8共五十九页适用于理想气体(l xin q t)任何过程1. 2. cp 为真实(zhnsh)比热3. cp 为平均比热理想气体 h的计算4. 若为空气，直接查 附表8共五十九页1、若定比热(br)理想气体(l xin q t)s的计算（1）适用于理想气体任何过程共五十九页理想气体(l xin q t) s的计算（2）2、真实(zhnsh)比热取基准温度 T0若为空气，查 附表8得共五十九页例：自由(zyu)膨胀问题-熵增某种理想气体(l xin q t)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=T20共五十九页又因为(yn wi)是闭

6、口系，m不变，而V2=2V10上述两种结论(jiln)哪一个对？为什么？为什么熵会增加？既然?共五十九页结论(jiln)： 1）必须(bx)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。共五十九页 3-5 理想气体(l xin q t)体混合物考虑(kol)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；即有：即理想气体混合物可作为Rg混和M混的“某种”理想气体。 共五十九页Daltons law of partial pressu

7、re分压力(yl)定律p T Vp T Vp T Vp T V分压力(yl)pi混合气体的分压力定律和分容积定律共五十九页分压力(yl)定律p T Vp T Vp T Vp T V分压力(yl)pi共五十九页压力(yl)是分子对管壁的作用力 分压定律(dngl)的物理意义 混合气体对管壁的作用力是组元气体单独存在时的作用力之和理想气体模型1. 分子之间没有作用力 2. 分子本身不占容积 分压力状态是第i 种组元气体的实际存在状态共五十九页分容积(rngj)定律p T Vp T Vp T Vp T V分容积(rngj)Vi容积成分摩尔成分共五十九页 混合气体成分(chng fn)2.体积(tj)

8、分数(volumefractionofamixture)3.摩尔分数(molefractionofamixture)1.质量分数(mass fraction of a mixture)共五十九页 4.各成分(chng fn)之间的关系共五十九页 共五十九页6.利用(lyng)混合物成分求M混和Rg混a)已知质量(zhling)分数共五十九页 b)已知摩尔(m r)分数共五十九页例题：氧气与氮气(dn q)混合 刚性绝热容器隔板( bn)两侧各储有1kmol O2和N2。且VA=VB，TA=TB。抽去隔板，系统平衡后，求：熵变。共五十九页解：取容器内全部气体(qt)为系统且均为1kmol即00共

9、五十九页混合(hnh)前：混合(hnh)后：共五十九页0取混合前气体状态(zhungti)（pA1，TA）为参考状态，则O2及N2终态的熵值即为从参考状态到终态的熵变，所以共五十九页第三章 小结(xioji)1、什么样的气体(qt)是理想气体(qt)？2、理想气体状态方程的正确使用3、理想气体比热、内能、焓的的特点和计算4、理想气体的比热容5、理想气体混合物共五十九页讨论题气体吸热后熵一定增加气体吸热后温度一定升高气体膨胀时一定对外做功什么情况可以把实际气体当作理想气体处理在T-S图上，如何表示一个可逆过程的吸热量(rling)，如何表示12点的热力学能的变化量，焓的变化量，如果12是不可逆过程又如何？共五十九页内容摘要工程热力学课件。3、热功转换设备、工作原理。R=MRg=8.3145J/(molK)。R通用气体常数 (与气体种类无关)。3、统一单位（最好均用国际单位）。如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气等。Cm=Mrc=22.414C。比热容是过程量还是状态量。U=U（T）。H=H（T）。情况2）正确 ，本书在计算理想气体