严家騄版工程热力学-第3章-气体的热力性质和热力过程课件

1、10/13/20221中国民航大学航空工程学院发动机系工程热物理教研室第三章 理想气体的性质与过程Properties and Process of the Ideal-Gas10/10/20221中国民航大学航空工程学院发动机系工程热10/13/20222中国民航大学航空工程学院发动机系工程热物理教研室工程热力学的两大类工质 1、理想气体（ 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 火力发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等10/10/20222中国民航大学航空工程学

2、院发动机系工程热10/13/20223中国民航大学航空工程学院发动机系工程热物理教研室3-1 理想气体状态方程 理想气体定义：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: R与Rg 摩尔容积Vm状态方程统一单位Ideal-gas equation of state10/10/20223中国民航大学航空工程学院发动机系工程热10/13/20224中国民航大学航空工程学院发动机系工程热物理教研室摩尔容积Molar specific volume (Vm)阿伏伽德罗假说: 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10/10/202

3、24中国民航大学航空工程学院发动机系工程热10/13/20225中国民航大学航空工程学院发动机系工程热物理教研室 R与Rg的区别R通用气体常数Rg气体常数 M-Molar mass例如Universal Gas constant与气体种类无关Gas constant与气体种类有关10/10/20225中国民航大学航空工程学院发动机系工程热10/13/20226中国民航大学航空工程学院发动机系工程热物理教研室计算时注意事项 1、绝对压力2、温度单位 K3、统一单位（最好均用国际单位）10/10/20226中国民航大学航空工程学院发动机系工程热10/13/20227中国民航大学航空工程学院发动机系

4、工程热物理教研室计算时注意事项实例 V=1m3的容器有N2，温度为20 ，压力表读数1000mmHg，pb=1atm，求N2质量。1）2）3）4）10/10/20227中国民航大学航空工程学院发动机系工程热10/13/20228中国民航大学航空工程学院发动机系工程热物理教研室1. 分子之间没有作用力 2. 分子本身不占容积 但是, 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Model of iedal-gas现实中没有理想气体10/10/20228中国民航大学航空工程学院发动机系工程热10/13/20229中国民航大学航空工程

5、学院发动机系工程热物理教研室 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。 哪些气体可当作理想气体T常温，p0u010/10/202276中国民航大学航空工程学院发动机系工程10/13/202277中国民航大学航空工程学院发动机系工程热物理教研室h在p-v,T-s图上的变化趋势sTvphT=u0u0h0h010/10/202277中国民航大学航空工程学院发动机系工程10/13/202278中国民航大学航空工程学院发动机系工程热物理教研室w在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpu0u0h0h0w0w010/10/202278中国民航大学航空工程

6、学院发动机系工程10/13/202279中国民航大学航空工程学院发动机系工程热物理教研室wt在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpu0u0h0h0w0w0wt0wt010/10/202279中国民航大学航空工程学院发动机系工程10/13/202280中国民航大学航空工程学院发动机系工程热物理教研室q在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpu0u0h0h0w0w0wt0wt0q0Tq010/10/202280中国民航大学航空工程学院发动机系工程10/13/202281中国民航大学航空工程学院发动机系工程热物理教研室u,h,w,wt,q在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpu0u0h0h0w0w0w

7、t0wt0q0u,h(T) w(v) wt(p) q(s)q010/10/202281中国民航大学航空工程学院发动机系工程10/13/202282中国民航大学航空工程学院发动机系工程热物理教研室p-v,T-s图练习（1）sTvp压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？10/10/202282中国民航大学航空工程学院发动机系工程10/13/202283中国民航大学航空工程学院发动机系工程热物理教研室p-v,T-s图练习（2）sTvp膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？10/10/202283中国民航大学航空工程学院发动机系工程10/13/202284中国民航大学航空工程学院发动机系工程热物理

8、教研室p-v,T-s图练习（3）sTvp膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？10/10/202284中国民航大学航空工程学院发动机系工程3-7 不做功过程和绝热过程1、不做膨胀功无摩擦 定容过程有摩擦 比体积增大的过程3-7 不做功过程和绝热过程1、不做膨胀功3-7 不做功过程和绝热过程真空3-7 不做功过程和绝热过程真空3-7 不做功过程和绝热过程注意：不作膨胀功的过程不同于定容过程，只有在无摩擦时两个过程才相同。存在摩擦时不作膨胀功容积也会增大；而容积不变的过程如果存在摩擦就必然会消耗功。无论是否存在摩擦，不作膨胀功的过程热量必定等于内能的变化定容过程中只有无摩擦热量才等于内能的变化3

9、-7 不做功过程和绝热过程注意：3-7 不做功过程和绝热过程2、不做技术功无摩擦 定压过程有摩擦 降压过程3-7 不做功过程和绝热过程2、不做技术功3-7 不做功过程和绝热过程注意：不作技术功的过程不同于定压过程，只有在无摩擦时两个过程才相同。存在摩擦时不作技术功压力也会下降；而压力不变的过程如果存在摩擦就必然会消耗功。无论是否存在摩擦，不作技术功的过程热量必定等于焓的变化定压过程中只有无摩擦热量才等于焓的变化3-7 不做功过程和绝热过程注意：3、绝热过程 无摩擦 定熵过程 有摩擦 熵必然增加3、绝热过程3-7 不做功过程和绝热过程注意：绝热过程不同于等熵过程，只有在无摩擦时两个过程才相同。存

10、在摩擦时绝热过程熵也会增大；而等熵过程不一定不存在摩擦无论是否存在摩擦，绝热过程膨胀功总等于内能的减少；技术功总等于焓的减少3-7 不做功过程和绝热过程注意：3-8 绝热自由膨胀和绝热节流过程1、绝热自由膨胀过程气体在与外界绝热的条件下向真空进行的不作膨胀功的膨胀过程3-8 绝热自由膨胀和绝热节流过程1、绝热自由膨胀过程3-8 绝热自由膨胀和绝热节流过程理想气体：(考虑摩擦时：膨胀使分子内动能减少，温度降低，变为摩擦功；而摩擦功变为热被气体吸收，温度又回升，最后温度不变）实际气体： 焦耳效应 绝热自由膨胀是典型的存在内摩擦的过程 3-8 绝热自由膨胀和绝热节流过程2、绝热节流过程（绝热存在内摩

11、擦的不作技术功的过程）2、绝热节流过程（绝热存在内摩擦的不作技术功的过程）理想气体：实际气体： 或理想气体：3-9 定容混合过程和定压混合过程1、定容混合过程混合后温度：3-9 定容混合过程和定压混合过程1、定容混合过程混合后温度3-9 定容混合过程和定压混合过程混合后压力：混合后熵增：3-9 定容混合过程和定压混合过程混合后压力：混合后熵增：3-9 定容混合过程和定压混合过程2、流动混合过程混合后温度：3-9 定容混合过程和定压混合过程2、流动混合过程混合后温度3-9 定容混合过程和定压混合过程混合后分压力：混合后熵增：3-9 定容混合过程和定压混合过程混合后分压力：混合后熵增：3-10 充

12、气过程和放气过程1、充气过程充气前 T1 p1 m1充气后 T2 p2 m2热力学第一定律一般式：化简：3-10 充气过程和放气过程1、充气过程快速充气（绝热过程）充气后温度：充气质量： 快速充气（绝热过程）如开始为真空：充气后温度：充气质量： 如开始为真空：缓慢充气（定温过程）充气过程热量交换：充气质量缓慢充气（定温过程）2、放气过程放气前 T1 p1 m1放气后 T2 p2 m2热力学第一定律：2、放气过程快速放气（绝热过程）定熵过程放气后温度：放气质量：快速放气（绝热过程）定熵过程缓慢放气（定温过程）放气时热量交换：放气质量：缓慢放气（定温过程）严家騄版工程热力学-第3章-气体的热力性质和热力过程课件1kg空气，初始状态为P1=5bar，t1=1500C，(1)绝热膨胀到P2=1bar；(2)定温膨胀到P2=1bar；(3)多变膨胀到P2=1bar，多变指数n=1.2；试将各过程画在P-V图和T-S上，求出各过程内能、焓、熵的变化及过程中与外界的容积功、技术功、热交换。设过程可逆，比热为定值。(=1.4，R=0.287 KJ/Kg.K)汽缸中密封有空气，初态为P1=0.2MPa，V1=0.4m3，经可逆过程膨胀到V2=0.8m3，分别求出以下两过程中气体作出的膨胀功： (1)过程中PV保持不变； (2)过程中气体先按照P0.4-0.5V(式中P单位：M