工程热力学：第五章 气体的热力性质

第五章气体的热力性质理想气体性质理想气体性质要求熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式正确理解理想气体比热容的概念；熟练掌握和正确应用定植比热容、平均比热容来计算过程热量，以及理想气体热力学能，焓和熵的变化。理想气体定义：1、忽略气体分子间相互作用力和分子本身体积影响,仅具有弹性质点的气体2、注意：当实际气体p→0的极限状态时，气体为理想气体。

3、

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、气体燃料、空气等研究意义1、在通常工作参数范围内，按照理想气体计算有足够精度2、是研究工质热力性质的基础，其它工质热力性质往往在理想气体基础上修正得到。理想气体状态方程VM：摩尔容积m3/kmol；

RM

：通用气体常数，8.314J/kmol·K；V：nKmol气体容积m3；P：绝对压力Pa；v：比容m3/kg；T：热力学温度K

V：质量为mkg气体所占的容积；理想气体热系数体膨胀系数等温压缩率压力的温度系数理想气体比热容第四章9，10页结论：理想气体比热容是温度的单值函数理想气体比热容迈耶公式理想气体热力学能的特性结果表明：理想气体热力学能只是温度的单值函数理想气体热力学焓的特性结果表明：理想气体焓只是温度的单值函数理想气体熵方程由得到理想气体比热容计算内能,焓,热量都要用到比热单位物量的物质升高1K或1oC所需的热量c:

质量比热容Cm:摩尔比热容C’:

容积比热容C=Mc=22.414C’理想气体比热容与温度的关系采用定比热容计算理想气体比热容与温度的关系平均比热容附表3，4理想气体特点遵循克拉贝龙状态方程和阿伏伽德罗假设理想气体比定容热容和比定压热容只是温度的函数，他们的差值恒等于气体常数理想气体热力学能和焓只是温度的函数例题空气预热器将压力0.1MPa

的空气由30℃定压地加热到350℃，空气的容积流量105m3/h

(标准状态)。试计算(1)空气的摩尔流量及质量流量；(2)热空气的容积流量；(3)分别视比热容为定值及用平均比热容计算空气每小时吸收的热量。

例题进口参数t1=20℃

、P1=105Pa的氧气，经压缩机绝热压缩到出口参数t2=220℃、P2=6╳

105Pa。计算压缩氧气所耗功量及可用能损失量(环境温度为t1)。计算时视摩尔热容为定值

例题理想气体由初态P1=105Pa，T1=400K被等温压缩到终态P2=106Pa，T2=400K，试计算：1）经历一可逆过程，2）经历一不可逆过程，在这两种情况下气体的熵变，环境熵变，过程熵产及有效能损失。已知不可逆过程实际耗功比可逆过程多20%，环境温度为300K例题刚性容器内由隔板分为两部分，各贮存1mol空气，现将搁板抽去，求混合后的参数，及混合过程引起的有效能损失，大气温度为300K。P1=200kpaT1=500KP2=300kpaT2=800K实际气体状态方程两种方法：由理论分析出发，考虑气体分子运动的行为对理想气体状态方程引入一些常数得以修正。直接利用由实验得到各种热系数数据，按热力学关系组成状态方程。实际气体状态方程范德瓦尔状态方程维里状态方程对比态状态方程范德瓦尔状态方程

理想气体模型的两个假定：分子自身不占有体积；分子之间不存在相互作用力。考虑分子体积：分子自身占有的体积使其自由活动空间减小，在相同温度下分子撞击容器壁的频率增加，因而压力相应增大。考虑分子间作用力：分子间的相互吸引力使分子撞击容器壁面的力量减弱，从而使气体压力减小范德瓦尔状态方程

实际的影响：范德瓦尔状态方程

分子体积的作用分子间作用力引起压力的减少表达形式：范德瓦尔状态方程

或者作用：理论出发导出气体状态的一个典型例子。能定性反映物质气-液相变的性质范德瓦尔状态方程

范德瓦尔状态方程

C为临界点气液气液气相变液气范德瓦尔状态方程

两个常数的求解：由某种物质的临界温度和压力值获得式（5-27）（5-28）表5-1维里状态方程幂级数形式：维里系数由实验数据拟合确定对比态状态方程热力学相似：各种物质热力性质存在一定相似性对比态状态方程：用无量纲的对比参数来表达的各种物质通用的状态方程。压缩因子Z是工质体积Vm与按理想气体状态方程计算体积得的体积值的比值。表达了实际工质性质与理想气体性质的偏差Z离1越远，工质偏离理想气体越远。对应态定律实验：具有相同对比温度和对比压力时，各种气体的压缩因子相等。气体热力学相似附录P414，P415例题体积V=0.0954m3的容器内盛有1kmol氧气，在T=260K下测得其压力P=20MPa。试分别用理想气体状态方程、范德瓦尔斯方程计算容器内氧气压力。用理想气体状态方程