ch气体和蒸汽的性质

第三章气体和蒸汽的性质1当前1页，总共52页。系统工质状态、状态参数过程循环平衡准静态、可逆p-V图、T-S图理想实际过程功、热量、熵工程热力学的研究内容能量转换的基本定律工质的基本性质与热力过程热功转换设备、工作原理化学热力学基础2当前2页，总共52页。第一节理想气体的概念1、理想气体（idealgas）

实际上不存在的假想气体；

分子是些弹性的、不具体积的质点，分子相互间没有作用力——压力趋于零、比体积趋近于无穷大；可用简单的式子描述；一般条件：温度不太低、压力不太高、远离液态3当前3页，总共52页。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Modelofideal-gas现实中没有理想气体4当前4页，总共52页。

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，p<7MPa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

如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气等5当前5页，总共52页。2、实际气体（realgas）不能用简单的式子描述，不满足上述两点假设，真实工质火力发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等

6当前6页，总共52页。3理想气体状态方程式Ideal-gasequationofstate四种形式的克拉贝龙方程：注意:

R与Rg

摩尔体积Vm状态方程统一单位7当前7页，总共52页。摩尔体积Molarspecificvolume(Vm)摩尔摩尔质量：1mol气体的质量M摩尔体积：1mol气体的体积Vm阿伏伽德罗假说Avogadro’shypothesis:

相同p和T下各理想气体的摩尔容积Vm相同在标准状况下下标“0”表示标准状态标准立方米Vm＝Mv×10－38当前8页，总共52页。

R与Rg的区别R——通用气体常数Rg——气体常数M——Molarmass例如UniversalGasconstant与气体种类无关Gasconstant与气体种类有关9当前9页，总共52页。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当前10页，总共52页。第二节理想气体的(比)热容SpecificHeats计算内能,焓,热量都要用到热容定义:热容物体的温度升高1K或1oC所需的热量Theenergyrequiredtoraisethetemperatureofasubstancebyonedegree.单位:J/K或J/℃11当前11页，总共52页。Cm=M·c=0.0224141C'热容单位:J/K比热容（单位质量）单位：J/(kg·K)

J/(kg·℃)Cm:

摩尔热容－1mol物质的热容单位：J/(mol·K)C':

体积热容－1m3物质的热容单位：J/(m3·K)12当前12页，总共52页。Ts(1)(2)1K比热容是过程量还是状态量?c1c2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T13当前13页，总共52页。定容比热容cv任意准静态过程Specificheatatconstantvolume任意准静态过程定压比热容cpSpecificheatatconstantpressure14当前14页，总共52页。cv和cp的说明1、cv和cp，过程已定,可当作状态量。2、前面的推导没有用到理想气体性质3、h、u、s的计算要用cv和cp。适用于任何气体。cp物理意义：p时1kg工质升高1K焓的增加量

cv物理意义：v时1kg工质升高1K热力学能的增加量15当前15页，总共52页。cv和cp的关系Cm=M·c迈耶公式16当前16页，总共52页。cv和cp的关系定义：比热容比17当前17页，总共52页。常见工质的cv和cp的数值0oC时：cv,air=0.716kJ/(kg·K)cp,air=1.004kJ/(kg·K)

cv,O=0.655kJ/(kg·K)cp,O=0.915kJ/(kg·K)

1000oC时：cv,air=0.804kJ/(kg·K)cp,air=1.091kJ/(kg·K)

cv,O=0.775kJ/(kg·K)cp,O=1.035kJ/(kg·K)25oC时：cv,HO=cp,H2O=4.1868kJ/(kg·K)2222218当前18页，总共52页。真实比热容理想气体的比热容是温度的复杂函数(附表4)平均比热容（附表5）温度由t1升高到t2所需的热量q除以温差(t2–t1)19当前19页，总共52页。平均比热容的直线关系式（附表6）定值比热容假定比热容与温度成直线关系i分子运动自由度（运动方向的个数）单原子分子：空间三个方向的平移；3双原子分子：平移、垂直于原子连线轴的旋转。520当前20页，总共52页。第三节理想气体的热力学能、焓和熵一、理想气体的u和h积分1热力学能u定容过程吸收的热全部转化为热力学能21当前21页，总共52页。定压过程吸收的热全部转化为焓2焓h22当前22页，总共52页。理想气体，任何过程热力学能和焓的计算23当前23页，总共52页。（1）水蒸气三相态中的液态水的u为零（2）一些制冷工质：－20℃或－40℃饱和液态u为零（3）理想气体：0K或0℃时h为零关于基准态——热力学能或焓值为零取热力学能或焓值为零的点作为计算的基准24当前24页，总共52页。二状态参数熵s熵的定义:

可逆过程交换的热量

比熵变

热力学温度

仅可逆适用？可逆过程

T1p1v1s1T2p2v2s212仅取决于初态和终态25当前25页，总共52页。三理想气体熵变计算26当前26页，总共52页。左边除以pv右边除以RgT即积分得27当前27页，总共52页。近似计算时，取cp、cv为定值，则28当前28页，总共52页。思考题3.气体吸热后热力学能一定升高？1.气体吸热后熵一定增大？2.气体吸热后温度一定升高？4.气体膨胀时一定向外做功？5.气体压缩时一定耗功？29当前29页，总共52页。第四节水蒸气的饱和状态和相图水蒸气?水蒸气蒸气蒸汽SteamVaporWaterVapor液体或固体因蒸发、沸腾或升华而变成的气体水加热到沸点所变成的水汽;气态的水。亦称“水蒸气”30当前30页，总共52页。水蒸气在空气中含量极小，当作理想气体一般情况下，为实际气体，使用图表18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质直到内燃机发明，才有燃气工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质优点:便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好是其它实际气体的代表31当前31页，总共52页。物质三种聚集状态：固态、液态、气态相图：由同一物质不同相之间的平衡曲线组成的图水的三态：冰、水、蒸汽SolidLiquidGas

IceWaterSteam

Tp低温高压高温低压中温中压固态液态气态高温高压32当前32页，总共52页。纯物质的p-T相图pT液气固一般物质三相点临界点流体升华线凝固线pT液气固水三相点Ttp临界点流体升华线凝固线汽化线汽化线Ttp＝273.16K，ptp=611.659Pa33当前33页，总共52页。思考题没有。t>374.16℃有3.有没有500ºC的水？1.溜冰冰刀2.北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相4.有没有-3℃的蒸汽？5.一密闭容器内有水的汽液混合物，对其加热，是否一定能变成蒸汽？是34当前34页，总共52页。第五节水的汽化过程和临界点汽化：由液态变成气态的物理过程(不涉及化学变化)凝结：由气态变成液态的过程，汽化的反过程沸腾(Boil)：表面和液体内部同时发生的汽化

(气体和液体均处在饱和状态下）蒸发(Vaporization)：汽液表面上的汽化一基本概念35当前35页，总共52页。二饱和状态Saturationstate饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度Ts饱和压力ps一一对应放掉一些水，Ts不变，

ps？Tspsps=1.01325barts=100℃青藏ps=0.6barts=85.95℃高压锅ps=1.6barts=113.32℃SaturationtemperatureSaturationpressure36当前36页，总共52页。三水蒸气的定压发生过程t<tst=tst=tst=tst>tsv<v'v=v'v=v''v'

<v<v''v>v''未饱和水饱和水饱和湿蒸汽饱和干蒸汽过热蒸汽h<h'h=h'h=h''h'

<h<h''h>h''s<s's=s's=s''s'

<s<s''s>s''水预热汽化过热液体热ql汽化潜热γ过热热qsup37当前37页，总共52页。sp-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程一点：临界点；

二线：饱和水线、饱和蒸汽线；三区：过冷水区、湿蒸汽区、过热蒸汽区；五态：过冷水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽干度x：1kg湿蒸汽中含有xkg的饱和蒸汽，余下的为饱和水。38当前38页，总共52页。第六节水和水蒸气的状态参数关注变化值，故原则上可任取零点。国际上统一规定：但原则上不为0，对水：

一焓、热力学能、熵零点的规定水的三相点39当前39页，总共52页。水和水蒸气状态参数确定的原则1、未饱和水及过热蒸汽确定任意两个独立参数，如：p、T2、饱和水和干饱和蒸汽确定p和T3、湿饱和蒸汽除p或T外，其它参数与两相比例有关干度x：如果有1kg湿蒸气，干度为x,即有xkg饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。40当前40页，总共52页。s273.16K过程量：终态与初态的差值如：沿第一条曲线。确定0'，1'，1''和1点的状态，就可计算过程量。二状态参数的确定温度为0.01℃、压力为p的过冷水温度为t、压力为p的饱和水温度为t、压力为p的干饱和蒸汽温度为t、压力为p的湿饱和蒸汽压力为p的过热蒸汽41当前41页，总共52页。0'温度为0.01℃、压力为p的过冷水1'温度为t、压力为p的饱和水42当前42页，总共52页。1''温度为t、压力为p的干饱和蒸汽以''表示1'～1''温度为t、压力为p的湿饱和蒸汽需用到干度x43当前43页，总共52页。压力为p的过热蒸汽过热度：超过ts之值过热量:不宜工程使用44当前44页，总共52页。第七节水蒸气表和图一水蒸气表有两类2、未饱和水和过热蒸汽表1、饱和水和干饱和蒸汽表五种状态：未饱和水、饱和水、湿蒸汽、饱和蒸汽、过热蒸汽按温度排列：