动力热力学气体和蒸汽的性质演示文稿

动力热力学气体和蒸汽的性质演示文稿当前第1页\共有68页\编于星期六\1点优选动力热力学气体和蒸汽的性质当前第2页\共有68页\编于星期六\1点§3-1理想气体的概念一、理想气体的基本假设微观上：①分子为不占体积的弹性球体（质点）；②除碰撞外分子间无作用力。U=U(T)宏观上：满足pv=RgT当前第3页\共有68页\编于星期六\1点实际气体可以近似看作理想气体的条件：通常压力下，当T>(2.5-3)Tcr时，一般可看作理想气体。理想气体是实际气体在低压高温时的抽象。当前第4页\共有68页\编于星期六\1点二、理想气体状态方程(ideal-gasequation)Pam3

kgK气体常数：J/(kg.K)R=MRg=8.3145J/(mol.K)M—摩尔质量(kg/mol)例题\第三章\A410144作业：四版3-1，6；三版3-1，4当前第5页\共有68页\编于星期六\1点§3-2理想气体的比热容一、定义和基本关系式定义：c与过程特性有关c是温度的函数根据物质量多少的不同，有以下三种形式：c可有正有负1.质量比热容c物质量为1kg，比热为单位J/（kg•K），当前第6页\共有68页\编于星期六\1点2.摩尔热容3.体积比热容单位为标准立方米：标准状况(1atm,0℃)下1立方米容积内气体量。注意：不是标况时，1标准立方米的气体量不变，但体积变化。单位J/（mol•K）三种比热的关系：当前第7页\共有68页\编于星期六\1点定压热容（比定压热容）

(constant

pressure

specific

heatcapacity

per

unit

of

mass)

定容热容（比定容热容）

(constant

volume

specific

heatcapacity

per

unit

of

mass)按过程及1、一般表达式代入（A）式得比热容的一般表达式Lead—铅Copper—铜Iron—铁当前第8页\共有68页\编于星期六\1点定容过程

dv=0若为理想气体是温度的函数2.据一般表达式当前第9页\共有68页\编于星期六\1点3.据一般表达式若为理想气体cp是温度函数当前第10页\共有68页\编于星期六\1点4.cp-

cV

迈耶公式（Mayer’s

formula）理想气体可逆绝热过程的绝热指数k=γ当前第11页\共有68页\编于星期六\1点5.讨论a)

cp与cV均为温度函数,但cp–cV恒为常数：Rg

b)(理想气体)cp恒大于cv

物理解释:当前第12页\共有68页\编于星期六\1点定容定压b与c温度相同,均为(T+1)K而0当前第13页\共有68页\编于星期六\1点c)气体常数Rg的物理意义由b)Rg是1kg某种理想气体定压升高1k对外作的功。二、用比热计算热量原理:当前第14页\共有68页\编于星期六\1点1.定值比热容(invariable

specific

heat

capacity)

据气体分子运动理论，可导出对cn作不同的技术处理可得精度不同的热量计算方法:

当前第15页\共有68页\编于星期六\1点单原子气体

i=3双原子气体

i=5多原子气体

i=6当前第16页\共有68页\编于星期六\1点多原子误差更大工程上，建议参照附表3提供的常用气体在各种温度下的比热容值当前第17页\共有68页\编于星期六\1点2.利用真实比热容(true

specific

heat

capacity)积分附表\附表4.doc

比热多项式：3.利用平均比热容表(mean

specific

heat

capacity)T1,

T2均为变量,

制表太繁复

=面积amoda-面积bnodb当前第18页\共有68页\编于星期六\1点而由此可制作出平均比热容表附表\附表5.doc

当前第19页\共有68页\编于星期六\1点附:线性插值当前第20页\共有68页\编于星期六\1点4.平均比热直线式

令cn=a+bt,则即为间平均比热直线式t的系数已除过2

注意:附表查得附表\附表6.doc

例：空气:cp=0.9956+0.000093×(150+350)=1.042当前第21页\共有68页\编于星期六\1点四种方法的比较：定值最简单(估算)精度低平均简单(手算)精确多项式复杂(适合电算)精确哪种最好？权衡本课练习中，一般用定值当前第22页\共有68页\编于星期六\1点§3-3理想气体的热力学能、焓和熵一.理想气体的热力学能和焓

1.理想气体热力学能和焓仅是温度的函数

b)a)因理想气体分子间无作用力比热有四种计算法，热力学能和焓共有五种处理方法。当前第23页\共有68页\编于星期六\1点讨论:

如图:00当前第24页\共有68页\编于星期六\1点若为任意工质

对于理想气体一切同温限之间的过程Δu及Δh相同,

且均可用cVΔT及cp

ΔT计算;

对于实际气体Δu及Δh不仅与ΔT有关,还与过程有关且只有定容过程Δu=

cVΔT,定压过程Δh=

cpΔT。2.热力学能和焓零点的规定

可任取参考点,令其热力学能为零,但通常取0K。附表\附表7.doc

例题\第三章\A413265.ppt

当前第25页\共有68页\编于星期六\1点3.利用气体热力性质表计算热量

据例题\第三章\A411197.ppt

附表\附表7.doc

作业：

四版3-9，11，15

三版3-7，9，13（熵）.

当前第26页\共有68页\编于星期六\1点二、状态参数熵（entropy）及理想气体熵变的计算1.定义2.理想气体的熵是状态参数式中：强调可逆过程中的吸热量（δq）rev；非可逆过程ds≠δq/T当前第27页\共有68页\编于星期六\1点定比热s=s(T,v)s=s(T,p)s=s(p,v)当前第28页\共有68页\编于星期六\1点3.零点规定:

通常取基准状态（1atm，0K）下气体的熵为零例题\第三章\A910133.ppt

4.理想气体变比热熵差计算（精确计算，不用平均比热和多项式）令则制成表

则当前第29页\共有68页\编于星期六\1点三、T-s坐标图Ts4312①平衡态②可逆过程点曲线③q1-2=面积12341=吸热δq>0,ds>o；绝热δq=0，ds=0；放热δq<0,ds<0.例题\第三章\A4111551.ppt

例题\第三章\A4111552.ppt

当前第30页\共有68页\编于星期六\1点§3-4水蒸汽的饱和状态和相图在热力设备中，水蒸汽是实际气体。因p高，T在Tcr附近，如在本章及蒸汽动力循环中；在湿空气中，水蒸汽近似看作理想气体，因pv很低

(过热度很大)见第十二章理想气体混合物及湿空气。当前第31页\共有68页\编于星期六\1点一、饱和温度和饱和压力汽化(vaporization

)

：由液态变为汽态的过程。沸腾：在液体内部和表面同时进行的强烈汽化过程。Saturated

temperature

and

Saturated

pressure（一）汽化和液化(vaporization

and

liquefaction)蒸发：在液体表面进行的汽化过程；液化(凝结)(liquefaction)：汽液当前第32页\共有68页\编于星期六\1点饱和液体：处于饱和状态的液体；饱和蒸汽：处于饱和状态的汽体；饱和温度：饱和状态时的温度，Ts或ts；凝结汽化二者速度相等平衡（二）饱和状态(Saturated

state)

当汽化速度=液化速度时，系统

处于动态平衡——饱和状态。饱和压力：饱和状态时的压力，ps(一般指汽，液内上下有压差)注：1.TsPs或Ts=f(ps),它们不独立2.独立状态参数的个数：π=n-Φ+2=1-2+2=1

不同的饱和状态用1个参数就能区别。当前第33页\共有68页\编于星期六\1点§3-5水的汽化过程和临界点压力p一定，加热。从0.01℃开始(三相点温度以下有固态，工程上一般不用)，经历以下五种状态。

过冷水(未饱和水)加热Q饱和水Q湿蒸汽QQQ干饱和蒸汽过热蒸汽当前第34页\共有68页\编于星期六\1点画在p-v图上增加压力到p2，重复上述过程，得定压线202’2’’2压力为p4时，汽化在C点瞬间完成，C点叫临界点。

pcr=22.064Mpa，Tcr=373.99℃p>pc时，加热到Tc温度时，瞬间汽化。101’’1’2’’2’1202303’3’’5040•••••••••••••••vpCTcTTp压力为p1时，定压线101’1’’1当前第35页\共有68页\编于星期六\1点注意：101’’1’2’’2’1202303’3’’5040•••••••••••••••vpCTcTTp下界线向右斜，说明：温度提高(同时饱和压力也提高)时，饱和液比容增加。是因为饱和液因加热而膨胀的影响大于因升压而体积减小的影响。上界线向左斜，说明：温度提高(同时饱和压力提高)时，饱和汽比容减小。是因为饱和汽因加热而膨胀的影响小于因升压而体积减小的影响。当前第36页\共有68页\编于星期六\1点T-s图•••••••p51’1’’2’’2’sC3’3’’TcT-s图Tp4p3p2p1下界线(饱和水线)：1’2’3’C上界线(饱和汽线)：1’’2’’3’’C三个相区：液相区，1’2’3’CTc之内区；汽液共存区，1’2’3’C3’’2’’1’’之内区；汽相区，TcC3’’2’’1’’以上区。v当前第37页\共有68页\编于星期六\1点以上所讲归纳为：一点、二线、三区、五态过热液体：温度高于饱和温度；过热蒸汽：温度高于饱和温度。过热度D=t–ts或叫⊿t。另外还有：过冷液体：温度低于饱和温度(未饱和液)；过冷蒸汽：温度低于饱和温度；当前第38页\共有68页\编于星期六\1点使未饱和液达到饱和的途径：使过热蒸汽达到饱和的途径：？当前第39页\共有68页\编于星期六\1点水的三相点三相点：固态、液态、汽态三相平衡共存的状态独立状态参数个数π=n-Φ+2=1-3+2=0；说明三相点只有一个。当前第40页\共有68页\编于星期六\1点2.p-t图Ttpp3pp2p1B••••••••tbb’c’cAd固态液态汽态C点：临界点TtpC线：汽液两相共存，代表ps=f(ts)；TtpB线：固液两相共存，熔点温度与压力的关系；TtpA线：固汽两相共存，升华温度与压力之关系；Ttp点：三相点C当前第41页\共有68页\编于星期六\1点Ttpp3pp2p1B••••••••tbb’c’cAd固态液态汽态三个相区：BTtpA左侧，固相；

BTtpC上侧，液相；

ATtpC右侧，汽相。C当前第42页\共有68页\编于星期六\1点Ttpp3pp2p1B••••••••tbb’c’cAd固态液态汽态p2时：固体加热到b点，固体溶化为液体，再加热到c点，液

汽化为汽，汽化时温度不变，再加热为过热蒸汽；定压加热：p3时：固体加热到b’时溶化，再加热到c’时汽化。p1时：固体加热到d点，固体升华为汽体，相变过程中温度不变，再加热为过热；C当前第43页\共有68页\编于星期六\1点定温压缩：

t>tc时：气态压缩不能得到液态

tTtp<t<tc：对汽态压缩凝结为液态

t<tTtp时：汽态压缩为固体固体压缩可为液体。Ttpp3pp2p1B••••••••tbb’c’cAd固态液态汽态C当前第44页\共有68页\编于星期六\1点§3-6水和水蒸汽的状态参数指p、v、t、u、h和s等(一)零点的规定三相点的液态水(是饱和水)实测的(注：上标“’”表饱和水状态)规定的换算的当前第45页\共有68页\编于星期六\1点(二)温度为0.01℃，压力为p的过冷水的参数（0

点）0.01℃01’1’’零点0’pvp0v0’ts••••用通过“零点（0’）”的定温加热过程计算：忽略压缩性，即dv=0，v0≈v0’，可推得w≈0，u≈u0’≈0,因为

u=u(T,v),T,v均不变

q=⊿u+w≈0,绝热s0≈s0’,

因为q=0h0≈0,因为h0=u0+pv0只要p不太大，也可以看作是0’点。•当前第46页\共有68页\编于星期六\1点(三)温度为ts℃，压力为p的饱和水（1’点）用过“0”点的定压加热过程计算：p不太大时，水cp=4.1868kJ/kg；因为：0(定压)注：p较大时，cp变化较大，h0也不为零，不能这么算，要查表。0.01℃01’1’’零点0’vv0’ts•••••当前第47页\共有68页\编于星期六\1点(四)压力为p的干饱和蒸汽（1’’点）仍用定压加热过程计算汽化潜热：可逆过程可逆定温过程u’’,h’’,s’’,r可查蒸汽参数表(以后讲)0.01℃01’1’’零点0’vv0’ts•••••当前第48页\共有68页\编于星期六\1点(五)压力为p的湿蒸汽（x点）饱和水和饱和蒸汽平衡共存干度：mv—蒸汽质量，ml—液质量即饱和蒸汽质量占总质量的百分数。注意：1.0≤x≤1；

2.未饱和水和过热蒸汽没有干度的概念。0.01℃01’1’’零点0’vv0’ts••••••x当前第49页\共有68页\编于星期六\1点湿蒸汽的参数：1.查h-s图（部分数据）

2.查饱和水和饱和蒸汽表从饱和水和饱和蒸汽表表上可查得：饱和水v’,h’,s’

饱和蒸汽v’’,h’’,s’’干度为x湿蒸汽：mvx=mvv’’+mlv’

是否有vx？vx=xv’’+(1-x)v’=v’+x(v’’-v’)可见v’≤vx≤v’’Vx=Vv+Vl

总体积=汽体积+液体积当前第50页\共有68页\编于星期六\1点类似地：sx=s’+x(s’’-s’)而u=h–pv均为折合量。hx=h’+x(h’’-h’)因为此时汽相中参数为“′”，液相参数为“″”，系统内部不均匀，没有一处参数是“x”。当前第51页\共有68页\编于星期六\1点(六)压力为p的过热蒸汽（D点）如图，仍可用定压加热得到。但因cp=f(p,t),估计算复杂，一般不计算而查表。0.01℃01’1’’零点0’vv0’ts••••••D当前第52页\共有68页\编于星期六\1点(一)水蒸汽表饱和水和干饱和蒸汽表p88；§3-7水蒸汽表和图数据来源：

IFC公式(国际公式化委员会)。实验数据+公式分析未饱和水和过热蒸汽表p89。当前第53页\共有68页\编于星期六\1点饱和水和饱和蒸汽表（温度）当前第54页\共有68页\编于星期六\1点饱和水和饱和蒸汽表（压力）当前第55页\共有68页\编于星期六\1点未饱和水和过执掌蒸汽表当前第56页\共有68页\编于星期六\1点查表时，先判断水蒸汽的状态。先查出对应p的ts；

如果t<ts,则为未饱和水，如图中1点如果t>ts,则为过热蒸汽，如图中2点；Ts•••••••••1122ppspscctsvsT已知水蒸汽状态(p,t)判断方法：1.设ps=p，参见下图。•当前第57页\共有68页\编于星期六\1点2.设ts=t,先查ps=f(ts)

如果p>ps,则为未饱和水，如图1点如果p<ps,则为过热蒸汽，如图2点ts••••••••