第一章 基本概念和基本定律

第一章基本概念和基本定律第1页，课件共77页，创作于2023年2月第三章热能转换物质的热力性和热力过程

一理想气体1、宏观定义若基本状态参数p、v、T满足方程这样的气体称为理想气体。2、微观定义假定：(1)气体分子是些弹性的、不占体积的质点；(2)气体分子间没有相互作用力。理想气体是一种实际上不存在的假想气体，它是压力趋近于零，比体积趋近近于无穷大时的极限状态。但工程中很多气体远离液态时，接近于理想气体的假设条件。第一节理想气体的热力性质第2页，课件共77页，创作于2023年2月二理想气体状态方程根据理想气体宏观定义:令常数为Rg单位：p－Pa；v－m3/kg;T－K;Rg－J/(kg.K)Rg为气体常数，它与气体的种类有关，常用气体的气体常数请看p250附录A-2若物质的质量m以kg为单位，物质的量n以mol为单位，用M表示物质的摩尔质量，则1mol气体的体积以Vm表示，第3页，课件共77页，创作于2023年2月对式（3－2）两边同乘以M得对于各种气体的气体常数的所以MRg与物质的种类无关。（也与状态无关）令R＝MRg，

R称为摩尔气体常数。取标准状态参数得由于1摩尔的任何气体在压力p,温度T的状态下的摩尔体积相等。第4页，课件共77页，创作于2023年2月理想气体状态方程可有以下四种形式：第5页，课件共77页，创作于2023年2月三理想气体的比热容1、比热容的定义物体升高1K所需的热量称为热容，以C表示，1kg物质升高1K所需的热量称为比热容，单位J／(kg.K),以c表示，1mol物质的比热容称为摩尔热容，单位J／(mol.K)，符号为Cm比热c应与过程有关，不同的过程比热容不同。工程中常用的有比定容比热容和比定压比热容。第6页，课件共77页，创作于2023年2月2、理想气体的定压比热容和定容比热容应用第一定律，并假定过程可逆则有：热力学能包含内动能和内位能。对于理想气体其分子间无作用力，所理想气体的热力学能只含有内动能，而内动能只于温度有关，所以理想气体的热力学能是温度的单值函数,即u=u(T),而h=u+pv＝u+RgT,所以理想气体的焓也是温度的单位函数，即h=h(T).第7页，课件共77页，创作于2023年2月3、理相气体定压比热容与定容比热容的关系即：上式乘摩尔质量M，则有：式（3－16）和（3－16a）称为迈耶公式。(1)、迈耶公式*(2)、比热容比第8页，课件共77页，创作于2023年2月4、理想气体比热容的计算(1)、真实比热容附录A-3(p250)中给出了真实摩尔定压比热容的无量纲四次方经验关系式。第9页，课件共77页，创作于2023年2月(2)、平均比热容表对于一个定压过程，如果要计算过程的吸热量，则称为平均定压比热容。第10页，课件共77页，创作于2023年2月(3)、平均比热容直线关系

上式称为比热容的线性关系。附录A-5p252给出了一些常用气体的平均比热容直线关系式。第11页，课件共77页，创作于2023年2月4、定值比热容

由分子运动论也可导出1mol理想气体的热力学能由些得出理想气体的摩尔定容比热容，定压比热容的比热容比。第12页，课件共77页，创作于2023年2月i是分子运动的自由度，单原子i＝3，双原子i＝5，多原子取i＝71.291.401.67多原子气体（i＝7）双原子气体（i＝5）单原子气体（i＝3）理想气体定值摩热容和比热容比［R＝8.3143J／(mol.K)]第13页，课件共77页，创作于2023年2月四理想气体的热力学能、焓和熵由上式可得1、热力学能与焓当比热容取定值时若取0K作为零点则第14页，课件共77页，创作于2023年2月2、状态参数熵熵的定义式为（以后要证明）下标rev表示可逆，可逆时有当比热容取定值时(不讲变比热容熵差计算)第15页，课件共77页，创作于2023年2月五理想气体混合物1、理想气体的分压力定律及分容积律p1、p2、p3称为分压力，并有上式称为道尔顿分压力定律。由质量守恒得：状态方程(1)、分压力定律第16页，课件共77页，创作于2023年2月(2)、理想气体的分容积定律V1、V2、V3称为分容积，并有上式称为亚美格分容积定律。质量守恒状态方程第17页，课件共77页，创作于2023年2月2、混合物的成分(1)质量成分(2)摩尔成分(3)容积成分由式（b)、(d)及(f)可得：第18页，课件共77页，创作于2023年2月3、混合气体的折合摩尔质量和折合气体常数由式（f）可知，理想气体混合物也满足状态方式pV=nRT。对于理想气体混合物仿照纯质理想气体得到下式Meq称为混合气体的折合摩尔质量。由摩尔成分的定义可得：折合气体常数Rg,eq式（a)或式（c）求得折合气体常数Rg,eq可写成第19页，课件共77页，创作于2023年2月4、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵1kg混合物吸收的热量应等于各组分吸收热量之和，即定压比热容和定容比热容可写成：根据比热容的定义式得(1)、比热容混合气体吸收的总热量第20页，课件共77页，创作于2023年2月(2)、热力学能和焓第21页，课件共77页，创作于2023年2月(3)、混合气体的熵第22页，课件共77页，创作于2023年2月请看思考题第23页，课件共77页，创作于2023年2月第二节理想气体的热力过程一研究热力过程的目的及一般方法1、目的2、一般方法(1)、对实际热力过程进行分析，将各种过程近似地概括为几种典型过程，即定容、定压、定温和绝热过程。为使问题，暂不考虑实际过程中的不可逆的耗损而作为可逆过程。

揭示过程中工质状态参数的变化规律以及能量转换情况，进而找出影响转化的主要因素。(2)、用简单的热力学方法对四种基本热力过程进行分析计算。(3)、考虑不可逆耗损再借助一些经验系数进行修正。第24页，课件共77页，创作于2023年2月本章分析理想气体热力过程的具体方法1)、根据过程特点确定过程方程式，得到p=f(v).2)、用过程方程和状态方程，计算初、终态参数。3)、在p-v、T-s图上画出过程曲线。4)、确定工质的初、终态比热学能、比焓、比熵的变化。5)、计算过程中膨胀功、技术功和过程热量。本节研究理想气体的可逆过程。第25页，课件共77页，创作于2023年2月二四个基本热力过程分析1、定容过程(1)、过程方程(2)、初、终态参数间的关系(3)、在p-v、T-s图第26页，课件共77页，创作于2023年2月(4)、初、终态热学能、比焓、比熵的变化(5)、膨胀功、技术功和热量第27页，课件共77页，创作于2023年2月2、定压过程(1)、过程方程(2)、初、终态参数间的关系(3)、在p-v、T-s图第28页，课件共77页，创作于2023年2月(4)、初、终态热学能、比焓、比熵的变化(5)、膨胀功、技术功和热量第29页，课件共77页，创作于2023年2月3、定温过程(1)、过程方程(2)、初、终态参数间的关系(3)、在p-v、T-s图第30页，课件共77页，创作于2023年2月(4)、初、终态热学能、比焓、比熵的变化(5)、膨胀功、技术功和热量第31页，课件共77页，创作于2023年2月4、定熵过程定熵过程＝绝热过程+可逆过程对于理想气体可逆绝热过程（定熵过程），由第一定律得：第32页，课件共77页，创作于2023年2月令κ＝γ，κ称为过程指数。定熵过程的过程指数等于比热比。对于一般气体的可逆绝热过程（定熵过程）有(1)、定熵过程方程(2)、初、终态参数间的关系第33页，课件共77页，创作于2023年2月(3)、在p-v、T-s图第34页，课件共77页，创作于2023年2月(4)、初、终态热学能、比焓、比熵的变化(5)、膨胀功、技术功和热量对于可逆过程，还可得：第35页，课件共77页，创作于2023年2月技术功对于可逆过程，可得：第36页，课件共77页，创作于2023年2月三多变过程分析1、多变过程方程2、初、终态参数间的关系第37页，课件共77页，创作于2023年2月3、初、终态热学能、比焓、比熵的变化4、膨胀功、技术功和热量第38页，课件共77页，创作于2023年2月技术功第39页，课件共77页，创作于2023年2月过程热量cn称为多过程的比热容第40页，课件共77页，创作于2023年2月5、在p-v、T-s图多变过程方程式为pvn=常数，这里n为变量，n取不同的可得到不同的过程。当n＝0时，p＝常数，则为定压过程当n＝1时，pv＝常数，则为定温过程当n＝κ时，pvκ＝常数，则为定熵过程当n＝∞时，v＝常数，则为定容过程因此，把多变过程表示在p-v图上时，要选画出四个基本热力过程，然后再根据n值的大小画出相应的多变过程。第41页，课件共77页，创作于2023年2月四个基本热力过程第42页，课件共77页，创作于2023年2月多变过程在p-v、T-s图上用Δ

T的正负判断Δu、Δh的正负，

用Δs正负判断q的正负；用Δv的正负判断w的正负。第43页，课件共77页，创作于2023年2月热力过程计算公式表第44页，课件共77页，创作于2023年2月第45页，课件共77页，创作于2023年2月请看思考题第46页，课件共77页，创作于2023年2月第三节水蒸气一水蒸气的定压发生过程第47页，课件共77页，创作于2023年2月五个状态a点:过冷和水(未饱和液体)b点:饱和水(液体)c点:湿饱和蒸气d点:干饱和蒸气e点:过热蒸气(过热度Δt=t–ts)两条线饱和液体线A－Ｃ饱和气体线Ｂ－Ｃ临界点Ｃ(一个点)pcr=22.064MPaTcr=647.14Kvcr=0.003106m3/kg一点、两线、三区、五个状态三相线第48页，课件共77页，创作于2023年2月二水和水蒸气的状态参数pcr=22.064MPaTcr=647.14Kvcr=0.003106m3/kg1、临界点参数2、三相点参数3、零点的规定ttp=0.01℃ptp=611.659Pa

以水的三相点状态下的饱和液体为基准点，并规定：第49页，课件共77页，创作于2023年2月饱和压力与饱和温度饱和压力ps与饱和温度ts一一对应，即ps=f(ts)称为蒸气压方程临界现象实验装置第50页，课件共77页，创作于2023年2月降温法测量现象第51页，课件共77页，创作于2023年2月

物质的相图(p)第52页，课件共77页，创作于2023年2月第53页，课件共77页，创作于2023年2月三水和水蒸气的表和图1、水和水蒸气表(1)、饱和水与饱和蒸汽热力性质表表在饱和线上，只有一个独立变量，可以饱和温度或饱和压力为自变量来设计表格。这样就有两种形式的饱和水与饱和蒸汽热力性质表。饱和液体的参数用'

表示；饱和气体的参数用"

表示。第54页，课件共77页，创作于2023年2月（1）饱和水与饱和蒸汽表（以温度排列）第55页，课件共77页，创作于2023年2月（2）饱和水与饱和蒸汽表（以压力排列）第56页，课件共77页，创作于2023年2月在湿饱和蒸气区,定义干度xmg饱和蒸气的质量,mv饱和水的质量湿饱和蒸气的状态参数为:第57页，课件共77页，创作于2023年2月(2)、未饱和水与过热蒸汽热力性质表表在未饱和区和过热区，有两个独立变量，可以温度和压力为自变量来设计表格。第58页，课件共77页，创作于2023年2月第59页，课件共77页，创作于2023年2月第60页，课件共77页，创作于2023年2月2、水蒸气的图(1)p--v图(定性分析)(2)T--s图(定性分析)三相线等压线第61页，课件共77页，创作于2023年2月(3)h--s图(定量分析)hsx=1tpxx=0v第62页，课件共77页，创作于2023年2月基本方程可逆过程四水蒸气基本热力过程1、定容过程2、定压过程3、定温过程4、定熵过程第63页，课件共77页，创作于2023年2月第四节湿空气湿空气:干空气:干空气+水蒸气氧气+氮气

湿空气可作为理想气体混合物，所以，它具有理想气体混合物的所有特性。如：状态方程；分压力；各种成分表示方法等。第64页，课件共77页，创作于2023年2月一湿空气的状态参数

1、温度：t,T2、压力：总压力：p,干空气的分压力pa

，水蒸气的分压力pvp=pa+pv饱和湿空气:湿空气中的水蒸气处于饱和状态.ρs未饱和湿空气:湿空气中的水蒸气处于过热状态.ρvρv<ρs=ρ"vv>vs=v"第65页，课件共77页，创作于2023年2月第66页，课件共77页，创作于2023年2月3、露点温度水蒸气分压力下的饱和温度称为湿空气的露点温度。td=f(pv)第67页，课件共77页，创作于2023年2月4、相对湿度湿空气的绝对湿度定义为：ρv同一温度