工程热力学基础第三章

作业3-13-2第三章

理想气体的性质与过程PropertiesandProcessoftheIdeal-Gas火力发电装置锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器ws

=

h1-

h2ws

=

h1-

h2工程热力学的研究内容

1、能量转换的基本定律

2、工质的基本性质与热力过程3、热功转换循环的工作原理工程热力学的两大类工质

1、理想气体（idealgas）

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（realgas）

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§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:

Rm

与R

状态方程统一单位Ideal-gasequationofstate

Rm与R的区别Rm——通用气体常数R——气体常数M-----Molarmass例如UniversalGasconstant与气体种类无关Gasconstant与气体种类有关计算时注意事项

1、绝对压力2、温度单位

K3、统一单位（最好均用国际单位）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）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Modelofiedal-gas现实中没有理想气体

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如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气等三原子分子（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

§3-2

(比)热容SpecificHeats计算内能,焓,热量都要用到热容定义:比热容单位物量的物质升高1K或1oC所需的热量Theenergyrequiredtoraisethetemperatureofaunitmassofasubstancebyonedegree§3-2

(比)热容SpecificHeats

比热容c:

质量比热容Cm:

摩尔比热容Cm=M·cTs(1)(2)1

K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定容比热容cv任意准静态过程u是状态量，设

定容Specificheatatconstantvolume定压比热容cp任意准静态过程h是状态量，设

定压Specificheatatconstantpressurecv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。cv物理意义：v时1kg工质升高1K内能的增加量cp物理意义：p时1kg工质升高1K焓的增加量常见工质的cv和cp的数值0oC时：cv,air=

0.716

kJ/kg.K

cp,air=

1.004

kJ/kg.Kcv,O2=

0.655

kJ/kg.K

cp,O2=

0.915

kJ/kg.K1000oC时：cv,air=

0.804

kJ/kg.K

cp,air=

1.091

kJ/kg.Kcv,O2=

0.775

kJ/kg.K

cp,O2=

1.035

kJ/kg.K25oC时：cv,H2O=

cp,H2O=

4.1868

kJ/kg.K§3-3理想气体的u、h、s和热容一、理想气体的u

1843年焦耳实验，对于理想气体p

v

T不变

AB绝热自由膨胀真空理想气体的内能u理气绝热自由膨胀

p

v

T不变

理想气体内能的物理解释内能＝内动能＋内位能T,v

理想气体无分子间作用力，内能只决定于内动能?

如何求理想气体的内能uT理想气体u只与T有关理想气体内能的计算理想气体，任何过程理想气体

实际气体理想气体的焓理想气体实际气体理想气体h只与T有关理想气体，任何过程熵的定义:

可逆过程

理想气体理想气体的熵pv=RT仅可逆适用？T1p1v1s1T2p2v2s212理想气体，任何过程一般工质:

理想气体：迈耶公式Mayer’sformula理想气体的热容令比热比1、按定比热

2、按真实比热计算理想气体热容、u、h和s的计算理想气体热容的计算方法：h、u

、s的计算要用cv和cp分子运动论1、按定比热计算理想气体热容运动自由度单原子双原子多原子Cv,m[kJ/kmol.K]Cp,m

[kJ/kmol.K]k1.671.41.292、按真实比热计算理想气体的热容根据实验结果整理理想气体1.

2.

cv为真实比热理想气体

u的计算3.

若为空气，直接查附表2理想气体，任何过程T1u1T2u2121.

2.

cp为真实比热理想气体

h的计算3.

若为空气，直接查附表2理想气体，任何过程若定比热理想气体

s的计算理想气体，任何过程§3-4

研究热力学过程的目的与方法目的提高热力学过程的热功转换效率热力学过程受外部条件影响

主要研究外部条件对热功转换的影响利用外部条件,合理安排过程，形成最佳循环对已确定的过程，进行热力计算研究热力学过程的对象与方法对象1)参数(p,T,v,u,h,s

)变化2)能量转换关系,

q

,w,wt方法抽象分类2)可逆过程(不可逆再修正)基本过程研究热力学过程的依据2)理想气体3)可逆过程

1)热一律稳流研究热力学过程的步骤1)确定过程方程------该过程中参数变化关系5)计算w

,

wt,

q4)求3)用T-s

与p-v

图表示2)根据已知参数及过程方程求未知参数§3-5理想气体的等熵过程(2)不仅,s处处相等

绝热可逆s说明:(1)不能说绝热过程就是等熵过程,

必须是可逆绝热过程才是等熵过程。adiabaticisentropicReversibleadiabatic三个条件:

(1)理想气体(2)可逆过程(3)

k为常数理想气体s

的过程方程当理想气体理想气体s

的过程方程

内能变化焓变化熵变化

理想气体s

u,

h,

s的计算状态参数的变化与过程无关

膨胀功w理想气体s

w,wt,q的计算技术功

wt热量

q作业3-33-43-83-12§3-7理想气体热力过程的综合分析理想气体的多变过程(Polytropicprocess)过程方程n是常量，每一过程有一n值nn=ks理想气体n

w,wt,q的计算多变过程比热容(1)

当n=0

(2)

当n=1多变过程与基本过程的关系(3)

当n=k

(4)

当n=

pTsvnpTsv基本过程是多变过程的特例isothermalisentropicisobaricisochoric

基本过程的计算是我们的基础，要非常清楚，非常熟悉。基本要求：拿来就会算参见书上表3－4

公式汇总理想气体基本过程的计算斜率理想气体过程的p-v,T-s图上凸?下凹？sTvpppp斜率理想气体过程的p-v,T-s图上凸?下凹？sTvpppvvv斜率理想气体过程的p-v,T-s图上凸?下凹？sTvpppTvvTT理想气体过程的p-v,T-s图sTvpppsvvTTss理想气体基本过程的p-v,T-s图sTvpppvvTTssu在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpuT=

u>0

u>0h在p-v,T-s图上的变化趋势sTvphT=

u>0

u>0

h>0

h>0w在p-v,