动力热力学气体和蒸汽的性质

动力热力学气体和蒸汽的性质§3-1理想气体得概念一、理想气体得基本假设微观上:①分子为不占体积得弹性球体(质点);②除碰撞外分子间无作用力。U=U(T)宏观上:满足pv=RgT实际气体可以近似瞧作理想气体得条件:通常压力下,当T>(2、5-3)Tcr时,一般可瞧作理想气体。理想气体就是实际气体在低压高温时得抽象。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§3-2理想气体得比热容一、定义与基本关系式定义:c与过程特性有关c就是温度得函数根据物质量多少得不同,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),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:不就是标况时,1标准立方米得气体量不变,但体积变化。单位J/(mol•K)三种比热得关系: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)式得比热容得一般表达式Lead—铅Copper—铜Iron—铁定容过程

dv=0若为理想气体就是温度得函数2、据一般表达式3、据一般表达式若为理想气体cp就是温度函数4、cp-

cV

迈耶公式(Mayer’s

formula)理想气体可逆绝热过程得绝热指数k=γ5、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:大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静定容定压b与c温度相同,均为(T+1)K而0c)气体常数Rg得物理意义由b)Rg就是1kg某种理想气体定压升高1k对外作得功。二、用比热计算热量原理:1、定值比热容(invariable

specific

heat

capacity)

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

单原子气体

i=3双原子气体

i=5多原子气体

i=6多原子误差更大工程上,建议参照附表3提供得常用气体在各种温度下得比热容值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而由此可制作出平均比热容表附表\附表5、doc

附:线性插值4、平均比热直线式

令cn=a+bt,则即为间平均比热直线式t得系数已除过2

注意:附表查得附表\附表6、doc

例:空气:cp=0、9956+0、000093×(150+350)=1、042四种方法得比较: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§3-3理想气体得热力学能、焓与熵一、理想气体得热力学能与焓

1、理想气体热力学能与焓仅就是温度得函数

b)a)因理想气体分子间无作用力比热有四种计算法,热力学能与焓共有五种处理方法。讨论:

如图:00若为任意工质

对于理想气体一切同温限之间得过程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、热力学能与焓零点得规定

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

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)、

二、状态参数熵(entropy)及理想气体熵变得计算1、定义2、理想气体得熵就是状态参数式中:强调可逆过程中得吸热量(δq)rev;非可逆过程ds≠δq/T定比热s=s(T,v)s=s(T,p)s=s(p,v)3、零点规定:

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

4、理想气体变比热熵差计算(精确计算,不用平均比热与多项式)令则制成表

则三、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

§3-4水蒸汽得饱与状态与相图在热力设备中,水蒸汽就是实际气体。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,水蒸汽近似瞧作理想气体,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。一、饱与温度与饱与压力汽化(vaporization

)

:由液态变为汽态得过程。沸腾:在液体内部与表面同时进行得强烈汽化过程。Saturated

temperature

and

Saturated

pressure(一)汽化与液化(vaporization

and

liquefaction)蒸发:在液体表面进行得汽化过程;液化(凝结)(liquefaction):汽液饱与液体:处于饱与状态得液体;饱与蒸汽:处于饱与状态得汽体;饱与温度:饱与状态时得温度,Ts或ts;凝结汽化二者速度相等平衡(二)饱与状态(Saturated

state)

当汽化速度=液化速度时,系统

处于动态平衡——饱与状态。饱与压力:饱与状态时得压力,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、独立状态参数得个数:π=n-Φ+2=1-2+2=1

不同得饱与状态用1个参数就能区别。§3-5水得汽化过程与临界点压力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(未饱与水)加热Q饱与水Q湿蒸汽QQQ干饱与蒸汽过热蒸汽画在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(同时饱与压力也提高)时,饱与液比容增加。就是因为饱与液因加热而膨胀得影响大于因升压而体积减小得影响。上界线向左斜,说明:温度提高(同时饱与压力提高)时,饱与汽比容减小。就是因为饱与汽因加热而膨胀得影响小于因升压而体积减小得影响。T-s图•••••••p51’1’’2’’2’sC3’3’’TcT-s图Tp4p3p2p1下界线(饱与水线):1’2’3’C上界线(饱与汽线):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以上所讲归纳为:一点、二线、三区、五态过热液体:温度高于饱与温度;过热蒸汽:温度高于饱与温度。过热度D=t–ts或叫⊿t。另外还有:过冷液体:温度低于饱与温度(未饱与液);过冷蒸汽:温度低于饱与温度;使未饱与液达到饱与得途径:使过热蒸汽达到饱与得途径:？水得三相点三相点:固态、液态、汽态三相平衡共存得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。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,熔点温度与压力得关系;TtpA线:固汽两相共存,升华温度与压力之关系;Ttp点:三相点CTtpp3pp2p1B••••••••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。CTtpp3pp2p1B••••••••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§3-6水与水蒸汽得状态参数指p、v、t、u、h与s等(一)零点得规定三相点得液态水(就是饱与水)实测得(注:上标“’”表饱与水状态)规定得换算得(二)温度为0、01℃,压力为p得过冷水得参数(0

点)0、01℃01’1’’零点0’pvp0v0’ts••••用通过“零点(0’)”得定温加热过程计算: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,也可以瞧作就是0’点。•(三)温度为ts℃,压力为p得饱与水(1’点)用过“0”点得定压加热过程计算: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•••••(四)压力为p得干饱与蒸汽(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•••••(五)压力为p得湿蒸汽(x点)饱与水与饱与蒸汽平衡共存干度:mv—蒸汽质量,ml—液质量即饱与蒸汽质量占总质量得百分数。注意:1、0≤x≤1;

2、未饱与水与过热蒸汽没有干度得概念。0、01℃01’1’’零点0’vv0’ts••••••x湿蒸汽得参数:1、查h-s图(部分数据)

2、查饱与水与饱与蒸汽表从饱与水与饱与蒸汽表表上可查得:饱与水v’,h’,s’

饱与蒸汽v’’,h’’,s’’干度为x湿蒸汽:mvx=mvv’’+mlv’就是否有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,没有一处参数就是“x”。(六)压力为p得过热蒸汽(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(一)水蒸汽表饱与水与干饱与蒸汽表p88;§3-7水蒸汽表与图数据来源:

IFC公式(国际公式化委员会)。实验数据+公式分析未饱与水与过热蒸汽表p89。饱与水与饱与蒸汽表(温度)饱与水与饱与蒸汽表(压力)未饱与水与过执掌蒸汽表查表时,先判断水蒸汽得状态。先查出对应p得ts;如果t<ts,则为未饱与水,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。•2、设ts=t,先查ps=f(ts)

如果