工程热力学与传热学气体的热力过程和热力性质

1第三章气体与水蒸汽的热力性质和热力过程热机中的工质都采用容易膨胀的气态物质，包括：气体和蒸汽。内容要求：理想气体的概念和理想气体状态方程式理想气体的c，cv，cp，u，h，s理想气体的热力过程（四个基本热力过程：定容过程，定压过程，定温过程，定熵过程）2第一节实际气体和理想气体一、化繁为简在分析热力过程及热力循环时，在一定条件下将工质当作理想气体处理，大大方便了热工问题的分析与计算。1、如何来定义理想气体和实际气体？2、在工程实用上区分两种气体的原则是什么？3二、实际气体（realgas）定义：实际存在的一切气体分析：（1）具有一定的体积和作用力从分子运动论可知，各种气体均由庞大数目的分子所组成，分子占有一定地点体积，分子间有作用力，分子不停的做热运动。（2）不能用简单的式子描述实际气体的运动情况相当复杂，不可能用简单的数学模型来描述其状态及其变化规律。4重要性、存在问题及应用1、研究工质的热力性质是工程热力学的任务之一，探讨实际气体的状态方程式及各种热力学函数式也是工程热力学的重要课题。2、应用理论分析和根据实验数据整理的实际气体状态方程式，目前所发表的都相当复杂。3、工程上只能编制成各种气体的热力性质表或图供热力计算之用。5三、理想气体（idealgas）定义：从微观看，理想气体是分子本身的体积和分子间的相互作用力都可忽略不计，完全实现弹性碰撞的那样一种气体。实质：理想气体实质上是实际存在的气体在一定条件下（v→∞，p→0）时的极限状态。理想气体是实际气体在低压高温时的抽象意义：可用简单的式子描述6实践证明如空气、燃气、氧、氮等实际气体在通常情况下都接近理想气体，热工计算时把它们当作理想气体处理，不致引起大的偏差7四、工程上的区分原则原则：工程上常按照是接近液态还是远离液态来区分实际气体还是理想气体。实际气体：刚刚脱离液态的蒸汽其比容较小，分子间的作用力及分子本身的体积均不能忽略，属于实际气体。理想气体：远离液态的气体随温度愈高、比容愈大就愈接近理想气体。8判断标准判断标准：某种工质能否当作理想气体处理要看它所处的状态。9常温常压下：N2,H2,O2,CO2,CO（1）实际气体所处的状态：温度较高，压力较低，即气体的比体积较大，密度较小，离液态较远，可以忽略分子本身的体积和分子间的相互作用力，作为理想气体处理。（2）实际气体所处的状态：温度较低，压力较高，即气体的比体积较小，密度较大，离液态较近，不能忽略分子本身的体积和分子间的相互作用力，必须看做是实际气体。蒸汽动力装置---水蒸气制冷装置---氨蒸汽，freon蒸汽说明10（3）一种气体能否看作理想气体，完全取决于气体的状态和所要求的精确度，而与过程的性质无关。水蒸气空气中所含的水蒸气汽轮机中的水蒸气压力较高，密度较大，离液态不远，必须看作实际气体。分压力较低，比体积较大，按理想气体处理。11第二节理想气体的比热3-2-1热容的定义（Heatcapacity）：1.热容：物体温度升高1K（或1℃）所需要的热量，用C表示，单位kJ/℃,J/K。122.根据物质计量单位不同，热容分三类：（2）摩尔热容（molarheat）1mol物质的热容量，用Cm表示,单位kJ/(mol.K)（1）比热容（specificheat）单位质量物质的热容量（质量热容）用c表示，单位kJ/(kg.K)（3）体积热容（VolumeHeat）标况下，1m3气体的热容量，用c’表示，单位kJ/(m3.K)13表3-2物质比热容的三种类型比热容名称符号表示物质量的单位比热容单位质量比热容c千克J/(kg·K)或kJ/(kg·K)千摩尔比热容Cm千摩尔J/(kmol·K)或kJ/(kmol·K)容积比热容c′标准状态下立方米J/(标m3·K)或kJ/(标m3·K)由于1kmol气体的质量为M，体积为22.4m3（标准状态下）。故三种比热容之间存在着下述的换算关系：143.热容的过程特性：（1）比热容是过程量：因为热量是与过程性质有关的量，如果工质初、终态相同而过程不同，吸入或放出的热量就不同，工质的比热容也就不同，所以工质的比热容与过程的性质有关。在热工计算中常涉及定容过程和定压过程，所以定容比热容和定压比热容是两种常用的比热容，并分别在比热容符号的下方以脚注v和p来区别。15（2）比较cp和cv的大小：如图3-1所示，（a）为定容加热过程，（b）为定压加热过程。假设两种过程的工质相同，且质量均为1kg；过程初态相同，且加热后温度都升高1K。根据热力学第一定律，可得16分析：17二、应用比热计算热量的方法1.真实比热容（Therealspecificheatcapacity）当温度变化趋于零的极限时的比热容。它表示某瞬间温度的比热容。2.平均比热容（Themeanspecificheat）是某一温度间隔内比热容的平均值。表示21|ttc183、比容的曲线关系式计算热量理想气体的质量比热与温度的关系式：194、曲线的直线关系式计算热量温度不高，温度变化范围不大时。205.用定值比热容计算热量（1）应用条件若温度的变化范围不大，或对计算要求不十分精确时，可把气体的比热容看成与温度无关的常数，这种比热容称为定值比热容。21（2）计算方法根据分子运动论，温度较低时，凡是原子数相同的气体，其千摩尔比热容也相同；反之，凡是原子数不同的气体，其千摩尔比热容也不相同。千摩尔比热容与气体原子数的关系见表3-3。欲求气体的质量比热容c或容积比热容c′，可根据换算22实测数据表明表3-3的数据仅是低温范围内的近似值，温度愈高，误差愈大。23例3-1利用不同的比热容计算热量时，各有优缺点：（1）利用真实比热容，计算精度高，但不太方便。（2）利用平均比热容及气体热力性质表，一般来说，计算方便，且有足够的精度。（3）利用定值比热容，误差较大，尤其在温度较高时不宜采用。总结24第三节理想气体的内能、焓、熵1.理想气体的内能udTducv252.理想气体的焓hpddhcT263.迈耶公式与比热比274、Entropyequation理想气体熵方程ppTTcpSvvTTcvS12lnR12ln12lnR12ln28例3-229课后作业思考题1，2；