工程熱力學(xué)第五版第一章

1、第二章第二章 理想氣體的熱力性質(zhì)理想氣體的熱力性質(zhì)Properties and Process of the Ideal-Gas工程熱力學(xué)的兩大類工程熱力學(xué)的兩大類工質(zhì)工質(zhì) 1、理想氣體（理想氣體（ ideal gas） 可可用用簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單的式子描述的式子描述 如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)以空氣為如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)以空氣為主的主的燃?xì)馊細(xì)?、空調(diào)中的、空調(diào)中的濕空氣濕空氣等等2、實(shí)際氣體（實(shí)際氣體（ real gas） 不不能用能用簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單的式子描述，真實(shí)工質(zhì)的式子描述，真實(shí)工質(zhì) 火力發(fā)電的火力發(fā)電的水水和和水蒸氣水蒸氣、制冷空調(diào)中、制冷空調(diào)中制冷工質(zhì)制冷工質(zhì)等等1. 分子之間沒有作用力分子之間

2、沒有作用力 2. 分子本身不占容積分子本身不占容積 但是但是, 當(dāng)實(shí)際氣體當(dāng)實(shí)際氣體 p 很小很小, V 很大很大, T不太低時(shí)不太低時(shí), 即處于即處于遠(yuǎn)離液態(tài)遠(yuǎn)離液態(tài)的的稀薄稀薄狀狀態(tài)時(shí)態(tài)時(shí), 可視為可視為理想氣體理想氣體。 理想氣體理想氣體模型模型Model of iedal-gas現(xiàn)實(shí)中沒有理想氣體現(xiàn)實(shí)中沒有理想氣體 當(dāng)實(shí)際氣體當(dāng)實(shí)際氣體 p 很小很小, V 很大很大, T不不太低時(shí)太低時(shí), 即處于即處于遠(yuǎn)離液態(tài)遠(yuǎn)離液態(tài)的的稀薄稀薄狀態(tài)狀態(tài)時(shí)時(shí), 可視為可視為理想氣體理想氣體。 哪些氣體可當(dāng)作理想氣體哪些氣體可當(dāng)作理想氣體T常溫常溫，p7MPa的的雙原子雙原子分子分子理想氣體理想氣體O2

3、, N2, Air, CO, H2如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)以空氣為主的如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)以空氣為主的燃?xì)馊細(xì)獾鹊热尤臃肿樱ǚ肿樱℉2O, CO2)一般一般不能不能當(dāng)作當(dāng)作理想氣體理想氣體特殊可以，如空調(diào)的特殊可以，如空調(diào)的濕空氣濕空氣，高溫?zé)煔獾?，高溫?zé)煔獾腃O2 2-12-1 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 理想氣體理想氣體定義：定義：凡遵循凡遵循克拉貝龍克拉貝龍(Clapeyron)方程的氣體方程的氣體四種形式的四種形式的克拉貝龍克拉貝龍方程：方程：mm1 kmol: pVR Tm kmol : npVnR T1 kg : pvRTmRTpVm : kg 注意注意: : R

4、0 與與R 摩爾容積摩爾容積Vm狀狀態(tài)態(tài)方方程程統(tǒng)一單位統(tǒng)一單位Ideal-gas equation of stateTRpVM0TnRpV0摩爾容積摩爾容積Molar specific volume (Vm)阿伏伽德羅阿伏伽德羅假說(shuō)假說(shuō): 相同相同 p 和和 T 下各理想氣體的下各理想氣體的摩爾容積摩爾容積Vm相同相同在標(biāo)準(zhǔn)狀況下在標(biāo)準(zhǔn)狀況下500(1.0132510273.15)pPaTKkmolmVm30414.22Vm常用來(lái)表示數(shù)量常用來(lái)表示數(shù)量 Rm與與R的區(qū)別的區(qū)別R0通用通用氣體常數(shù)氣體常數(shù)mkJ8.3143 kmol KR R氣體常數(shù)氣體常數(shù) mkJ/kg.KRRMM-Mola

5、r massm8.3143kJ0.287kg K28.97RRM空氣空氣例如例如Universal Gas constant與氣體種類無(wú)關(guān)與氣體種類無(wú)關(guān)Gas constant與氣體種類有關(guān)與氣體種類有關(guān)83140R計(jì)算時(shí)注意事項(xiàng)計(jì)算時(shí)注意事項(xiàng) 1、絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力2、溫度溫度單位單位 K3、統(tǒng)一單位（最好均用統(tǒng)一單位（最好均用國(guó)際單位國(guó)際單位）計(jì)算時(shí)注意事項(xiàng)實(shí)例計(jì)算時(shí)注意事項(xiàng)實(shí)例 V=1m3的容器有的容器有N2，溫度為，溫度為20 ，壓力，壓力表讀數(shù)表讀數(shù)1000mmHg，pb=1atm，求，求N2質(zhì)量質(zhì)量。1000 1.0 28168.48.3143 20mpVMmkgR T1）2）510

6、001.013 101.0 287601531.58.3143 293.15mpVMmkgR T3）51000(1) 1.013 101.0 2876026588.3143 293.15mpVMmkgR T4）51000(1) 1.013 101.0 287602.6588.3143 1000 293.15mpVMmkgR T工程熱力學(xué)五句話工程熱力學(xué)五句話一種工質(zhì)一種工質(zhì)兩條定律兩條定律三個(gè)方程三個(gè)方程四個(gè)過(guò)程四個(gè)過(guò)程五方面應(yīng)用五方面應(yīng)用2-2 ( (比比) )熱容熱容Specific Heats計(jì)算計(jì)算內(nèi)能內(nèi)能, , 焓焓, , 熱量熱量都要用到都要用到熱容熱容定義定義: 比熱容比熱容單位

7、物量的物質(zhì)升高單位物量的物質(zhì)升高1K或或1oC所需的熱量所需的熱量qCdtThe energy required to raise the temperature of a unit mass of a substance by one degree2-2 ( (比比) )熱容熱容Specific Heats 比熱容比熱容qCdtc : 質(zhì)量比熱容質(zhì)量比熱容 kJkg KMc: 摩爾比熱容摩爾比熱容kJkmol Kc: 容積比熱容容積比熱容3kJNmKMc=Mc=22.414cokJkgCokJkmolC3okJNmCTs(1)(2)1 K比熱容是過(guò)程量還是狀態(tài)量比熱容是過(guò)程量還是狀態(tài)量? ?

8、c1c2qCdt用的最多的某些特定過(guò)程的比熱容用的最多的某些特定過(guò)程的比熱容定容比熱容定容比熱容定壓比熱容定壓比熱容cv和和cp的說(shuō)明的說(shuō)明1、 cv 和和 cp ，過(guò)程已定，過(guò)程已定, 可當(dāng)作可當(dāng)作狀態(tài)量狀態(tài)量 。2、前面的推導(dǎo)前面的推導(dǎo)沒有沒有用到用到理想氣體理想氣體性質(zhì)性質(zhì)3、 h、u 、s的計(jì)算要用的計(jì)算要用cv 和和 cp 。vv()ucT適用于適用于任何氣體任何氣體。pp()hcTcv物理意義物理意義： v 時(shí)時(shí)1kg工質(zhì)升高工質(zhì)升高1K內(nèi)能的增加量?jī)?nèi)能的增加量cp物理意義物理意義： p 時(shí)時(shí)1kg工質(zhì)升高工質(zhì)升高1K焓的增加量焓的增加量15 4、理想氣體的比熱比、理想氣體的比熱比

9、k (specific heat ratio; ratio of specific heat capacity)Vpccg( )pVf TccRvpvpvpMcMcccccRccvp1Rcv1nRcpk16 定值比熱容定值比熱容(invariable specific heat capacity) iiRiCiRiCmpmV222(2,自由度）但多原子誤差更大但多原子誤差更大17 真實(shí)比熱容真實(shí)比熱容(true specific heat capacity)21dTnTqcTamnba面積平均比熱容平均比熱容 (mean specific heat capacity)21dTnTqcTT1,

10、T2均為變量均為變量, 制表太繁復(fù)制表太繁復(fù) 2100ddTTnnqcTcT=面積面積amoda-面積面積bnodb)(1221ttcttn22112121dtnttntctqctttt而而00d0TnTncTcT由此可制作出平均比熱容表由此可制作出平均比熱容表2121210021020121ddTTnnTn TTTnncTcTqcTTTcTcTTT19 4.平均比熱直線式平均比熱直線式 令令cn=a+bt,則則2211d()dttnttqctabtT12221ttbacttn即為即為21tt 區(qū)間的平均比熱直線式區(qū)間的平均比熱直線式1)t的系數(shù)已除過(guò)的系數(shù)已除過(guò)2 2)t需用需用t1+t2代

11、入代入btacttn21注意注意:1212)(2ttttba2-3 2-3 混合氣體的性質(zhì)混合氣體的性質(zhì)研究對(duì)象研究對(duì)象 無(wú)化學(xué)反應(yīng)的理想氣體混合物無(wú)化學(xué)反應(yīng)的理想氣體混合物例：鍋爐煙氣例：鍋爐煙氣: CO2, O2, CO, H2O, N2 ,燃?xì)廨啓C(jī)中的燃?xì)馊細(xì)廨啓C(jī)中的燃?xì)饪照{(diào)工程中的濕空氣空調(diào)工程中的濕空氣水蒸氣含量低，稀薄，當(dāng)作理想氣體水蒸氣含量低，稀薄，當(dāng)作理想氣體水蒸氣含量可變化，單獨(dú)研究水蒸氣含量可變化，單獨(dú)研究一一 混合氣體分壓力和道爾頓混合氣體分壓力和道爾頓分壓分壓定律定律 分壓力：同溫、同容積下，各組分氣體各自的壓力。分壓力：同溫、同容積下，各組分氣體各自的壓力。p T V

12、p T Vp T Vp T V分壓力分壓力pi道爾頓分壓定律道爾頓分壓定律：混合氣體的總壓：混合氣體的總壓力力p p等于各組成氣體分壓力等于各組成氣體分壓力p pi i之和。之和。 分壓力狀態(tài)是第分壓力狀態(tài)是第i 種組元?dú)怏w種組元?dú)怏w的實(shí)際存在狀態(tài)的實(shí)際存在狀態(tài)二二 混合氣體的分容積和阿密蓋特分容積定律混合氣體的分容積和阿密蓋特分容積定律分容積：同溫、同壓力下，各組分氣體各自所占體積。分容積：同溫、同壓力下，各組分氣體各自所占體積。p T Vp T Vp T Vp T V分容積分容積VipTniiVV,1阿密蓋特分容積定律阿密蓋特分容積定律：混合氣體的總：混合氣體的總?cè)莘e容積V V等于各組成氣

13、體分容積等于各組成氣體分容積V Vi i之和。之和。 三三 混合氣體的成分表示方法及換算混合氣體的成分表示方法及換算混合氣體的成分：混合氣體的成分：混合氣體中各組成氣體的含量與混合氣體中各組成氣體的含量與混合氣體總量之比值混合氣體總量之比值1 質(zhì)量成份質(zhì)量成份ig質(zhì)量成份質(zhì)量成份g gi i、容積成份、容積成份r ri i、摩爾成份、摩爾成份x xi i 混合氣體中某組成氣體的質(zhì)量與混合氣體總質(zhì)量的混合氣體中某組成氣體的質(zhì)量與混合氣體總質(zhì)量的比值，稱為該組成氣體的比值，稱為該組成氣體的質(zhì)量成分質(zhì)量成分。2 容積成份容積成份混合氣體中某組成氣體的分容積與混合氣體總?cè)莘e混合氣體中某組成氣體的分容積

14、與混合氣體總?cè)莘e的比值，稱為該組成氣體的的比值，稱為該組成氣體的容積成分容積成分。3 3 摩爾成份摩爾成份混合氣體中某組成氣體的摩爾數(shù)與混合氣體總摩混合氣體中某組成氣體的摩爾數(shù)與混合氣體總摩爾數(shù)的比值，稱為該組成氣體的爾數(shù)的比值，稱為該組成氣體的摩爾成分摩爾成分。四四 混合氣體的折合分子量與氣體常數(shù)混合氣體的折合分子量與氣體常數(shù)1 1 折合分子量：折合分子量： 等于各組成氣體容積成分（或摩爾成分）與其等于各組成氣體容積成分（或摩爾成分）與其分子量乘積之總和分子量乘積之總和2 2 折合氣體常數(shù)折合氣體常數(shù) 若已知折合分子量若已知折合分子量 M M ，則，則 )/(83140kkgJMMRR五五 分壓力的確定分壓力的確定某組成氣體的分壓力，等于混合氣體的總壓力某組成氣體的分壓力，等于混合氣體的總壓力與該組成氣體容積