武漢理工大學工程熱力學第三章第3章

1第三章氣體和蒸氣的性質(zhì)Propertiesofgasandvapor3-1理想氣體3-2理想氣體的比熱容3-3理想氣體的熱力學能、焓和熵3-4飽和狀態(tài)、飽和溫度和飽和壓力3-5水的定壓加熱汽化過程3-6水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)3-7水蒸氣圖表和圖3-1理想氣體2分子為不占體積的彈性質(zhì)點除碰撞外分子間無作用力理想氣體是實際氣體在低壓高溫時的抽象。一、理想氣體(perfectgasoridealgas)的基本假設Pam3kg氣體常數(shù),單位為J/(kg·K)KR=MRg=8.3145J/(mol·K)二、理想氣體的狀態(tài)方程(ideal-gasequation)3

考察按理想氣體狀態(tài)方程求得的空氣在表列溫度、壓力條件下的比體積v，并與實測值比較?？諝鈿怏w常數(shù)Rg=287.06J/(kg·K)計算依據(jù)相對誤差=4（1）溫度較高，隨壓力增大，誤差增大;（2）雖壓力較高，當溫度較高時誤差還不大，但溫度較低，則誤差極大;（3）壓力低時，即使溫度較低誤差也較小。本例說明：低溫高壓時，應用理想氣體假設有較大誤差。例A41113353–2理想氣體的比熱容一、比熱容(specificheat)定義和分類定義：c與過程有關(guān)c是溫度的函數(shù)分類：按物量質(zhì)量熱容（比熱容）cJ/(kg·K)(specificheatcapacityperunitofmass)體積熱容C'J/（Nm3·K）(volumetricspecificheatcapacity)摩爾熱容CmJ/（mol·K）(molespecificheatcapacity)注：Nm3為非法定表示法，標準表示法為“標準m3”。6按過程質(zhì)量定壓熱容（比定壓熱容）(constantpressurespecificheatcapacityperunitofmass)質(zhì)量定容熱容（比定容熱容）(constantvolumespecificheatcapacityperunitofmass)及二、理想氣體比定壓熱容，比定容熱容和邁耶公式1.比熱容一般表達式72.cV定容過程

dv=0若為理想氣體溫度的函數(shù)代入式（A）得比熱容的一般表達式83.cp據(jù)一般表達式若為理想氣體cp是溫度函數(shù)94.cp-cV邁耶公式（Mayer’sformula）5.討論1)cp與cV均為溫度函數(shù),但cp–cV恒為常數(shù)：Rg102)(理想氣體)cp恒大于cV物理解釋:11定容0定壓b與c溫度相同，均為(T+1)K而12c)氣體常數(shù)Rg的物理意義Rg是1kg某種理想氣體定壓升高1K對外作的功。三、理想氣體的比熱容比

(specificheatratio；ratioofspecificheatcapacity)注：理想氣體可逆絕熱過程的絕熱指數(shù)

(adiabaticexponent;isentropicexponent)例A90235513三、利用比熱容計算熱量原理:

對cn作不同的技術(shù)處理可得精度不同的熱量計算方法:

真實比熱容積分利用平均比熱表利用平均比熱直線定值比熱容141.利用真實比熱容(truespecificheatcapacity)積分2.利用平均比熱容表(meanspecificheatcapacity)T1,T2均為變量,制表太繁復=面積amoda-面積bnodb附表415而由此可制作出平均比熱容表附表516附:線性插值173.平均比熱直線式

令cn=a+bt,則即為區(qū)間的平均比熱直線式

1)t的系數(shù)已除過22)t需用t1+t2代入注意:附表6184.定值比熱容(invariablespecificheatcapacity)

據(jù)氣體分子運動理論，可導出多原子誤差更大19單原子氣體

i=3雙原子氣體

i=5多原子氣體

i=6203–3理想氣體熱力學能、焓和熵1.理想氣體熱力學能和焓僅是溫度的函數(shù)2)一、理想氣體的熱力學能和焓1)因理想氣體分子間無作用力21討論：

如圖：0022若為任意工質(zhì)??

對于理想氣體一切同溫限之間的過程Δu及Δh相同,且均可用cV

ΔT及cpΔT計算;

對于實際氣體Δu及Δh不僅與ΔT有關(guān),還與過程有關(guān)且只有定容過程Δu=cVΔT,定壓過程Δh=cp

ΔT。2.熱力學能和焓零點的規(guī)定

可任取參考點,令其熱力學能為零,但通常取0K。23二、利用氣體熱力性質(zhì)表計算熱量附表724三、理想氣體的熵(entropy)1.定義2.理想氣體的熵是狀態(tài)參數(shù)25定比熱263.零點規(guī)定:通常取標準狀態(tài)下氣體的熵為零4.理想氣體變比熱熵差計算令則制成表則附表7例A9101331273–4飽和狀態(tài)、飽和溫度和飽和壓力一、汽化和液化(vaporizationandliquefaction)汽化：由液態(tài)到氣態(tài)的過程蒸發(fā)：在液體表面進行的汽化過程液化：由氣相到液相的過程沸騰：在液體表面及內(nèi)部進行的強烈汽化過程。28二、飽和狀態(tài)(Saturatedstate)

當汽化速度=液化速度時，系統(tǒng)處于動態(tài)平衡，宏觀上氣、液兩相保持一定的相對數(shù)量—飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)的溫度—飽和溫度，ts(Ts)(Saturatedtemperature)

飽和狀態(tài)的壓力—飽和壓力，ps（Saturatedpressure）

加熱，使溫度升高如t'，保持定值，系統(tǒng)建立新的動態(tài)平衡。與之對應，p變成ps'。所以一一對應，只有一個獨立變量，即如29t/℃02050100120150p/MPa0.00061120.00233850.01234460.10133250.1984830.4757130

三、幾個名詞

飽和液(saturatedliquid)—處于飽和狀態(tài)的液體：t=ts

干飽和蒸汽(dry-saturatedvapor;dryvapor)—處于飽和狀態(tài)的蒸汽：t=ts

未飽和液(unsaturatedliquid)

—溫度低于所處壓力下飽和溫度的液體：t<ts

過熱蒸汽(superheatedvapor)

—溫度高于飽和溫度的蒸汽：t>ts,t–ts=d稱過

熱度(degreeofsuperheat)。

濕飽和蒸汽(wet-saturatedvapor;wetvapor)

—飽和液和干飽和蒸汽的混合物：t=ts使未飽和液達飽和狀態(tài)的途徑：31干度（dryness）（濕度

y=1–x）x01飽和液濕飽和蒸汽干飽和蒸汽定義：濕蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分數(shù)，用w或x表示。32四、飽和狀態(tài)壓力和溫度的關(guān)系1.吉布斯相律對于多元（如k個組元）多相（如f個相）元化學反應的熱力系，其獨立參數(shù)，即自由度n=k–f+2

例：水在液相（或固相、氣相）k=1，F(xiàn)=1，故n=1-1+2，此時壓力，溫度均可獨立變化。水在汽液共存時k=1，f=2，故n=1，此時壓力和溫度中僅有一個可自由變化。三相點：k=1，f=3故n=0

水的三相點(triplepint)：?332.克拉貝隆方程

分別為汽化潛熱(heatofvaporization)、熔解熱(heatoffusion)和升華熱(heatofsublimation)。分析：1）因γ、λ、σ為“+”；T為“+”；故相平衡線斜率正負由體積差決定；

2）三相點處不光滑。34預熱汽化過熱t(yī)<tst=tst=tst=tst>ts3–5水定壓加熱汽化過程一、水定壓加熱汽化過程35二、水定壓加熱汽化過程的p-v圖及T-s圖一點臨界點Criticalpoint兩線上界限線下界限線三區(qū)液汽液共存汽五態(tài)未飽和水飽和水濕蒸汽干飽和蒸汽過熱蒸汽36各種工質(zhì)均具有類似水的性質(zhì)373–6水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)

●水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)可按不同區(qū)域，由給出的獨立狀態(tài)參數(shù)通過實際氣體狀態(tài)方程及其他一般關(guān)系式計算（通常由計算機計算）或查圖表確定?！裨趧恿こ讨兴魵獠灰死美硐霘怏w性質(zhì)計算38一、零點規(guī)定規(guī)定：三相點液態(tài)水熱力學能及熵為零可近似為零39二、未飽和水（t，p）●查圖表或由專用程序計算三、飽和水和飽和水蒸氣(ps和ts)

查圖表或由專用程序計算●壓力不太高時，可近似四、過熱蒸汽（p，t）注意：過熱蒸汽不可用類似未飽和水的近似式，因cp變化復雜。查圖表或由專用程序計算。40五、濕飽和蒸汽由ts（或ps）與x共同確定：x較大時未飽和水過熱蒸汽濕飽和蒸汽413–7水蒸氣表和圖一、水蒸氣表

1.飽和水和干飽和蒸汽表422.未飽和水和過熱蒸汽表p0.001MPa0.005MPa0.01MPa飽和參數(shù)ts=6.949℃v’=0.0010001,v”=129.185h’=29.21,h”=2513.3s’=0.1056,s”=8.9735ts=32.879℃v’=0.0010053,v”=28.191h’=137.72,h”=2560.6s’=0.4761,s”=8.3930ts=45.799℃v’=0.0010103,v”=14.673h’=191.76,h”=2583.7s’=0.6490,s”=8.1481tvhsvhsvhs℃m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)00.0010002-0.05-0.00020.00100020.0010003-0.05-0.00020.0010002-0.04-0.000210130.5982519.08.993842.010.15100.001000342.010.151020135.2262537.79.05880.001001883.870.29630.001001883.870.296340144.4752575.29.182328.85425