工程热力学第3章理想气体和蒸汽的性质

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1、工程热力学EngineeringThermodynamics大连理工大学能源与动力学院引言工程热力学的主要研究内容：基本概念、基本定律工质的热力性质热力过程和循环化学热力学第三章气体和蒸汽的性质实际气体理想气体状态方程比热内能、焓、熵的计算第三章气体和蒸汽的性质3.1理想气体的概念3.2理想气体的比热容3.3理想气体的热力学能、焓和熵3.4水蒸气的饱和状态和相图3.5水的汽化过程和临界点3.6水和水蒸气的状态参数3.7水蒸气表和图3.8水及水蒸气热力性质程序简介（不要求）一、理想气体模型定义：两个假设：1、气体的分子是弹性的，分子是本身不占据体积的质点2、气体分子间

2、相互作用力不存在因此：理想气体是实际气体在低压高温时的抽象。p→0，v→03.1理想气体的概念第三章气体和蒸汽的性质宏观上微观上实际气体可以近似看作理想气体的条件：通常压力下，当T>(2.5−3)Tcr时，一般可看作理想气体。1、常温常压下的O2、N2、CO、CO2、H2等，它们的液化温度均远低于环境温度。2、烟气、燃气等是由各种成分不同的气体组成的混合气体，工程上视为理想气体。3、大气、烟气、燃气中包含的水蒸汽，由于份额少、压力低、比体积大，通常认为具有理想气体的特性，也视为理想气体。微观上讲，理想气体分子间没有力的作用，故U=U(T)。3.1理想气体的概念第三章

3、气体和蒸汽的性质二、理想气体状态方程式（Ideal-gasequation）根据分子运动论，采用统计方法得到——理想气体状态方程式（克拉贝隆Clapeyron方程）结论：只与气体种类有关，而与气体所处状态无关例如：空气气体常数Rg=287.0J/(kg·K)氧气气体常数Rg=259.8J/(kg·K)3.1理想气体的概念第三章气体和蒸汽的性质Pam3/kgK气体常数单位：J/(kg·K)三、摩尔质量和摩尔体积摩尔质量：1mol物质的质量，用符号M表示，单位g/mol。数值上等于物质的相对分子质量Mr。例：若某物质为mkg，摩尔质量为Mg/mol，则其物质的量n满足：

4、摩尔体积：1mol气体的体积，用符号Vm表示，则有阿伏伽德罗定律指出：同温同压下，各种气体的摩尔体积相同。给定标准状况：1mol任意气体的体积同为3.1理想气体的概念第三章气体和蒸汽的性质p0=101325Pa，T0=273.15K（0℃）四、摩尔气体常数（同温同压下，各种气体的摩尔体积相同）故：用R表示MRg——摩尔气体常数：3.1理想气体的概念第三章气体和蒸汽的性质两边乘以摩尔质量M既与状态无关，也与气体性质无关的普适恒量。四、摩尔气体常数1kg物质mkg物质1mol物质nmol物质摩尔流量qn、质量流量qm、体积流量qV表示：3.1理想气体的概念第三章气体和蒸

5、汽的性质ATTENTION：1、Rg和R的区别2、必须采用绝对压力3、统一采用国际单位五、理想气体状态方程的工程应用1、确定理想气体未知的基本状态参数；2、确定气体的量；3、不同状态下气体体积换算；4、热力学理论推导。3.1理想气体的概念第三章气体和蒸汽的性质第三章气体和蒸汽的性质3.1理想气体的概念3.2理想气体的比热容3.3理想气体的热力学能、焓和熵3.4水蒸气的饱和状态和相图3.5水的汽化过程和临界点3.6水和水蒸气的状态参数3.7水蒸气表和图3.8水及水蒸气热力性质程序简介（不要求）一、比热容的定义1、热容（C）：物体温度升高1K（或1ºC）所需热量2、比热

6、容（c）：1kg物质温度升高1K（或1ºC）所需热量，J/(kg·K)(specificheatcapacityperunitofmass)3、摩尔热容（C'）：1mol物质的热容，J/(mol·K)(volumetricspecificheatcapacity)4、体积热容（Cm）：标准状况下1m3物质的热容，J/(m3·K)(molespecificheatcapacity)5、三者之间关系：3.2理想气体的比热容（specificheatcapacity）第三章气体和蒸汽的性质一、比热容的定义讨论：一定量的物质在吸收或放出热量时，其温度变化的大小取决于工质的性

7、质、数量和所经历的过程。注意：1、c与过程特性有关；2、c是温度的函数。因为c与过程有关，因此过程上常用的是：定压热容（比定压热容）：cp、Cp,m、cp'定容热容（比定容热容）：cV、CV,m、cV'3.2理想气体的比热容（specificheatcapacity）第三章气体和蒸汽的性质1、比定容热容cV热力学第一定律定容时（dv=0）3.2理想气体的比热容（specificheatcapacity）第三章气体和蒸汽的性质可逆过程1、比定容热容cV比定容热容是在体积不变的情况下比热力学能对温度的偏导数，其数值上等于在体积不变的情况下物质温度变化1K时比热力学能