工程热力学第3章气体与蒸汽的热力性质

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1、第三章气体与蒸汽的热力性质为什么要研究工质的热力性质？1、理论需要。热力学研究：QW，能量转换是通过一定的热力过程使工质状态发生变化而实现的，热力过程的分析与计算需要用到工质的热力性质。2、实践需要。实际热功转换是通过特定的热力过程实现的，作为能量载体的工质，其性质将影响到：如：需知道p、v关系（1）特定热力过程能否实现。（2）能量转换效率的高低。（3）热功设备的结构、效率、价格。§3.1理想气体及其状态方程1、什么是理想气体？满足以下两条假设的气体：（1）分子是完全弹性的、本身不占体积的质点

2、；（2）分子之间没有作用力。实际气体：不满足上述假设的气体。好处：使气体分子运动大为简化实际：分子运动非直线、有碰撞损失，很难描述理想：分子运动直线、无碰撞损失，可精确描述假设1实际：u=f(T，v)理想：u=f(T)假设22、理想气体状态方程克拉贝龙方程：注意:（2）R：气体常数；Rm：通用气体常数，=8.314kJ/kmol·K（1）单位要统一，最好都用SI制；（3）理想气体也可定义为：凡遵循克拉贝龙方程的气体R=Rm/M=8.314/M(kJ/kmol·K),M----分子量3、引入理想气体

3、的意义1、理论意义：使气体分子运动大为简化，使得：（1）可定性分析气体的某些热力现象（2）可定量地导出状态参数之间的简单函数关系。既然理想气体在实际中不存在，引入它还有何意义？2、实际应用价值：（1）工业实际中的有些气体接近理想气体，可直接用pv=RT.（2）实际气体也可在理想气体基础上，经修正得到简单关系:pv=ZRT，用于热力分析和工程计算。4、实际中哪些气体可按理想气体处理？1、工业中通常使用T、p下其性质就接近理想气体的气体，如：O2、N2、H2、CO及其混合物（如空气）、烟气等2、偏离理

4、想气体较远的气体，如果在低压、高温下使用，也可按理想气体处理。例：空气在常温、10MPa下，按pv=RT计算的v误差约1%判断方法：远离液态的气体，可按理想气体处理。实际气体：离液态较近的气体，不能按理想气体处理。如：水蒸汽、氨、氟利昂等----“蒸汽”§3.2(比)热容计算内能,焓,热量都要用到比热容物理意义：单位质量的物质升高1K或1oC所需的热量比热容定义:c:质量比热容摩尔比热容C´:容积比热容Cm=Mc=22.414C´比热容是过程量还是状态量?用的最多的特定过程的比热容比定容热容cv比

5、定压热容cpTs②1Kc1c2①比定容热容cv设定容物理意义：定容时1kg工质升高1K内能的增加量0任意准静态过程:比定压热容cp任意准静态过程：设：定压物理意义：定p时1kg工质升高1K焓的增加量0cv和cp的说明1、cv和cp，过程已定,可当作状态量。2、适用条件：任何气体。因为前面的推导没有用到理想气体性质。§3-3理想气体的u、h、s和热容一、理想气体的u内能＝内动能＋内位能T,v理想气体无分子间作用力，内能只决定于内动能?如何求理想气体的内能uT理想气体的内能适用：理想气体，任何过程实际

6、气体，定容过程实际气体:理想气体:0理想气体的焓实际气体：适用：理想气体，任何过程实际气体，定压过程理想气体：0熵的定义:可逆过程:理想气体的熵理想气体pv=RT迈耶公式理想气体的比热容理想气体：定义比热容比：§3.4理想气体u、h、s的计算h、u、s的计算要用到cv和cp1、比定值热容2、比热容经验公式3、平均比热容理想气体比热容的计算（2）分子运动论1、比定值热容运动自由度单原子双原子多原子Cv,m[kJ/kmol.K]Cp,m[kJ/kmol.K]k1.671.41.29（1）查

7、P223附表32、比热容经验公式根据实验结果整理成：理想气体：查P223附表2[例3.2]mkg理想气体从状态（p1,v1）→（p2,v2）,已知：分子量M、Cpm=a+bT，求内能变化量。3、平均比热容查P224，附表4、5理想气体u的计算4.从图表资料直接查出u适用于理想气体任何过程1.2.cv为经验公式3.cv平均比热容t2-t1t1理想气体h的计算适用于理想气体任何过程4.从图表资料直接查出h1.2.cp为经验公式3.cp为平均比热容t2-t1t11、定值比热容:理想气体s的计算（1

8、）2、比热容经验公式：可积分[例3.3]1kmol理想气体经历定温、不可逆膨胀过程后，压力下降一半。求熵变。理想气体s的计算（2）3、利用气体性质计算取基准温度T0常用气体，可查附表6~12§3.5理想气体混合物工程应用中的气体多为混合气体，如：内燃机、燃气轮机中的燃气：N2+CO2+H2+CO2+少量CO、SO2锅炉中的烟气：同上空气：N2+O2+少量CO2、惰性气体石油化工中的原料气、合成气等引言:2、有关概念理想气体混合物：由两种或两种以上的理想气体组成的混合气体组分：组成