《化工热力学》第二章流体的pVT关系ppt课件.ppt

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1、第二章流体的p-V-T关系22.1纯物质的p-V-T关系2.2气体的状态方程2.3对比态原理及其应用2.4真实气体混合物的p-V-T关系2.5液体的p-V-T关系1.教学基本要求（1）掌握纯物质的P-V-T性质；（2）掌握真实气体的状态方程式：Virial方程式、两常数状态方程式及其修正式、多常数状态方程式；（3）了解真实气体特性；2.教学重点和难点教学重点、难点是纯物质的P-V-T性质；真实气体的状态方程式第二章流体的p-V-T关系2在众多的热力学性质中，流体的压力p，摩尔体积V和温度T是可以通过实验测量的；利用流体p-V-T数据和热力学基本关系式可计算不能直接由实验测得的其他性质，如焓H，

2、内能U，熵S，自由焓G等。因此，流体p-V-T关系的研究是一项重要的基础工作。2.1纯物质的P-V-T关系2.1图2-1“固-汽”，“固-液”和“液-汽”分别表示固汽，固液和液汽平衡共存的两相区。2.1图2-1的三维曲面显示了处于平衡态下的纯物质p-T-V关系，曲面以上或以下的空间是不平衡区。三维曲面上“固”，“液”和“气（汽）”分别代表固体，液体和气体的单相区；图2-1图2-1的投影图2.12.1两相区在p-T图（图2-2）上的投影是三条相平衡曲线，升华线、熔化线和汽化线，三线的交点是三相点。汽化线的另一个端点是临界点C，它表示汽液两相能共存的最高压力和温度，即临界压力pc和临界温度Tc。图

3、2-2气相液相固相流体p-V-T关系，还可以用以T为参变量的p-V图表示，见图2-3。图中高于临界温度的等温线T1、T2，曲线平滑且不与相界线相交。2.1近于双曲线，即pV=RT=常数。（相当于理想气体的情形）。小于临界温度的等温线T3、T4有三个不同部分组成。图2-3沿着等温线，随着压力的提高，气体的体积逐渐缩小，变为这个温度下的饱和蒸汽。中间水平线段表示汽液平衡共存，在给定温度对应一个确定不变的压力，即该纯物质的饱和蒸汽压。汽液平衡混合物的组成从右端100%蒸汽变化到左端100%液体。再压缩，液体的体积变化很小，显示了液体的不可压缩性。2.1曲线AC为饱和液体线，曲线BC为饱和蒸汽线。曲线

4、ACB下面是两相区，其左、右面分别为液相区和气相区。C图2-3气体液体等温线在两相区中的水平线段随着温度升高而缩短，最后在临界温度时缩成一点C。从图2-3上看出，临界等温线在临界点上的斜率和曲率都等于零。2.1数学上表示为:(2-1)(2-2)图2-3式(2-1)和式（2-2）提供了经典的临界点定义。Martin和侯虞钧在研究气体状态方程时发现，在临界点P对V的三阶和四阶导数也是零或是很小的数值。2.1图2-3随着温度变化，饱和液体和饱和气体的密度迅速改变，但两者改变的总和变化甚微。2.1Cailleter和Mathias注意到，当以饱和液体和饱和蒸汽密度的算术平均值对温度作图时，得一近似的直

5、线，如图2-4所示。这结果称为直线直径定律，常用于临界密度的实验测定。图2-42.2气体的状态方程2.2用数学形式表示的体系P-V-T之间的关系式，称为状态方程（EOS）。(2-3)据相律可知，单相纯流体的p、V、T性质中任意两个确定后，体系的状态也就确定了。2.2状态方程的重要价值表现为：用状态方程可精确地代表相当广泛范围内的p-V-T数据，从而大大减少实验测定的工作量；即关联和推算的方法。根据有限的实验数据关联出状态方程，有了状态方程就可推算更大温度、压力范围的数据；用状态方程可计算不能直接从实验测定的其他热力学性质；用状态方程可进行相平衡计算，如计算饱和蒸气压、混合物汽液平衡、液液平衡等

6、。尤其在计算高压汽液平衡时的简捷、准确、方便，是其他方法不能与之相比的。2.2总之，离散的p-V-T实验数据点，经状态方程函数化后，在化工过程开发和设计中，不但可避免传统查图、查表的麻烦，而且借助电子计算机可实现准确快速的计算，极大提高工作效率。2.2一个优秀的状态方程应是形式简单，计算方便，适用范围广，计算不同热力学性质均有较高的准确度。但已发表的数百个状态方程中，能符合这些要求的为数不多。因此有关状态方程的深入研究尚在继续进行。2.2状态方程的分类：分为三类：非解析型状态方程密度为三次方的立方型方程非立方型方程（多常数Virial型方程）另一种分为两类：非解析型状态方程解析型状态方程本教材

7、介绍重要而常用的解析型状态方程。2.2.12.2.1理想气体方程理想气体的定义：①气体分子之间无相互作用力。②气体分子本身不占有体积。什么是理想气体？2.2.12.2.1理想气体方程R的值：PV=nRT若n=1则PV=RT(2-4)2.2.1理想气体是极低压力和较高温度下各种真实气体的极限情况，实际上并不存在。理想气体方程除了在工程设计中可用作近似估算外，更重要的是为判断真实气体状态方程的正确程度