理想气体的热力性质和过程

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,第三章 理想气体的性质与过程,Properties and Process of the Ideal-Gas,1,火力发电装置,锅,炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,w,s,=,h,1,-,h,2,w,s,=,h,1,-,h,2,工程热力学的研究内容,1,、,能量转换的基本定律,2,、,工质的基本性质与热力过程,3、,热功转换设备、工作原理,4、,化学热力学基础,工程热力学的两大类工质,1,、,理想气体（ ideal gas）,可,用,简单,的式子描述,如汽车发动机和航空发动机以空气为主的,燃气,、空调中的,湿空气,等,2、,实际气体（ real gas）,不,能用,简单,的式子描述，真实工质,火力发电的,水,和,水蒸气,、制冷空调中,制冷工质,等,3-1 理想气体状态方程,理想气体,定义：,凡遵循,克拉贝龙,(,Clapeyron),方程的气体,四种形式的,克拉贝龙,方程：,注意:,R,m,与,R,摩尔容积,V,m,状态方程,统一单位,Ideal-gas equation of state,摩尔容积,Molar specific volume (,V,m,),阿伏伽德罗假说,Avogadros hypothesis,:,相同,p,和,T,下各理想气体的,摩尔容积,V,m,相同,在标准状况下,V,m,常用来表示数量,R,m,与,R,的区别,R,m,通用,气体常数,R,气体常数,M,-Molar mass,例如,Universal,Gas constant,与气体种类无关,Gas constant,与气体种类有关,计算时注意事项,1,、,绝对压力,2,、,温度,单位,K,3,、,统一单位（最好均用,国际单位,）,计算时注意事项实例,V,=1m,3,的容器有,N,2,，温度为,20,，压力表读数,1000mmHg,，,p,b,=1atm,，求,N,2,质量,。,1）,2）,3）,4）,1.,分子之间没有作用力,2.,分子本身不占容积,但是, 当实际气体,p,很小,V,很大,T,不太低时, 即处于,远离液态,的,稀薄,状态时, 可视为,理想气体,。,理想气体,模型Model of ideal-gas,现实中没有理想气体,当实际气体,p,很小,V,很大,T,不太低时, 即处于,远离液态,的,稀薄,状态时, 可视为,理想气体,。,哪些气体可当作理想气体,T,常温,，,p,0,u,0,h,在,p,-,v,T,-,s,图上,的,变化趋势,s,T,v,p,h,T,=,u,0,u,0,h,0,h,0,w,在,p,-,v,T,-,s,图上,的,变化趋势,s,T,v,p,u,0,u,0,h,0,h,0,w,0,w,0,w,t,在,p,-,v,T,-,s,图上,的,变化趋势,s,T,v,p,u,0,u,0,h,0,h,0,w,0,w,0,w,t,0,w,t,0,q,在,p,-,v,T,-,s,图上,的,变化趋势,s,T,v,p,u,0,u,0,h,0,h,0,w,0,w,0,w,t,0,w,t,0,q,0,T,q,0,u,h,w,w,t,q,在,p,-,v,T,-,s,图上,的,变化趋势,s,T,v,p,u,0,u,0,h,0,h,0,w,0,w,0,w,t,0,w,t,0,q,0,u,h,(,T,),w,(,v,),w,t,(,p,),q,(,s,),q,0,p,-,v,T,-,s,图,练习（1）,s,T,v,p,压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？,p,-,v,T,-,s,图,练习（2）,s,T,v,p,膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？,p,-,v,T,-,s,图,练习（3）,s,T,v,p,膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？,3-8 活塞式压气机的压缩过程分析,压气机的作用,生活中：自行车打气。,工业上：锅炉鼓风、出口引风、炼钢、燃气轮机、制冷空调等等,型式结构,活塞式(往复式),离心式,，,涡旋,轴流式，螺杆,连续流动,压力范围,通风机,鼓风机,压缩机,出口当连续流动,Fan,Compressor,Fanner,理论压气功(,可逆过程,),指什么功,目的：,研究,耗功,，,越少越好,活塞式压气机的压气过程,技术功,w,t,Minimizing work input,(1)、,特别快，来不及换热。,(2)、,特别慢，热全散走。,(3)、,实际压气过程是,可能的压气过程,s,T,n,作业,3-16,3-17,3-20,3-21,三种压气过程的参数关系,三种压气过程功的计算,最小,重要启示,两级压缩中间冷却分析,有一个最佳增压比,省功,Work saved,最佳增压比的推导,省功,最佳增压比的推导,省功,欲求,w,分级,最小值，,可证明,若m级,最佳增压比,分级压缩的其它好处,润滑油要求,t,0,Q,A,，,W,A,无法求,S,A,可求,S,状态参数,II. 活塞,有,摩擦，导热，准静态等温,解：,1）,活塞移动距离,L,A和B质量和温度不变,I. II.,距离,L,相等,II. 活塞,有,摩擦，导热,T,解：,2）,Q,A,，,W,A,摩擦耗功,3）,Q,A+B,II. 活塞,有,摩擦，导热,T,解：,4）,S,A,S,A,S,A+B,讨论：,非巧合,S,AB,由摩擦不可逆引起,作 业,3-11,3-13,3-14,3-19,若压气机缸套中,求压气机必需的功率,可能达到的最高压力,4-1,计算练习题（2）,教材313题,氧气瓶，,V,=,0.04m,3,p,1,=,147.1bar,t,1,=,t,0,=,20,迅速放气，,p,2,=,73.55bar,求：,T,2,，放出的质量,m,p,2,V,已知， 先求,T,2,取氧气瓶为,开口系,，,试用开口系能量方程求,T,2,m,1,m,2,m,取氧气瓶为开口系,开口系能量方程,f,(,T,2,),有无过程方程？,T,p,v,s,？,是不是可逆不敢确定,取氧气瓶为开口系,气体减少，,dm,本身为正,u,h,m,指瓶中气体状态,对于理想气体，,c,v,=Const,取氧气瓶为开口系,绝热钢瓶放气，瓶内气体遵循,特例？,计算练习题（3）,一小瓶氦气，初温为,T,A,，小瓶绝热，保温箱初为,真空,，由于小瓶漏气，某时刻，小瓶内温度为,T,A,，箱内氦气温度为,T,B,。氦气为理想气体，试分析,T,A,，,T,A,，,T,B,的大小关系。,T,B,T,A,解：将,T,A,，,T,A,，,T,B,联系取保温箱为系统较好,计算练习题（3）,T,B,T,A,解：取保温箱为系统,小瓶内气体遵循,焓,第三章 完,End of Chapter Three,