工程热力学课件

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,工程热力学课件,动力工程系,2005,年,5,月,1,第三章 理想气体的性质,Properties,of,ideal,gas,2,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,3,3-1,理想气体状态方程,4,Pa,m,3,kg,气体常数：,J/(kg.K),K,R=MR,g,=8.3145J/(mol.K),4,摩尔容积,V,m,阿伏伽德罗,假说,:,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,5,R,与,Rg,的区别,R,通用,气体常数,(,与气体种类无关,),Rg,气体常数,(,随气体种类变化,),M,-,摩尔质量,例如,6,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,）,7,1.,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,现实中没有理想气体,8,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,。,哪些气体可当作理想气体,?,T,常温,，,p, 0 d,S, 0,系统,放热,时,为,负,Q, 0 d,S, 0,4,、,用途：,判断热量方向,计算可逆过程的传热量,1,、,熵,是状态参数,44,熵,的定义,:,可逆过程,理想气体,理想气体的熵,pv,=,RT,仅可逆适用？,45,3-4,理想气体,u,、,h,和,s,的计算,h,、,u,、,s,的计算要用,c,v,和,c,p,46,适用于理想气体任何过程,1.,2.,c,v,为真实比热,3.,c,v,为平均比热,理想气体,u,的计算,4.,若为空气，直接查,附表,2,47,适用于理想气体任何过程,1.,2.,c,p,为真实比热,3.,c,p,为平均比热,理想气体,h,的计算,4.,若为空气，直接查,附表,2,48,1,、,若定比热,理想气体,s,的计算,（,1,）,适用于理想气体任何过程,49,理想气体,s,的计算,（,2,）,2,、,真实比热,取基准温度,T,0,若为空气，查,附表,2,得,50,例：自由膨胀问题,-,熵增,某种理想气体作自由膨胀，,求：,s,12,解：,1,）因容器刚性绝热，,气体作自由膨胀,即,T,1,=T,2,0,51,又因为是闭口系，,m,不变，而,V,2,=2V,1,0,上述两种结论哪一个对？为什么？,为什么熵会增加？,既然,?,52,结论：,1,）,必须可逆,2,）熵是状态参数，故用可逆方法推出的公式也,可用于不可逆过程。,3,）不可逆绝热过程的熵变大于零。,53,例题：泄露过程中的换热量,有一可自由伸缩不计张力的容器内有压力为,0.8MPa,，温度,27 ,的空气,74.33kg,。由于泄漏，压力降至,0.75MPa,，温度不变。秤重后发现少了,10kg,。不计容器热阻，求过程中通过容器的换热量。已知大气压力,p,0,=0.1MPa,，温度,t,0,=27,，且空气的焓和热力学能分别服从,h=1005TJ/kg,，及,u=718TJ/kg,。,54,解：取容器为控制容积，先求初终态容积。初态时,终态时,泄漏过程是不稳定流动放气过程，列出微元过程的能量守恒程：,加入系统的能量,离开系统的能量,系统储能的增量,55,故,据题意，容器无热阻，故过程中容器内空气维持,27,不变，因此过程中空气比焓和比热力学能不变，是常数。,同时因不计张力，故空气与外界交换功仅为容积变化功，即环境大气对之作功，所以对上式积分可得,56,所以,57,58,三、理想气体混合物,考虑气体混合物的基本原则：,混合气体的组分,都处理想气体状态，则混合气体,也处理想气体状态；,混合气体可作为某种假想气体，其质量和分子数,与组分气体质量之和及分子数之和相同,；,即有：,即理想气体混合物可作为,R,g,混,和,M,混,的,“,某种,”,理想气体。,(reducedgasconstantofamixture),(reducedmolarmass,ofamixture),58,Daltons law of partial pressure,分压力定律,p T V,p T V,p T V,p T V,分压力,p,i,四、混合气体的分压力定律和分容积定律,59,分压力定律,p T V,p T V,p T V,p T V,分压力,p,i,60,压力是分子对管壁的作用力,分压定律的物理意义,混合气体对管壁的作用力是组元气体单独存在时的作用力之和,理想气体,模型,1.,分子之间没有作用力,2.,分子本身不占容积,分压力状态是第,i,种组元气体的实际存在状态,61,分容积定律,p T V,p T V,p T V,p T V,分容积,V,i,容积成分,摩尔成分,62,63,五、混合气体成分,2.,体积分数,(volumefractionofamixture),3.,摩尔分数,(molefractionofamixture),1.,质量分数,(mass fraction of a mixture),63,64,4.,各成分之间的关系,64,65,6.,利用混合物成分求,M,混,和,R,g,混,a),已知质量分数,65,66,b),已知摩尔分数,66,例题：氧气与氮气混合（,1,）,刚性绝热容器隔板两侧各储有,1kmol O,2,和,N,2,。且,V,A,=V,B,，,T,A,=T,B,。抽去隔板，系统平衡,后，求：熵变。,67,解：取容器内全部气体为系统,且均为,1kmol,即,0,0,68,混合前：,混合后,：,69,0,取混合前气体状态（,p,A1,，,T,A,）为参考状态，则,O,2,及,N,2,终态的熵值即为从参考状态到终态的熵变，所以,70,例题：氧气和氮气混合（,2,）,刚性容器,A,，,B,分别储有,1kmolO,2,和,N,2,，将它们混合装于,C,，若,V,A,=V,B,=V,C,，,T,A,=T,B,=T,C,求：熵变。,71,混合后,解：混合前,72,讨论：,若,O,2,改成,N,2,，,S,=,？,为什么,S,与,S,不同,？,73,