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,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,*,3-1,理想气体,分子为不占体积的弹性质点,除碰撞外分子间无作用力,理想气体是实际气体在,低压高温,时的抽象。,一、理想气体,(perfect gas or ideal gas),的基本假设,Pa,m,3,kg,气体常数,单位为,J/(kg,K),K,R,=,MR,g,=8.314 5 J/(mol,K),二、理想气体的状态方程,(ideal-gas equation),1,考察按理想气体状态方程求得的空气在表列温度、压力条件下的比体积,v,，并与实测值比较。空气气体常数,R,g,=287.06 J/(kgK),计算依据,相对误差,=,2,（,1,）,温度较高，随压力增大，误差增大,;,（,2,）,虽压力较高，当温度较高时误差还不大，但温度较低，,则误差极大,;,（,3,）压力低时，即使温度较低误差也较小。,本例说明：,低温高压时，应用理想气体假设有较大误差。,例,A411133,讨论理想气体状态方程式,3,32,理想气体的比热容,一、比热容,(specific heat),定义和分类,定义：,c,与过程有关,c,是温度的函数,分类：,按物量,质量热容（比热容）,c,J/(kgK),(specific heat capacity per unit of mass),体积热容,C,J/,（,Nm,3,K,）,(volumetric specific heat capacity),摩尔热容,C,m,J/,（,molK,）,(mole specific heat capacity),注：,Nm,3,为非法定表示法，标准表示法为“,标准,m,3,”,。,4,按过程,质量定压热容（比定压热容）,(constant pressure specific heat,capacity per unit of mass),质量定容热容（比定容热容）,(constant volume specific heat,capacity per unit of mass),及,二、理想气体比定压热容，比定容热容和迈耶公式,1.,比热容一般表达式,5,2.,c,V,定容过程,d,v,=0,若为理想气体,温度的函数,代入式（,A,）得,比热容的一般表达式,6,3.,c,p,据一般表达式,若为理想气体,c,p,是温度函数,7,4,.c,p,-,c,V,迈耶公式（,Mayers formula,）,5.,讨论,1),c,p,与,c,V,均为温度函数,但,c,p,c,V,恒为常数：,R,g,8,2)(,理想气体,),c,p,恒大于,c,V,物理解释,:,9,定容,0,定压,b,与,c,温度相同，均为,(,T,+1)K,而,10,c),气体常数,R,g,的物理意义,R,g,是,1 kg,某种理想气体定压升高,1 K,对外作的功。,三、理想气体的比热容比,(,specific heat ratio,；,ratio of specific heat capacity,),注：理想气体可逆绝热过程的绝热指数,(adiabatic,exponent;isentropic exponent),例,A902355,11,三、利用比热容计算热量,原理,:,对,c,n,作不同的技术处理可得精度不同的热量计算方法,:,真实比热容积分,利用平均比热表,利用平均比热直线,定值比热容,12,1.,利用真实比热容,(,true specific heat capacity,),积分,2.,利用平均比热容表,(,mean,specific heat capacity,),T,1,T,2,均为变量,制表太繁复,=,面积,amoda,-,面积,bnodb,附表,4,13,而,由此可制作出平均比热容表,附表,5,14,附,:,线性插值,15,3.,平均比热直线式,令,c,n,=,a,+,bt,则,即为,区间的平均比热直线式,1),t,的系数已除过,2,2),t,需用,t,1,+,t,2,代入,注意,:,附表,6,16,4.,定值比热容,(invariable specific heat capacity),据气体分子运动理论，可导出,多原子误差更大,17,单原子气体,i,=,3,双原子气体,i,=,5,多原子气体,i,=,6,18,33,理想气体热力学能、焓和熵,1.,理想气体热力学能和焓仅是,温度,的函数,2),一、理想气体的热力学能和焓,1),因理想气体分子间无作用力,19,讨论,：,如图,：,0,0,20,若为任意工质,?,?,对于,理想气体,一切同温限之间的过程,u,及,h,相同,且均可用,c,V,T,及,c,p,T,计算,;,对于,实际气体,u,及,h,不仅与,T,有关,还与过程有关且只有定容过程,u,=,c,V,T,定压过程,h,=,c,p,T,。,2.,热力学能和焓零点的规定,可任取参考点,令其热力学能为零,但通常取,0 K,。,21,二、利用气体热力性质表计算热量,例,A411197,附表,7,例,A413277,22,三、,理想气体的熵,(entropy),1.,定义,2.,理想气体的熵是状态参数,23,定比热,24,3.,零点规定,:,通常取,标准状态,下气体的熵为零,4.,理想气体变比热熵差计算,令,则,制成表则,附表,7,例,A9101331,例,A4111551,例,A4111552,25,34,饱和状态、饱和温度和饱和压力,一、,汽化和液化,(vaporization and liquefaction),汽化：,由液态到气态的过程,蒸发,：,在液体表面进行的汽化过程,液化,：,由气相到液相的过程,沸腾,：,在液体表面及内部进行,的强烈汽化过程。,26,二、,饱和状态,(Saturated state),当汽化速度,=,液化速度时，系统,处于,动态平衡,，宏观上气、液两相,保持一定的相对数量,饱和状态,。,饱和状态的温度,饱和温度,，,t,s,(,T,s,),(Saturated temperature),饱和状态的压力,饱和压力,，,p,s,（,Saturated pressure,）,加热，使温度升高如,t,，保持定,值，系统建立新的动态平衡。与之,对应，,p,变成,p,s,。,所以,一一对应,，只有一个独立变量，即,如,27,t/,0,20,50,100,120,150,p/,MPa,0.0 006 112,0.0 023 385,0.0 123 446,0.1 013 325,0.198 483,0.47 571,28,三、几个名词,饱和液,(,saturated liquid,),处于饱和状态的液体,：,t=t,s,干饱和蒸汽,(,dry-saturated vapor;dry vapor,),处于饱和状态的蒸汽,：,t=t,s,未饱和液,(,unsaturated liquid,),温度低于所处压力下饱和温度的液体,：,t,t,s,t,t,s,=,d,称过,热度,(,degree of superheat,),。,湿饱和蒸汽,(,wet-saturated vapor;wet vapor,),饱和液和干饱和蒸汽的混合物,：,t=t,s,使未饱和液达饱和状态的途径：,29,干度（,dryness,）,（,湿度,y,=1,x,）,x,0,1,饱和液,湿饱和蒸汽,干饱和蒸汽,定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用,w,或,x,表示。,30,四、饱和状态压力和温度的关系,1.,吉布斯相律,对于多元（如,k,个组元）多相（如,f,个相）元化学反应的热力系，其独立参数，即自由度,n=k f,+2,例：水在液相（或固相、气相）,k,=1,，,F=,1,，故,n,=1,-,1+2,，此时压力，温度均可,独立变化。水在汽液共存时,k,=1,，,f,=2,，,故,n,=1,，此时压力和温度中仅有一个可,自由变化。三相点：,k,=1,，,f,=3,故,n,=0,水的三相点,(triple pint),：,?,31,2.,克,拉贝隆,方程,分别为汽化潜热,(heat of vaporization),、熔解,热,(heat of fusion),和升华热,(heat of sublimation),。,分析：,1,）因,、,、,为“,+”,；,T,为“,+”,；故相平衡线,斜率正负由体积差决定；,2,）三相点处不光滑。,32,预热,汽化,过热,t,t,s,35,水定压加热汽化过程,一、水定压加热汽化过程,33,二、水定压加热汽化过程的,p,-,v,图及,T,-,s,图,一点,临界点,Critical point,两线,上界限线,下界限线,三区,液,汽液共存,汽,五态,未饱和水,饱和水,湿蒸汽,干饱和蒸汽,过热蒸汽,34,各种工质均具有类似水的性质,35,36,水和水蒸气状态参数,水和水蒸气的状态参数可,按不同区域，由给出的独立状,态参数通过实际气体状态方程,及其他一般关系式计算（通常,由计算机计算）或查图表确定。,在动力工程中水蒸气不,宜利用理想气体性质计算,36,一、零点规定,规定：三相点液态水,热力学能及熵为零,可近似为零,37,二、未饱和水（,t,，,p,）,查图表或由专用程序计算,三、饱和水和饱和水蒸气,(,p,s,和,t,s,),查图表或由专用程序计算,压力不太高时，可近似,四、过热蒸汽（,p,，,t,）,注意：,过热蒸汽不可用类似未饱和,水的近似式，因,c,p,变化复杂,。,查图表或由专用程序计算。,38,五、湿饱和蒸汽,由,t,s,（或,p,s,）与,x,共同确定,：,x,较大时,未饱和水,过热蒸汽,湿饱和蒸汽,39,37,水蒸气表和图,一、水蒸气表,1.,饱和水和干饱和蒸汽表,40,2.,未饱和水和过热蒸汽表,p,0.001 MPa,0.005 MPa,0.01 MPa,饱,和,参,数,t,s,=6.949,v,=0.001 000 1,v,”,=129.185,h,=29.21,h,”,=2513.3,s,=0.105 6,s,”,=8.9735,t,s,=32.879,v,=0.001 005 3,v,”,=28.191,h,=137.72,h,”,=2 560.6,s,=0.4761,s,”,=8.3930,t,s,=45.799,v,=0.001 010 3,v,”,=14.673,h,=191.76,h,”,=2583.7,s,=0.649 0,s,”,=8.1481,t,v,h,s,v,h,s,v,h,s,m,3,/kg,kJ/kg,kJ/(kg,K),m,3,/kg,kJ/kg,kJ/(kg,K),m,3,/kg,kJ/kg,kJ/(kg,K),0,0.0010002,-,0.05,-,0.0002,0.0010002,0.0010003,-,0.05,-,0.0002,0.0010002,-,0.04,-,0.0002,10,130.598,2519.0,8.9938,42.01,0.1510,0.0010003,42.01,0.1510,20,135.226,2537.7,9.0588,0.0010018,83.87,0.2963,0.0010018,83.87,0.2963,40,144.475,2575.2,9.1823,28.854,2574.0,8.4366,0.001009,167.51,0.5723,50,149.096,2593.9,9.2412,29.783,2592.9,8.4961,14.869,2591.8,8.1732,60,153.717,2612.7,9.2984,30.712,2611.8,8.5537,15.336,2610.8,8.2313,80,162.956,2650.3,9.4080,32.566,2649.7,8.6639,16.268,2648.9,8.3422,100,172.192,2688.0,9.5120,34
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