《工程熱力學(xué)理想氣體的熱力性質(zhì)及基本熱力過(guò)程》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《工程熱力學(xué)理想氣體的熱力性質(zhì)及基本熱力過(guò)程（45頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),重慶電力高等專(zhuān)科學(xué)校,熱工理論基礎(chǔ),第三章,理想氣體的熱力性質(zhì)及基本熱力過(guò)程,第一篇 工程熱力學(xué),本章主要內(nèi)容,理想氣體及其狀態(tài)方程式,理想氣體的比熱容,理想氣體的混合物,理想氣體的基本熱力過(guò)程,2,3-1,理想氣體及其狀態(tài)方程式,一、實(shí)際氣體與理想氣體,1.,理想氣體,：,是一種實(shí)際上并不存在的,假想,氣體，,氣體分子是一些彈性的、不占體積的質(zhì)點(diǎn)，分子之間沒(méi)有相互作用力,。,2.,實(shí)際氣體,：,實(shí)際氣體是真實(shí)氣體，在工程使用范圍內(nèi)離液態(tài)較近，分子間作用力及分子本身體積不可忽略，熱力性質(zhì)復(fù)雜。,如：火電廠中

2、作為工質(zhì)的水蒸氣、制冷機(jī)中的氟里昂蒸汽、氨蒸汽等。,3,提出理想氣體概念的意義,簡(jiǎn)化了物理模型，不僅可以定性分析氣體某些熱現(xiàn)象，而且可定量導(dǎo)出狀態(tài)參數(shù)間存在的簡(jiǎn)單函數(shù)關(guān)系。,下列情況下，可將實(shí)際氣體視為理想氣體：,溫度較高、壓力較低、比體積較大，遠(yuǎn)離液態(tài)時(shí),。（,理想氣體是實(shí)際氣體,p,0,的極限情況,）,如：在常溫、常壓下，,H,2,、,O,2,、,N,2,、,CO,2,、,CO,、,He,及空氣、燃?xì)?、煙氣等均可作為理想氣體處理，誤差不超過(guò)百分之幾。因此理想氣體的提出具有重要的實(shí)用意義。,4,二、理想氣體狀態(tài)方程式,1.,理想氣體的狀態(tài)方程式,理想氣體在任一平衡狀態(tài)時(shí)，,p,、,v,、,T

3、,之間的函數(shù)關(guān)系即理想氣體狀態(tài)方程式，或稱(chēng)克拉貝龍,(,Clapeyron,),方程。,式中：,R,g,為氣體常數(shù),（單位,J/,kg,K,），,與氣體所處的狀態(tài)無(wú)關(guān)，隨氣體的種類(lèi)不同而異,。,p,的單位,Pa,；,v,的單位,m,3,/kg,；,T,的單位,K,。,5,2.,通用氣體常數(shù)（也叫摩爾氣體常數(shù)）,R,氣體常數(shù)之所以隨氣體種類(lèi)不同而不同，是因?yàn)樵谕瑴亍⑼瑝合?，不同氣體的,比體積,是不同的。如果,單位物量不用質(zhì)量而用摩爾,，則由阿伏伽德羅定律可知，在同溫、同壓下，不同氣體的,摩爾體積,是相同的，因此得到通用氣體常數(shù),R,表示的狀態(tài)方程式：,式中：,V,m,=,Mv,千摩爾體積（,m,

4、3,/kmol),；,M,氣體的千摩爾質(zhì)量（,kg/,kmol,),；,R,通用氣體常數(shù),，單位為,J/(,kmol.K,),6,通用氣體常數(shù),R,的性質(zhì)：,不僅與氣體狀態(tài)無(wú)關(guān)，與氣體的種類(lèi)也無(wú)關(guān),。,由,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài),（,p,0,=1atm,t,0,=0,）下，,V,m0,=22.4m,3,/kmol(,根據(jù)阿伏伽德羅定律），可求出,R,的數(shù)值：,各種物量單位之間的換算關(guān)系：,7,氣體常數(shù),R,g,與通用氣體常數(shù),R,的,關(guān)系：,例：空氣的氣體常數(shù)為,8,不同物量下理想氣體的狀態(tài)方程式及應(yīng)用,方程應(yīng)用,m kg,理想氣體,1,kg,理想氣體,方程式,物 量,9,例題分析,例,3-1,（,教材,P

5、31.,習(xí)題,1-5,）,解：,由 可得送風(fēng)機(jī)出口的送風(fēng)量（標(biāo)態(tài)下）為,10,1.,火電廠能量轉(zhuǎn)換過(guò)程,與三大主機(jī),：,復(fù) 習(xí),2.,熱能動(dòng)力裝置的工作過(guò)程：,3.,火電廠常用工質(zhì),水蒸氣：,11,4.,熱力學(xué)中兩種常見(jiàn)熱力系：,12,5.,三個(gè)基本狀態(tài)參數(shù)：,（,1,）溫度：,T=t+273,K,（,2,）壓力：,（,3,）比體積：,v=V/m,m,3,/kg,（,v=1,）,13,6.,兩個(gè)過(guò)程量,功與熱量,：,14,3-2,理想氣體的比熱容,一、比熱容的定義及單位,1.,比熱容定義,熱容量：,物體溫度升高,1,K,（或,1,）所需的熱量稱(chēng)為該物體的熱容量，單位為,J,/,K,.,比熱容：

6、,單位物量的物質(zhì)溫度升高,1K,（或,1,）所需的熱量稱(chēng)為比熱容，單位由,物量單位,決定。,15,2.,比熱容分類(lèi)及單位,質(zhì)量比熱容：,1kg,物質(zhì)的熱容量，用,c,表示，單位為,J/(,kgK,),；,千摩爾比熱容：,1kmol,物質(zhì)的熱容量，用,C,m,表示，單位為,J/(,kmolK,),；,容積比熱容：,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,1m,3,物質(zhì)的熱容量，用,c,表示，單位為,J/(,標(biāo)準(zhǔn),m,3,K).,三者之間的關(guān)系：,16,二、影響比熱容的因素,1.,過(guò)程特性對(duì)比熱容的影響,同一種氣體在不同加熱條件下，如在保持,體積不變或壓力不變,的條件下加熱，同樣溫度升高,1K,所需的熱量是不同的。,定容質(zhì)量

7、比熱容（,c,v,）,：,在定容情況下，,1kg,氣體溫度升高,1K,所吸收的熱量。,定壓質(zhì)量比熱容（,c,p,）,：,在定壓情況下，,1kg,氣體溫度升高,1K,所吸收的熱量。,17,比較,c,p,與,c,v,的大小,:,結(jié)論：,c,p,c,v,18,理想氣體定壓比熱容與定容比熱容的關(guān)系,邁耶公式,：,令,，,稱(chēng)為,比熱比,或絕熱指數(shù),.,（適用于理想氣體）,當(dāng)比熱容為定值時(shí)，,為一常數(shù)，與組成氣體的原子數(shù)有關(guān)。如：,單原子氣體,=1.66,；,雙原子氣體,=1.4,；,多原子氣體,=1.33.,19,2.,溫度對(duì)比熱容的影響,實(shí)驗(yàn)和理論證明，不同氣體的比熱容要隨溫度的變化而變化，一般情況下

8、，氣體的比熱容隨溫度的升高而升高，表達(dá)為多項(xiàng)式形式：,c,t,0,c=,f(t,),比熱容隨溫度變化的關(guān)系,注意：,不同的氣體其變化的關(guān)系式和變化曲線不一樣；在溫度不高時(shí)，其變化不大，可忽略溫度對(duì)比熱容的影響。,20,三、利用比熱容計(jì)算熱量的方法,根據(jù)比熱容的定義式，可得：,當(dāng)溫度從,t,1,變到,t,2,所需的熱量為：,為了簡(jiǎn)便，常使用氣體的,定值比熱容,和,平均比熱容,來(lái)計(jì)算氣體所吸收和放出的熱量。,21,1.,用定值比熱容計(jì)算熱量：,定值比熱容概念：,當(dāng)精度要求不高時(shí)，可忽略溫度對(duì)比熱容的影響，取比熱容為定值，稱(chēng)為定值比熱容。,對(duì)于理想氣體，當(dāng)溫度較低時(shí)，凡分子中原子數(shù)目相同的氣體，其,

9、千摩爾比熱容,相同且為定值，,如下表,3-1,所示,。這樣定值質(zhì)量比熱容和定值容積比熱容也可求出。,氣體,種類(lèi),C,V,m,J/(,kmol,K,),C,p,m,J/(,kmol,K,),單,原子,雙原子,多原子,3,R,/2,5,R,/2,7,/2,5,R,/2,7,R,/2,9,R,/2,表,3-1,理想氣體的定值千摩爾比熱容,22,對(duì),1kg,（或標(biāo)態(tài)下,1m,3,）氣體從,T,1,變到,T,2,所需熱量為,:,對(duì)于,m,kg,質(zhì)量氣體，所需熱量為：,對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,V,0,m,3,氣體，所需熱量為：,計(jì)算時(shí)注意,：,應(yīng)根據(jù)加熱條件來(lái)選用定壓或定容比熱容；,應(yīng)根據(jù)物量單位來(lái)選用質(zhì)量比熱容

10、、容積比熱容或摩爾比熱容；,在選用容積比熱容時(shí)，應(yīng)將體積換算為標(biāo)態(tài)下的體積。,23,2.,用平均比熱容計(jì)算熱量：,平均比熱容：,是指在一定溫度范圍內(nèi)真實(shí)比熱容的平均值，即一定溫度范圍內(nèi)單位數(shù)量氣體吸收或放出的熱量與該溫度差的比值。（,溫度很高時(shí),，比熱容隨溫度變化較明顯，常利用平均比熱容來(lái)計(jì)算熱量。）,24,對(duì),1kg,氣體從,t,1,到,t,2,的熱量,q,等于,0,到,t,2,的熱量,q,2,減去,0,到,t,1,的熱量,q,1,，即,平均比熱容計(jì)算熱量,對(duì)于,mkg,質(zhì)量氣體，所需熱量為：,對(duì)于標(biāo)態(tài)下,V,0,m,3,氣體，所需熱量為：,25,例題分析,例,3-2,用平均比熱容計(jì)算將,1

11、kg,空氣從,t,1,=150,定壓加熱到,360,時(shí)所需的熱量。,解：,查附表,1,，得,用,線性插值法,，可算出,同理可求得,則,26,3-4,理想氣體的混合物,如果混合氣體中各組成氣體都具有理想氣體的性質(zhì)，則整個(gè)混合氣體也具有理想氣體的性質(zhì)，其狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系也符合理想氣體狀態(tài)方程式，這樣的混合氣體稱(chēng)為,理想混合氣體,。,如：空氣（,N,2,、,O,2,、少量稀有氣體）,煙氣（,CO,2,、,CO,、,H,2,O,、,O,2,、,N,2,、,SO,2,等）,27,一、分壓力和分容積的概念,(1),分壓力：,在與混合氣體相同的溫度下，各組成氣體單獨(dú)占有混合氣體的容積時(shí)，給予容器壁的壓力。用

12、,p,i,表示。,(2),道爾頓分壓力定律：,理想混合氣體的總壓力等于各組成氣體分壓力之和。,1.,分壓力和分壓力定律：,28,(1),分容積：,使各組成氣體保持與混合氣體相同壓力和溫度的條件下，把各組成氣體單獨(dú)分離出來(lái)時(shí)，各組成氣體所占有的容積。用,V,i,表示。,(2),亞美格分容積定律：,理想混合氣體的分容積之和等于混合氣體的總?cè)莘e。,2.,分容積和分容積定律：,29,2.,容積分?jǐn)?shù)：,混合氣體中某組成氣體的分容積,V,i,與混合氣體總?cè)莘e,V,的比值，稱(chēng)為該組成氣體的容積成分。,3.,摩爾分?jǐn)?shù)：,混合氣體中各組成氣體的摩爾數(shù),n,i,與混合氣體總摩爾數(shù),n,的比值，稱(chēng)為該組成氣體的摩爾

13、成分。,1.,質(zhì)量分?jǐn)?shù)：,混合氣體中某組成氣體的質(zhì)量,m,i,與混合氣體的總質(zhì)量,m,的比值，稱(chēng)為該組成氣體的質(zhì)量成分。,二、理想氣體混合物的成分,30,各成分之間的換算關(guān)系,1,）容積分?jǐn)?shù)和摩爾分?jǐn)?shù)相等：,2,）質(zhì)量分?jǐn)?shù)與容積分?jǐn)?shù)的換算關(guān)系為：,分壓力的確定,理想混合氣體某組元的分壓力：,在鍋爐的熱力計(jì)算中，常用此式來(lái)計(jì)算煙氣中水蒸氣的分壓力。,31,三、平均千摩爾質(zhì)量與平均氣體常數(shù),平均千摩爾質(zhì)量：,混合物的總質(zhì)量與混合物總摩爾數(shù)的比。,平均氣體常數(shù)：,32,理想氣體的性質(zhì)小結(jié),（,1,）理想氣體的狀態(tài)方程式,：,（,2,）理想氣體的定壓比熱容和定容比熱容的差值恒等于氣體常數(shù)（即邁耶公式）

14、：,（,3,）理想混合氣體的成分表示方法有三種：,w,i,、,i,和,x,i,，其中,i,=x,i,。,33,3-5,理想氣體的基本熱力過(guò)程,研究目的：,確定過(guò)程中工質(zhì)狀態(tài)變化的規(guī)律，以揭示能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而找到最有利的轉(zhuǎn)換條件，以提高熱力設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。,研究方法：,實(shí)際的不可逆過(guò)程,理想的可逆過(guò)程,（忽略摩擦、散熱等不可逆因素）,將實(shí)際過(guò)程中狀態(tài)參數(shù)變化的特征加以抽象，概括成為具有簡(jiǎn)單規(guī)律的典型過(guò)程（如,定壓、定容、定溫及絕熱過(guò)程,）,34,研究步驟：,根據(jù)過(guò)程特點(diǎn)，列出過(guò)程方程式,p=,f(v,),；,建立基本狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系式；,在,p,v,圖、,T,s,圖上繪出過(guò)程曲線；,計(jì)算過(guò)程中的

15、功和熱量：,q,，,w,，,w,t,。,主要公式：,35,一、定容過(guò)程,及,3.,功量與熱量的分析計(jì)算：,定容過(guò)程實(shí)質(zhì)上是閉口系中熱變功的準(zhǔn)備過(guò)程,2.,基本狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系式：,1.,過(guò)程方程式：,v=,定值,概念：,定容過(guò)程是工質(zhì)在變化過(guò)程中容積保持不變的熱力過(guò)程。（如內(nèi)燃機(jī)中的燃燒過(guò)程）,36,4.,過(guò)程曲線：,1-2,為定容加熱過(guò)程，氣體升溫升壓；,2-1,為定容放熱過(guò)程，氣體降溫降壓。,定容過(guò)程的,p-v,圖及,T-s,圖,p-v,圖上定容線為一條垂直于,v,坐標(biāo)軸的直線；,T-s,圖上,定容線為一條斜率為正的指數(shù)曲線。,37,二、定壓過(guò)程,及,3.,功量與熱量的分析計(jì)算：,定壓過(guò)程

16、中加給工質(zhì)的熱量等于工質(zhì)焓的增加,2.,基本狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系式：,1.,過(guò)程方程式：,p=,定值,概念：,壓力保持不變時(shí)工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化所經(jīng)歷的過(guò)程,。（如,電廠中各種換熱器中的加熱或冷卻過(guò)程,）,38,4.,過(guò)程曲線：,1-2,為定壓加熱過(guò)程，氣體升溫膨脹；,2-1,為定壓放熱過(guò)程，氣體降溫壓縮。,定壓過(guò)程的,p-v,圖及,T-s,圖,p-v,圖上定壓線為一條平行于,v,坐標(biāo)軸的直線；,T-s,圖上,定壓線為一條斜率為正的指數(shù)曲線。,（,注意：在,T-s,圖中，通過(guò)同一狀態(tài)點(diǎn)的定容線較定壓線陡峭！,）,39,三、定溫過(guò)程,及,3.,功量與熱量的分析計(jì)算：,定溫過(guò)程中工質(zhì)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)換為功,2.,基本狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系式：,1.,過(guò)程方程式：,pv,=,定值（,T=,定值）,概念：,工質(zhì)在變化過(guò)程中溫度保持不變的熱力過(guò)程。（如,活塞式壓氣機(jī)中冷卻條件較好的壓縮過(guò)程,）,40,4.,過(guò)程曲線：,1-2,為定溫加熱過(guò)程，氣體吸熱膨脹；,2-1,為定溫放熱過(guò)程，氣體放熱壓縮。,定溫過(guò)程的,p-v,圖及,T-s,圖,p-v,圖上定溫線為一條等軸雙曲線；,T-s,圖上,定溫線為一條平行于,s,