第2讲气体的物理属性.docVIP

【目的要求】 通过本讲课程的学习，更好的理解理想气体及其状态方程式，掌握气体的膨胀性及压缩性的概念，理解理想气体在多变过程中的方程式及绝热过程的体的体积弹性模数E的计算式，熟练掌握V、(、w与T的关系V、(、w与T的关系V、(、w与T的关系E的计算式。 【本讲课程的引入】 本讲课程讲授的内容涉及理想气体状态方程式、气体的压缩性与膨胀性、气体的粘性、气体所受的浮力等物理属性。其中需要物理、数学、物理化学等相关知识作为基础。本讲内容即是对本门课程后续内容所需要的关于气体的物理属性知识做出较为系统的阐述。 【本讲课程的内容】 第一章 §1-1 气体力学基础 一、气体的物理属性 (一) 理想气体状态方程 (作延伸性复习) 理想气体：分子间无引力且分子本身不占有体积的一种假想气体。 一般地，实际气体在常压(1atm左右)、常温或高温下，可近似看作理想气体。 理想气体状态方程式： PV=nRT (1-1) 式中：R——气体常数，R=8.3143 J/mol·K=8314.3J/kmol·K n——气体的摩尔数，n=m/M 对于一定量(n)的气体，理想气体状态方程式可写为：PV/T=Const. (1-1a) 对于同一种气体，理想气体状态方程式还可以表示为：P/((T)=Const. 国际单位：N/m2或Pa 工程单位：atm、at、mmHg、mmH2O、bar 1atm=760mmHg=101325Pa=10332mmH2O=1.01325bar 1at=735.6mmHg=9.80665×104Pa=10000mmH2O 1.膨胀性： 定义：当压强一定时，气体密度随温度升高而减小的性质。用体积膨胀系数“(T”表示 (K-1) (1-2) 式中：( — 气体的比容 (m3/kg) ， ( =1/( 由(1-1b)式，当P一定时，(T =Const.，or：( /T =Const. 当P一定时，T(↓(↑则气体具有膨胀性。 但当T过小(降到气体的凝固点以下)时，实际气体不能近似看作理想气体，故上式不再适用。 2.压缩性： (1) 定义：当温度一定时，气体密度随压力增大而增大的性质。用体积压缩系数“(p”表 (m2/N) (1-3) 由理想气体状态方程式，当T一定时，P/ρ=Const.，or：P(=Const.(↑(↓则气体具有压缩性。 (2) 可压缩气体与不可压缩气体 虽然气体具有压缩性，但在某种情况下却表现的不太明显，如气体流速不大、压强和温度变化很小时，气体的压缩性可忽略。 由此气体可分为： 可压缩气体判据：密度或压强变化大于20%或流速大于100m/s以上的气体。 对于硅酸盐窑炉，内部流速很小，压强变化也很小，因此可看作为不可压缩气体。 (3) 气体的体积弹性模数 工程上也常把(p的倒数，称为气体的体积弹性模数E，因此，常用Ｅ来表示气体的压缩性，即： 多变过程：在有热量传递的条件下，气体的膨胀或压缩过程。 理想气体在多变过程中的方程式为： （复习巩固，物理化学中讲过） 式中：n 为多变指数， 将(1-5)式求导后代入(1-4)式得： 对于绝热过程，n = ( ，则： (1-8) 3. V、(、w与T的关系 令标准状态下，气体的压强、温度、体积、密度、流速分别为P0、T0、V0、(0、w0， T0=273K，P0=1atm =101325Pa。(注：标态下气体参数用下角标0”表示) 由理想气体方程式可推出：当压强P=P0时，t ( (三) 气体的粘性 1.定义：气体内部质点或流层间因相对运动而产生内摩擦力以抵抗其相对运动的性质。它是抵抗流动的量度。 气体的粘性可由牛顿内摩擦定律表示。 牛顿内摩擦定律：运动流体的内摩擦力的大小与两层流体的接触面积成正比，与两层流体之间的速度梯度成正比。 数学表达式： 单位面积上的内摩擦力： 式中：( — 剪应力，N/m2； — 速度梯度，1/s； ( — 动力粘度，N·S/m2 (Pa·S)。 2.产生的原因： 对于气体，T↑，粘度↑。 原因：T↑ 对于液体，T↑，粘度↓。 原因：T↑ 3. 粘度与温度的关系式：Pa·S (1-13) 式中： (t、( 0 — 温度分别为t℃和0℃时气体的粘度，Pa·S； C — 与气体性质有关的常数。 某些气体的(0、C值见表1-1(教材P.3)。 (四) 气体所受的浮力 由阿基米德浮力原理可知，单位体积的物体在空气中受到的浮力等于单位体积的空气受到的重力，即 (N/m3),浮力的方向