工程热力学理想气体的热力性质及基本热力过程.ppt

第三章 理想气体的热力性质及基本热力过程 本章主要内容 理想气体及其状态方程式 理想气体的比热容 理想气体的混合物 理想气体的基本热力过程 3-1 理想气体及其状态方程式 一、实际气体与理想气体 1.理想气体：是一种实际上并不存在的假想气体，气体分子是一些弹性的、不占体积的质点，分子之间没有相互作用力。 2.实际气体：实际气体是真实气体，在工程使用范围内离液态较近，分子间作用力及分子本身体积不可忽略，热力性质复杂。如：火电厂中作为工质的水蒸气、制冷机中的氟里昂蒸汽、氨蒸汽等。 提出理想气体概念的意义 简化了物理模型，不仅可以定性分析气体某些热现象，而且可定量导出状态参数间存在的简单函数关系。 下列情况下，可将实际气体视为理想气体： 温度较高、压力较低、比体积较大，远离液态时。（理想气体是实际气体p?0的极限情况） 如：在常温、常压下，H2、O2、N2、CO2、CO、He及空气、燃气、烟气等均可作为理想气体处理，误差不超过百分之几。因此理想气体的提出具有重要的实用意义。 二、理想气体状态方程式 1.理想气体的状态方程式 理想气体在任一平衡状态时，p、v、T之间的函数关系即理想气体状态方程式，或称克拉贝龙(Clapeyron)方程。 2.通用气体常数（也叫摩尔气体常数）R 气体常数之所以随气体种类不同而不同，是因为在同温、同压下，不同气体的比体积是不同的。如果单位物量不用质量而用摩尔，则由阿伏伽德罗定律可知，在同温、同压下，不同气体的摩尔体积是相同的，因此得到通用气体常数 R 表示的状态方程式： 通用气体常数 R 的性质： 不仅与气体状态无关，与气体的种类也无关。 气体常数Rg与通用气体常数R的关系： 例：空气的气体常数为 不同物量下理想气体的状态方程式及应用 方程应用 例题分析 例3-1（教材P31.习题1-5） 复 习 3-2 理想气体的比热容 一、比热容的定义及单位 1.比热容定义 2.比热容分类及单位 质量比热容：1kg物质的热容量，用c表示，单位为J/(kg·K)； 千摩尔比热容：1kmol物质的热容量，用Cm 表示，单位为J/(kmol·K)； 容积比热容：标准状态下1m3物质的热容量，用c′表示，单位为J/(标准m3·K). 二、影响比热容的因素 1.过程特性对比热容的影响 同一种气体在不同加热条件下，如在保持体积不变或压力不变的条件下加热，同样温度升高1K所需的热量是不同的。 定容质量比热容（cv）：在定容情况下，1kg气体温度升高1K所吸收的热量。 定压质量比热容（cp）：在定压情况下，1kg气体温度升高1K所吸收的热量。 2.温度对比热容的影响 实验和理论证明，不同气体的比热容要随温度的变化而变化，一般情况下，气体的比热容随温度的升高而升高，表达为多项式形式： 三、利用比热容计算热量的方法 根据比热容的定义式，可得： 1.用定值比热容计算热量： 定值比热容概念：当精度要求不高时，可忽略温度对比热容的影响，取比热容为定值，称为定值比热容。 对于理想气体，当温度较低时，凡分子中原子数目相同的气体，其千摩尔比热容相同且为定值，如下表3-1所示。这样定值质量比热容和定值容积比热容也可求出。 对1kg（或标态下1m3）气体从T1变到T2所需热量为: 2.用平均比热容计算热量： 平均比热容：是指在一定温度范围内真实比热容的平均值，即一定温度范围内单位数量气体吸收或放出的热量与该温度差的比值。（温度很高时，比热容随温度变化较明显，常利用平均比热容来计算热量。） 对1kg气体从t1到t2的热量q等于0到t2的热量q2减去0到t1的热量q1，即 例题分析 例3-2 用平均比热容计算将1kg空气从t1=150℃定压加热到360℃时所需的热量。 3-4 理想气体的混合物 三、平均千摩尔质量与平均气体常数 平均千摩尔质量：混合物的总质量与混合物总摩尔数的比。 4.过程曲线： 4.过程曲线： 4.过程曲线： 四、绝热过程 不可逆绝热过程 各成分之间的换算关系 1）容积分数和摩尔分数相等： 2）质量分数与容积分数的换算关系为： 分压力的确定 理想混合气体某组元的分压力： 在锅炉的热力计算中，常用此式来计算烟气中水蒸气的分压力。 平均气体常数： 理想气体的性质小结 （1）理想气体的状态方程式： （2）理想气体的定压比热容和定容比热容的差值恒等于气体常数（即迈耶公式）： （3）理想混合气体的成分表示方法有三种：wi、φi和xi，其中φi = xi 。 3-5 理想气体的基本热力过程 研究目的： 确定过程中工质状态变化的规律，以揭示能量转换关系，从而找到最有利的转换条件，以提高热力设备的经济性。 研究方法： ①实际的不可逆过程→理想的可逆过程 （忽略摩擦、散热