動力熱力學氣體和蒸汽的性質演示文稿當前第1頁\共有68頁\編于星期六\1點優選動力熱力學氣體和蒸汽的性質當前第2頁\共有68頁\編于星期六\1點§3-1理想氣體的概念一、理想氣體的基本假設微觀上：①分子為不占體積的彈性球體（質點）；②除碰撞外分子間無作用力。U=U(T)宏觀上：滿足pv=RgT當前第3頁\共有68頁\編于星期六\1點實際氣體可以近似看作理想氣體的條件：通常壓力下，當T>(2.5-3)Tcr時，一般可看作理想氣體。理想氣體是實際氣體在低壓高溫時的抽象。當前第4頁\共有68頁\編于星期六\1點二、理想氣體狀態方程(ideal-gasequation)Pam3

kgK氣體常數：J/(kg.K)R=MRg=8.3145J/(mol.K)M—摩爾質量(kg/mol)例題\第三章\A410144作業：四版3-1，6；三版3-1，4當前第5頁\共有68頁\編于星期六\1點§3-2理想氣體的比熱容一、定義和基本關系式定義：c與過程特性有關c是溫度的函數根據物質量多少的不同，有以下三種形式：c可有正有負1.質量比熱容c物質量為1kg，比熱為單位J/（kg?K），當前第6頁\共有68頁\編于星期六\1點2.摩爾熱容3.體積比熱容單位為標準立方米：標準狀況(1atm,0℃)下1立方米容積內氣體量。注意：不是標況時，1標準立方米的氣體量不變，但體積變化。單位J/（mol?K）三種比熱的關系：當前第7頁\共有68頁\編于星期六\1點定壓熱容（比定壓熱容）

(constant

pressure

specific

heatcapacity

per

unit

of

mass)

定容熱容（比定容熱容）

(constant

volume

specific

heatcapacity

per

unit

of

mass)按過程及1、一般表達式代入（A）式得比熱容的一般表達式Lead—鉛Copper—銅Iron—鐵當前第8頁\共有68頁\編于星期六\1點定容過程

dv=0若為理想氣體是溫度的函數2.據一般表達式當前第9頁\共有68頁\編于星期六\1點3.據一般表達式若為理想氣體cp是溫度函數當前第10頁\共有68頁\編于星期六\1點4.cp-

cV

邁耶公式（Mayer’s

formula）理想氣體可逆絕熱過程的絕熱指數k=γ當前第11頁\共有68頁\編于星期六\1點5.討論a)

cp與cV均為溫度函數,但cp–cV恒為常數：Rg

b)(理想氣體)cp恒大于cv

物理解釋:當前第12頁\共有68頁\編于星期六\1點定容定壓b與c溫度相同,均為(T+1)K而0當前第13頁\共有68頁\編于星期六\1點c)氣體常數Rg的物理意義由b)Rg是1kg某種理想氣體定壓升高1k對外作的功。二、用比熱計算熱量原理:當前第14頁\共有68頁\編于星期六\1點1.定值比熱容(invariable

specific

heat

capacity)

據氣體分子運動理論，可導出對cn作不同的技術處理可得精度不同的熱量計算方法:

當前第15頁\共有68頁\編于星期六\1點單原子氣體

i=3雙原子氣體

i=5多原子氣體

i=6當前第16頁\共有68頁\編于星期六\1點多原子誤差更大工程上，建議參照附表3提供的常用氣體在各種溫度下的比熱容值當前第17頁\共有68頁\編于星期六\1點2.利用真實比熱容(true

specific

heat

capacity)積分附表\附表4.doc

比熱多項式：3.利用平均比熱容表(mean

specific

heat

capacity)T1,

T2均為變量,

制表太繁復

=面積amoda-面積bnodb當前第18頁\共有68頁\編于星期六\1點而由此可制作出平均比熱容表附表\附表5.doc

當前第19頁\共有68頁\編于星期六\1點附:線性插值當前第20頁\共有68頁\編于星期六\1點4.平均比熱直線式

令cn=a+bt,則即為間平均比熱直線式t的系數已除過2

注意:附表查得附表\附表6.doc

例：空氣:cp=0.9956+0.000093×(150+350)=1.042當前第21頁\共有68頁\編于星期六\1點四種方法的比較：定值最簡單(估算)精度低平均簡單(手算)精確多項式復雜(適合電算)精確哪種最好？權衡本課練習中，一般用定值當前第22頁\共有68頁\編于星期六\1點§3-3理想氣體的熱力學能、焓和熵一.理想氣體的熱力學能和焓

1.理想氣體熱力學能和焓僅是溫度的函數

b)a)因理想氣體分子間無作用力比熱有四種計算法，熱力學能和焓共有五種處理方法。當前第23頁\共有68頁\編于星期六\1點討論:

如圖:00當前第24頁\共有68頁\編于星期六\1點若為任意工質

對于理想氣體一切同溫限之間的過程Δu及Δh相同,

且均可用cVΔT及cp

ΔT計算;

對于實際氣體Δu及Δh不僅與ΔT有關,還與過程有關且只有定容過程Δu=

cVΔT,定壓過程Δh=

cpΔT。2.熱力學能和焓零點的規定

可任取參考點,令其熱力學能為零,但通常取0K。附表\附表7.doc

例題\第三章\A413265.ppt

當前第25頁\共有68頁\編于星期六\1點3.利用氣體熱力性質表計算熱量

據例題\第三章\A411197.ppt

附表\附表7.doc

作業：

四版3-9，11，15

三版3-7，9，13（熵）.

當前第26頁\共有68頁\編于星期六\1點二、狀態參數熵（entropy）及理想氣體熵變的計算1.定義2.理想氣體的熵是狀態參數式中：強調可逆過程中的吸熱量（δq）rev；非可逆過程ds≠δq/T當前第27頁\共有68頁\編于星期六\1點定比熱s=s(T,v)s=s(T,p)s=s(p,v)當前第28頁\共有68頁\編于星期六\1點3.零點規定:

通常取基準狀態（1atm，0K）下氣體的熵為零例題\第三章\A910133.ppt

4.理想氣體變比熱熵差計算（精確計算，不用平均比熱和多項式）令則制成表

則當前第29頁\共有68頁\編于星期六\1點三、T-s坐標圖Ts4312①平衡態②可逆過程點曲線③q1-2=面積12341=吸熱δq>0,ds>o；絕熱δq=0，ds=0；放熱δq<0,ds<0.例題\第三章\A4111551.ppt

例題\第三章\A4111552.ppt

當前第30頁\共有68頁\編于星期六\1點§3-4水蒸汽的飽和狀態和相圖在熱力設備中，水蒸汽是實際氣體。因p高，T在Tcr附近，如在本章及蒸汽動力循環中；在濕空氣中，水蒸汽近似看作理想氣體，因pv很低

(過熱度很大)見第十二章理想氣體混合物及濕空氣。當前第31頁\共有68頁\編于星期六\1點一、飽和溫度和飽和壓力汽化(vaporization

)

：由液態變為汽態的過程。沸騰：在液體內部和表面同時進行的強烈汽化過程。Saturated

temperature

and

Saturated

pressure（一）汽化和液化(vaporization

and

liquefaction)蒸發：在液體表面進行的汽化過程；液化(凝結)(liquefaction)：汽液當前第32頁\共有68頁\編于星期六\1點飽和液體：處于飽和狀態的液體；飽和蒸汽：處于飽和狀態的汽體；飽和溫度：飽和狀態時的溫度，Ts或ts；凝結汽化二者速度相等平衡（二）飽和狀態(Saturated

state)

當汽化速度=液化速度時，系統

處于動態平衡——飽和狀態。飽和壓力：飽和狀態時的壓力，ps(一般指汽，液內上下有壓差)注：1.TsPs或Ts=f(ps),它們不獨立2.獨立狀態參數的個數：π=n-Φ+2=1-2+2=1

不同的飽和狀態用1個參數就能區別。當前第33頁\共有68頁\編于星期六\1點§3-5水的汽化過程和臨界點壓力p一定，加熱。從0.01℃開始(三相點溫度以下有固態，工程上一般不用)，經歷以下五種狀態。

過冷水(未飽和水)加熱Q飽和水Q濕蒸汽QQQ干飽和蒸汽過熱蒸汽當前第34頁\共有68頁\編于星期六\1點畫在p-v圖上增加壓力到p2，重復上述過程，得定壓線202’2’’2壓力為p4時，汽化在C點瞬間完成，C點叫臨界點。

pcr=22.064Mpa，Tcr=373.99℃p>pc時，加熱到Tc溫度時，瞬間汽化。101’’1’2’’2’1202303’3’’5040???????????????vpCTcTTp壓力為p1時，定壓線101’1’’1當前第35頁\共有68頁\編于星期六\1點注意：101’’1’2’’2’1202303’3’’5040???????????????vpCTcTTp下界線向右斜，說明：溫度提高(同時飽和壓力也提高)時，飽和液比容增加。是因為飽和液因加熱而膨脹的影響大于因升壓而體積減小的影響。上界線向左斜，說明：溫度提高(同時飽和壓力提高)時，飽和汽比容減小。是因為飽和汽因加熱而膨脹的影響小于因升壓而體積減小的影響。當前第36頁\共有68頁\編于星期六\1點T-s圖???????p51’1’’2’’2’sC3’3’’TcT-s圖Tp4p3p2p1下界線(飽和水線)：1’2’3’C上界線(飽和汽線)：1’’2’’3’’C三個相區：液相區，1’2’3’CTc之內區；汽液共存區，1’2’3’C3’’2’’1’’之內區；汽相區，TcC3’’2’’1’’以上區。v當前第37頁\共有68頁\編于星期六\1點以上所講歸納為：一點、二線、三區、五態過熱液體：溫度高于飽和溫度；過熱蒸汽：溫度高于飽和溫度。過熱度D=t–ts或叫⊿t。另外還有：過冷液體：溫度低于飽和溫度(未飽和液)；過冷蒸汽：溫度低于飽和溫度；當前第38頁\共有68頁\編于星期六\1點使未飽和液達到飽和的途徑：使過熱蒸汽達到飽和的途徑：？當前第39頁\共有68頁\編于星期六\1點水的三相點三相點：固態、液態、汽態三相平衡共存的狀態獨立狀態參數個數π=n-Φ+2=1-3+2=0；說明三相點只有一個。當前第40頁\共有68頁\編于星期六\1點2.p-t圖Ttpp3pp2p1B????????tbb’c’cAd固態液態汽態C點：臨界點TtpC線：汽液兩相共存，代表ps=f(ts)；TtpB線：固液兩相共存，熔點溫度與壓力的關系；TtpA線：固汽兩相共存，升華溫度與壓力之關系；Ttp點：三相點C當前第41頁\共有68頁\編于星期六\1點Ttpp3pp2p1B????????tbb’c’cAd固態液態汽態三個相區：BTtpA左側，固相；

BTtpC上側，液相；

ATtpC右側，汽相。C當前第42頁\共有68頁\編于星期六\1點Ttpp3pp2p1B????????tbb’c’cAd固態液態汽態p2時：固體加熱到b點，固體溶化為液體，再加熱到c點，液

汽化為汽，汽化時溫度不變，再加熱為過熱蒸汽；定壓加熱：p3時：固體加熱到b’時溶化，再加熱到c’時汽化。p1時：固體加熱到d點，固體升華為汽體，相變過程中溫度不變，再加熱為過熱；C當前第43頁\共有68頁\編于星期六\1點定溫壓縮：

t>tc時：氣態壓縮不能得到液態

tTtp<t<tc：對汽態壓縮凝結為液態

t<tTtp時：汽態壓縮為固體固體壓縮可為液體。Ttpp3pp2p1B????????tbb’c’cAd固態液態汽態C當前第44頁\共有68頁\編于星期六\1點§3-6水和水蒸汽的狀態參數指p、v、t、u、h和s等(一)零點的規定三相點的液態水(是飽和水)實測的(注：上標“’”表飽和水狀態)規定的換算的當前第45頁\共有68頁\編于星期六\1點(二)溫度為0.01℃，壓力為p的過冷水的參數（0

點）0.01℃01’1’’零點0’pvp0v0’ts????用通過“零點（0’）”的定溫加熱過程計算：忽略壓縮性，即dv=0，v0≈v0’，可推得w≈0，u≈u0’≈0,因為

u=u(T,v),T,v均不變

q=⊿u+w≈0,絕熱s0≈s0’,

因為q=0h0≈0,因為h0=u0+pv0只要p不太大，也可以看作是0’點。?當前第46頁\共有68頁\編于星期六\1點(三)溫度為ts℃，壓力為p的飽和水（1’點）用過“0”點的定壓加熱過程計算：p不太大時，水cp=4.1868kJ/kg；因為：0(定壓)注：p較大時，cp變化較大，h0也不為零，不能這么算，要查表。0.01℃01’1’’零點0’vv0’ts?????當前第47頁\共有68頁\編于星期六\1點(四)壓力為p的干飽和蒸汽（1’’點）仍用定壓加熱過程計算汽化潛熱：可逆過程可逆定溫過程u’’,h’’,s’’,r可查蒸汽參數表(以后講)0.01℃01’1’’零點0’vv0’ts?????當前第48頁\共有68頁\編于星期六\1點(五)壓力為p的濕蒸汽（x點）飽和水和飽和蒸汽平衡共存干度：mv—蒸汽質量，ml—液質量即飽和蒸汽質量占總質量的百分數。注意：1.0≤x≤1；

2.未飽和水和過熱蒸汽沒有干度的概念。0.01℃01’1’’零點0’vv0’ts??????x當前第49頁\共有68頁\編于星期六\1點濕蒸汽的參數：1.查h-s圖（部分數據）

2.查飽和水和飽和蒸汽表從飽和水和飽和蒸汽表表上可查得：飽和水v’,h’,s’

飽和蒸汽v’’,h’’,s’’干度為x濕蒸汽：mvx=mvv’’+mlv’

是否有vx？vx=xv’’+(1-x)v’=v’+x(v’’-v’)可見v’≤vx≤v’’Vx=Vv+Vl

總體積=汽體積+液體積當前第50頁\共有68頁\編于星期六\1點類似地：sx=s’+x(s’’-s’)而u=h–pv均為折合量。hx=h’+x(h’’-h’)因為此時汽相中參數為“′”，液相參數為“″”，系統內部不均勻，沒有一處參數是“x”。當前第51頁\共有68頁\編于星期六\1點(六)壓力為p的過熱蒸汽（D點）如圖，仍可用定壓加熱得到。但因cp=f(p,t),估計算復雜，一般不計算而查表。0.01℃01’1’’零點0’vv0’ts??????D當前第52頁\共有68頁\編于星期六\1點(一)水蒸汽表飽和水和干飽和蒸汽表p88；§3-7水蒸汽表和圖數據來源：

IFC公式(國際公式化委員會)。實驗數據+公式分析未飽和水和過熱蒸汽表p89。當前第53頁\共有68頁\編于星期六\1點飽和水和飽和蒸汽表（溫度）當前第54頁\共有68頁\編于星期六\1點飽和水和飽和蒸汽表（壓力）當前第55頁\共有68頁\編于星期六\1點未飽和水和過執掌蒸汽表當前第56頁\共有68頁\編于星期六\1點查表時，先判斷水蒸汽的狀態。先查出對應p的ts；

如果t<ts,則為未飽和水，如圖中1點如果t>ts,則為過熱蒸汽，如圖中2點；Ts?????????1122ppspscctsvsT已知水蒸汽狀態(p,t)判斷方法：1.設ps=p，參見下圖。?當前第57頁\共有68頁\編于星期六\1點2.設ts=t,先查ps=f(ts)

如果p>ps,則為未飽和水，如圖1點如果p<ps,則為過熱蒸汽，如圖2點ts????????