《工程熱力學》教學課件new03(10-11)v11newest

1、1 12 2550C3 3iwgdzcfhq2214 4Heat discharge of hot沒有做功的部分沒有做功的部分:Hot flowCold flowh1h2s0w 21qhhh h1h2210qhhh Heat absoption of cold210qhhh iwgdzcfhq2215 56 67 78 89 91010因為，這類物質臨界溫度較高，蒸氣在通常的工作因為，這類物質臨界溫度較高，蒸氣在通常的工作溫度和壓力下離液態(tài)不遠。溫度和壓力下離液態(tài)不遠。注意：注意：12121313The state of gas can be expressed by state proper

2、ty;空氣的狀態(tài)由狀態(tài)方程確定空氣的狀態(tài)由狀態(tài)方程確定。Three basic properties: P、V、T；基本狀態(tài)參數；基本狀態(tài)參數For equilibrium state: Two basic properties determine a state, other property can be calculated by the two properties, and the calculate equation is called equation of state.狀態(tài)方程式是表征各基本狀態(tài)參數間關系的函數。狀態(tài)方程式是表征各基本狀態(tài)參數間關系的函數。14142322cmN

3、p NvkTcmNvpv2322BTcm22TRpvg氣體的壓力：氣體的壓力：單個分子的動能：單個分子的動能：1515TRpvgNvkRgKKgJRKTKgmvmNPg.: : : :32161617173-10*Mmn 18183-10*MvVm1919500(1.0132510273.15)pPaTKmolmMvVm/0224. 0)(3002020TRpvgMvVmTMRpVgm11111TRMVpgm12221TRMVpgm21mmVV2211ggRMRM2121Universal Gas constantkmol/J 3145. 8000TVPMRRmg2222kmol/J 3413

4、. 8RR R摩爾氣體常數摩爾氣體常數kJ/kg MRRgk287J/kg 10*28.978.3145 3-?MRRg2323TRpvg:kg1TmRpVmg:kgRTpVm:mol1nRTpVn:mol例3-1 已知氧氣瓶的容積 ，瓶內氧氣溫度為20，安裝在瓶上的壓力表指示的壓力為15MPa，試求瓶內氧氣的質量是多少？設大氣壓力為 Pa。331040mVPap666101 .15101 . 01015KT29327320kgRTpVm93. 72938 .2591040101 .1536解：解：)(8 .259328314KkgJR氧氣：氧氣：kmolkgM32mRTpV mRTpV 60

5、.1 10例例3-23-2 剛性容器中原先有壓力為剛性容器中原先有壓力為p p1 1、溫度為溫度為T T1 1的一定質的一定質量的某種氣體，已知其氣體常數為量的某種氣體，已知其氣體常數為R R。后來加入了后來加入了3kg3kg的的同種氣體，壓力變?yōu)橥N氣體，壓力變?yōu)閜 p2 2、溫度仍為溫度仍為T T1 1。試確定容器的體試確定容器的體積和原先的氣體質量積和原先的氣體質量m m1 1。解：解：111RTmVp112) 3(RTmVp1113RTRTm113RTVp1213ppRTV1211211111133pppppRTRTpRTVpm2626qCdt2727kJkg KkJkmol K3kJ

6、NmKokJkgCokJkmolC3okJNmCqCdt2828qCdt2929qdupdvdhvdpvvvVTudTpdvdudTqc定容比熱容定容比熱容：可逆定容過程的比熱容可逆定容過程的比熱容0dvdd( )ddddVVvuuuu uTcu c TTTT3030qdupdvdhvdp定壓比熱容：定壓比熱容：可逆定壓過程的比熱容可逆定壓過程的比熱容ppppThdTvdpdhdTqc0dpdTdhcdTdhThThhpp)( )(),(),(),(vTfhTpfhvpfh3131vv()ucTpp()hcT32323333ggdddddddddpVupvuhuccTTuR TuRTgpVcc

7、RRccmVmp,3434gpVpvpccqqwR3535 vababvwuq0 Pacacacacpvvpuwuq0abaccacapvuuvvp vvqq 即11ppcappvVbaVVpVqcTTcTTcqcTTcTTccc 3636Vpccgg111pVcRcRgvpRccTf)(373721TTcdTqcdTqdTqc383823v,m0123 C.aaTa Ta T23p,m0123 C.bbTb TbT( )hf T( )uf Tv( )ducf TdTp( )dhcf TdT(1) (1) 曲線關系曲線關系21ttcdtq面積ABCDA=面積1BC01-面積1AD01ct012

8、ABD(t1)C(t2)=q02-q011200ttcdtcdt212100ttctct2121()ttctt211200,00ttccCtCt表示溫度自到 和到 的平均比熱容.1210201221tttctcctttt見附表見附表5，比熱容的起始溫度同為，比熱容的起始溫度同為0C，這時同一種氣體的只取決于終態(tài)溫度這時同一種氣體的只取決于終態(tài)溫度t201021tctctttc02500,100 0.9795000.923 100500100p Oc求求O2在在100-500平均定壓熱容平均定壓熱容附附:線性插值線性插值121121xxxxyyyy121211yyxxxxyy12xx yy424

9、21212)(2ttttbadtbtacdtqtttt2121)()(2|2121ttbactttbactt|21221121 ttttcdtctt434332mR52mR72mR52mR72mR92mRRTiUm2RidTdUcmmv2,RidTRTUddTdHcmmmp22)(,4444 222TTT 222uuu 222uuh 2121 2121 hhuu45454646vcconst21vTTuc dT 21v21()ttucTT vv21()ucTc TT qdupdvdhvdpdTcqduTTVV214747pcconstphcT 21pTThc dT 21p21()tthcTT

10、21hhh qdupdvdhvdp ddphh ThcT4848 TcThThThhTcTuTuTuuTpTV0000gC0pC015.273 |00Rt|cTRhutchtgtp可任取參考點可任取參考點,令其熱力學能為零令其熱力學能為零,但通常取但通常取 0 K。4949dJ/(kg K)J/(mol K)qsorT可逆12212121),(),(),(ssdsssvTfsTpfsvpfsbarevqdsTgVR Tc dTdvvTVgdTdvcRTvdupdvT1.以 為參數( , )T vrevqdsTdpdvdTpvT兩邊微分兩邊微分pgdTdpcRTpgpR Tc dTdppTdhv

11、dpTpgdpdvdpdscRpvpgpvR TVpdpdvccpvpgpdpdvcRcpv2.以以 為參數為參數( , )T p3.以以 為參數為參數( , )p v525221dss 22g11dlnVvTcRTv1212lnlnvvRTTcgV22g11dlnppTcRTp2211ddpVvpccvp1212lnlnppRTTcgp1212lnlnppcvvcVp5353121221121221121221lnlnlnlnlnlnvvcppcsppRTTcsvvRTTcspVgpgV545421TdTcp120102121020122121lnln-lnppRssppRTdTcTdTcp

12、pRTdTcsggppgp22g11dlnppTcRTp555500Ks0000lnTKpgTdTpsscRTpTTpgTTpTdTcppRTdTcs00000ln00lnTpgTdTpcRTp22g11dlnppTcRTp5656120102121221lnlnln102021ppRssppRTdTcTdTcppRTdTcsggTTpTTpgTTp 1 kg 空氣從初態(tài)空氣從初態(tài) p1 = 0.1 MPa，t1 = 100 ，經歷某，經歷某種變化后到終態(tài)種變化后到終態(tài) p2 = 0.5 MPa，t2 = 1 000 ， 變比熱變比熱容容, 求：熵變求：熵變解：解：A4111551100212

13、21g1lnpsssRp查表查表12(3.247 9 1.913 7) kJ/(kg K)0.287 kJ/(kg K) ln50.872 2 kJ/(kg K)s023.2479kJ/(kg K)s011.9137kJ/(kg K)s 2 kmol 某種理想氣體由某種理想氣體由127 ，5 atm，冷卻到冷卻到 27 ，1atm，已知該氣體的已知該氣體的 3mKJ/(mol K)22.935.44 10pCT求求上述過程的熵變上述過程的熵變解：解：2212m11dlnppTSnCRTp23211d22.935.44 10lnpTnTRTp3400122.93 ln5.44 1012727ln

14、12.48 kJ/K3005nRA4111552因為是理想氣體因為是理想氣體 氣體熱容為溫度的函數時過程的熵變計算，沒有什么困難，氣體熱容為溫度的函數時過程的熵變計算，沒有什么困難，多個積分而已。多個積分而已。 59596060vaporization vaporization evaporation）Boil(vaporization and liquefaction)6161liquefaction(vaporization and liquefaction)62626363 sstfp 646465656666pt, tpptts不變，保持 pttpps不變，保持6767PapKTtpt

15、p659.61116.2736868696970707171stt7272stt7373stt7474stt7575stt7676stt7777stt7878stt7979sttsttsttsttsttaaaaaaaaaaaa,vuhs8080hhssvvttconstps.hhssvvttconstps.8181hhssvvttconstps.hhhsssvvvttconstps .hhssvvttconstps .8282glgmmmx8383hhssvvttconstps .hhssvvttconstps .8484 8585s11x10220( )( )()lsuqqrqhhhhhhh

16、h lqkJ/kgrhhrsT22kJ/kgsuqhh0kJ/kglqhhsuqkJ/kgsrTsss s各種工質均具有類似水的性質各種工質均具有類似水的性質二、水定壓加熱汽化過程的二、水定壓加熱汽化過程的p- -v圖及圖及T- -s圖圖一點一點臨界點臨界點Critical pointcrcr3cr22.12MPa374.15 C0.00317m /kgptv兩線兩線上上界限線界限線下界限線下界限線三區(qū)三區(qū)液液汽液共存汽液共存汽汽五態(tài)五態(tài)未未飽和水飽和水飽和水飽和水濕濕蒸汽蒸汽干飽和蒸汽干飽和蒸汽過熱蒸汽過熱蒸汽8989思考題思考題沒有。沒有。t374.16 有有2. 有沒有有沒有500C的水

17、的水？1. 北方冬天晾在外邊的衣服，北方冬天晾在外邊的衣服，是否經過液相是否經過液相3. 有沒有有沒有-3 的蒸氣的蒸氣？90903-6 水和水蒸氣的狀態(tài)參數水和水蒸氣的狀態(tài)參數state property水及水蒸氣的參數計算中不必求其絕對值，水及水蒸氣的參數計算中不必求其絕對值，僅求其增量或減少量，故可規(guī)定一任意起點。國僅求其增量或減少量，故可規(guī)定一任意起點。國際水蒸氣會議規(guī)定，際水蒸氣會議規(guī)定，水的三相點即水的三相點即273.16K的液相的液相水作為基準點，水作為基準點，規(guī)定其熱力學能及熵為規(guī)定其熱力學能及熵為0，即對于，即對于t0=ttp=0.01、p0=ptp=611.659 Pa的飽

18、和水有：的飽和水有：kgkJvpuhkgmvKkgkJskgkJu/0/00100021. 0)/(0/0000030009191忽略水的壓縮性，即比體積忽略水的壓縮性，即比體積v不變，不變，又溫度不變，則又溫度不變，則: uo=u0=0, w=0 q=0 so=so 0, h0= uo+p0 v003-6 水和水蒸氣的狀態(tài)參數水和水蒸氣的狀態(tài)參數state property二、溫度為二、溫度為0.01oC、壓力為、壓力為P的過冷水的過冷水9292飽和水狀態(tài)：飽和水狀態(tài)：TdTcTqTqpssqqhqphhdTcqpTTTTp16.27316.27316.273016.273),01. 0()

19、,01. 0(shql 3-6 水和水蒸氣的狀態(tài)參數水和水蒸氣的狀態(tài)參數state property三、溫度為三、溫度為t、壓力為、壓力為P的未飽和水的未飽和水T=0.01, Puo=u0=0, w=0 ,q=0so=so=0, h0= uo+p0,v0=09393四、壓力為四、壓力為P的干飽和蒸汽的干飽和蒸汽) () () (vvpuuhhssTs3-6 水和水蒸氣的狀態(tài)參數水和水蒸氣的狀態(tài)參數94943-6 水和水蒸氣的狀態(tài)參數水和水蒸氣的狀態(tài)參數由由t ts s（或（或p ps s）與）與x x共同確定共同確定：較大時xxvvvxvvxxvvx 1 10 x未飽和水 vv1 hxxhhx

20、xsxxvphu濕蒸汽 vvv過熱蒸汽 vv xh 1 sxxssx ssxssTxs 9595六、壓力為六、壓力為P的過熱蒸汽的過熱蒸汽 過熱度：過熱度：t tsTTpsTpTTpsSsTdTcTTdTcsqhhdTcq16.273supsup3-6 水和水蒸氣的狀態(tài)參數水和水蒸氣的狀態(tài)參數96963-7水蒸氣表和圖水蒸氣表和圖水與水蒸氣的狀態(tài)參數水與水蒸氣的狀態(tài)參數p、v、t、h、s均均可從水蒸氣圖表中查到，圖表中沒有的參數，可從水蒸氣圖表中查到，圖表中沒有的參數，可根據參數間的一般關系計算得到，如可根據參數間的一般關系計算得到，如u按按u=h-pv計算。計算。9797一、水蒸氣表一、水蒸

21、氣表飽和水及干飽和蒸汽表（表飽和水及干飽和蒸汽表（表3 36 6）未飽和水及過熱蒸汽表（表未飽和水及過熱蒸汽表（表3 37 7）查表查表蒸汽表蒸汽表判斷工質所處的狀態(tài)判斷工質所處的狀態(tài)查相應的表或進行相應的計算查相應的表或進行相應的計算9898一、水蒸氣表一、水蒸氣表(1).飽和水和干飽和蒸汽表飽和水和干飽和蒸汽表 (change with temperature（溫度）（溫度）)9999(2).飽和水和干飽和蒸汽表飽和水和干飽和蒸汽表 (change with pressure（壓力）（壓力）)p Mpatv m3/kgv m3/kgh kJ/kghkJ/kgr kJ/kgs kJ/kg.K

22、skJ/kg.K0.0016.94910.0010001.129.18529.212513.292484.10.10568.97350.0145.79880.001010314.673191.762583.722392.00.64908.14810.199.6340.00104321.6943417.522675.142257.61.30287.35891.0179.9160.00112720.19438762.842777.672014.82.13886.58592.0212.4170.00117670.099588908.642798.591890.02.44716.33953.0233.

23、8930.00121660.0666621008.22803.191794.92.64546.18545.0233.8930.00128620.0394391154.22793.641639.52.92015.9724100100(2).未飽和水和過熱蒸汽表未飽和水和過熱蒸汽表p=0.01Mpap=0.1Mpat v (m3/kg)h (kJ/kg )s (kJ/kg.K )v (m3/kg)h (kJ/kg )s (kJ/kg.K )5014.8692591.88.17320.0010121209.40.70376015.3362610.88.23130.0010171251.220.831

24、27015.8022629.98.28760.0010227293.070.95498016.2682648.98.34220.0010290334.971.07539016.7322667.98.39540.0010359379.961.192510017.1962686.98.44711.69612675.97.360911017.6602706.28.60081.74482696.27.414612018.1242725.18.54661.79312716.37.466513018.5872744.28.59451.84112736.37.5167101101(2).未飽和水和過熱蒸汽表

25、未飽和水和過熱蒸汽表p=0.09Mpap=0.1Mpap=0.2Mpap=0.3Mpat v (m3/kg)h (kJ/kg )s (kJ/kg.K )v (m3/kg)h (kJ/kg )s (kJ/kg.K )v (m3/kg)h (kJ/kg )s (kJ/kg.K )v (m3/kg)h (kJ/kg )s (kJ/kg.K )Subcolled-liquidSuperheated-liquid102102（x1,y1）（x,y）（x2,y2）XY121211xxyyxxyy111212yxxxxyyy熱力學性質表很簡單，它是把熱力學性質以一一對熱力學性質表很簡單，它是把熱力學性質以一一對應的表格形式表示出來，其特點表現在：對確定點數據準應的表格形式表示出來，其特點表現在：對確定點數據準確，但對非確定點需要內插計算，一般用直線內插。確，但對非確定點需要內插計算，一般用直線內插。 一、水蒸氣表一、水蒸氣表103103情況一：已知（情況一：已知（p,t）,判斷水或蒸汽所處的狀態(tài)判斷水或蒸汽所處的狀態(tài)查飽和表得已知壓力（或溫度）下的飽和溫度查飽和表得已知壓力（或溫度）下的飽和溫度ts(p)（或飽和壓力（或飽和壓力ps(t) ）：）：過熱蒸氣）出干度飽和狀態(tài)或濕蒸氣（給未飽和水)()()(pttxpttpttsss在濕蒸汽區(qū)，在濕蒸汽區(qū)，p、t不是兩個