工質(zhì)的性質(zhì)精品課件

1、工質(zhì)的性質(zhì)1第1頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三 2-1 理想氣體的比熱容分子為不占體積的彈性質(zhì)點除碰撞外分子間無作用力理想氣體是實際氣體在低壓高溫時的抽象一、理想氣體的基本假設2第2頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三二. 理想氣體的比熱容1、定義和分類定義：c與過程有關(guān)c是溫度的函數(shù)分類：按物量質(zhì)量熱容（比熱容）c J/(kgK)體積熱容 c J/（m3K）摩爾熱容 Cm J/(molK)3第3頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三按過程質(zhì)量定壓熱容（比定壓熱容）質(zhì)量定容熱容（比定容熱容）及2、理想氣體比定壓熱容， 比定容

2、熱容和邁耶公式比熱容一般表達式4第4頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三 cV定容過程 dv=0若為理想氣體是溫度的函數(shù)5第5頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三 cp理想氣體cp是溫度函數(shù)cp- cV邁耶公式6第6頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三討論a) cp與cV均為溫度函數(shù),但cpcV恒為常數(shù)：Rgb) (理想氣體)cp恒大于cV物理解釋:7第7頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三定容0定壓b與c溫度相同,均為(T+1)K而8第8頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三c)氣體常

3、數(shù)Rg的物理意義Rg是1kg某種理想氣體定壓升高1K對外作的功。3、理想氣體的比熱容比注：理想氣體可逆絕熱過程的絕熱指數(shù)9第9頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三三. 利用比熱容計算熱量原理: 對cn作不同的技術(shù)處理可得精度不同的熱量計算方法: 真實比熱容積分 利用平均比熱表 利用平均比熱直線 定值比熱容10第10頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三1.利用真實比熱容積分2.利用平均比熱容表由此可制作出平均比熱容表11第11頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三附:線性插值12第12頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26

4、分，星期三3.定值比熱容 據(jù)氣體分子運動理論，可導出 但多原子誤差更大13第13頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三單原子氣體 i=3雙原子氣體 i=5多原子氣體 i=614第14頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三22 理想氣體熱力學能、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(shù) a)因理想氣體分子間無作用力b)15第15頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三討論: 如圖:0016第16頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三若為水蒸氣? 對于理想氣體一切同溫限之間的過程u及h相同

5、,且均可用cV T及cp T計算; 對于水蒸氣u及h不僅與T有關(guān),還與過程有關(guān)且只有定容過程u= cVT,定壓過程h= cp T。2.熱力學能和焓零點的規(guī)定 可任取參考點,令其熱力學能為零,但通常取 0 K。17第17頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三 例2-1 容器A初始時真空，充氣，若充入空氣h等于常數(shù)，求：充氣后A內(nèi)氣體溫度。解：取A為控制容積已知：18第18頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三0因空氣為理想氣體，故其h和u 僅是溫度函數(shù)1）取0為基點2）取0 K為基點19第19頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三為什么

6、？結(jié)論： 情況1）實際上有兩個參考點，即所以可任選參考溫度，但一個問題中只能有一個參考點。20第20頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三二. 理想氣體的熵1.定義3.理想氣體的熵是狀態(tài)參數(shù)2.零點規(guī)定: 通常取標準狀態(tài)下氣體的熵為零21第21頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三定比熱22第22頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三例2-2 某種理想氣體作自由膨脹，求：s12。解：1）因容器剛性絕熱， 氣體作自由膨脹即T1=T2023第23頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三又因為是閉口系，m不變，而V2=2V

7、10上述兩種結(jié)論哪一個對？為什么？為什么熵會增加？既然?24第24頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三結(jié)論： 1）必須可逆2）熵是狀態(tài)參數(shù)，故用可逆方法推出的公式也 可用于不可逆過程。3）不可逆絕熱過程的熵變大于零。25第25頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三 通用壓縮因子和通用壓縮因子圖 2.通用壓縮因子圖若取Zc為常數(shù)，則1.壓縮因子圖33*26第26頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三幻燈片 1427第27頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三28第28頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26

8、分，星期三 3-4 水 蒸 氣一.汽化和液化汽化：由液態(tài)到氣態(tài)的過程蒸發(fā)：液體表面進行 的汽化過程液化：由氣相到液相的過程沸騰：在液體表面及內(nèi)部進行 的強烈汽化過程。29第29頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三二.飽和狀態(tài) 當汽化速度=液化速度時，系統(tǒng)處于動態(tài)平衡，宏觀上氣、液兩相保持一定的相對數(shù)量飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)的溫度飽和溫度，ts(Ts)飽和狀態(tài)的壓力飽和壓力，ps 加熱，使溫度升高如t，并保持定值，系統(tǒng)建立新的動態(tài)平衡。與之對應，p變成ps。所以一一對應，只有一個獨立變量，即30第30頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三 t/ 020501

9、00120150p/ MPa0.0061120.00233850.01234460.10133250.1984830.4757131第31頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三幾個名詞： 飽和液處于飽和狀態(tài)的液體： t=ts 干飽和蒸汽處于飽和狀態(tài)的蒸汽：t=ts 未飽和液溫度低于所處壓力下飽和溫度的液體：tts, tts=d稱過 熱度。 濕飽和蒸汽飽和液和干飽和蒸汽的混合物：t=ts使未飽和液達飽和狀態(tài)的途徑：32第32頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三三.干度（濕度 y=1x）x01飽和液濕飽和蒸汽干飽和蒸汽定義：濕蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分數(shù)，用

10、w或x表示。33第33頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三四.水定壓加熱汽化過程預熱汽化過熱t(yī)ts34第34頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三五.水定壓加熱汽化過程的p-v圖及T-s圖一點：臨界點兩線上界限線下界限線三區(qū)液汽液共存汽五態(tài)未飽和水飽和水濕蒸汽干飽和蒸汽過熱蒸汽35第35頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三35 水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)表和圖 水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)可按不同區(qū)域，由給出的獨立狀態(tài)參數(shù)通過實際氣體狀態(tài)方程及其他一般關(guān)系式計算（通常由計算機計算）或查圖表確定。一.零點規(guī)定規(guī)定：三相點液態(tài)水熱力學能及熵為零可近似

11、為零在動力工程中水蒸氣不宜利用理想氣體性質(zhì)計算36第36頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三37第37頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三二.未飽和水（t，p）查圖表或由專用程序計算三.飽和水和飽和水蒸氣(ps和ts) 查圖表或由專用程序計算壓力不太高時，可近似四.過熱蒸汽（p，t）注意：過熱蒸汽不可用類似未飽和 水的近似式，因cp變化復雜。查圖表或由專用程序計算。38第38頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三五.濕飽和蒸汽由ts（或ps）與x共同確定：39第39頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三六.水蒸

12、氣表 1.飽和水和干飽和蒸汽表40第40頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三2.未飽和水和過熱蒸汽表 p0.001MPa0.005MPa0.01MPa 飽 和 參 數(shù)ts=6.949v=0.0010001, v”=129.185h=29.21, h”=2513.3s=0.1056, s ”=8.9735ts=32.879v=0.0010053, v”=28.191h=137.72, h”=2560.6s=0.4761, s”=8.3930ts=45.799v=0.0010103, v”=14.673h=191.76, h”=2583.7s=0. 6490, s”=8.14

13、81 tvhsvhsvhs m3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kgK) 00.0010002-0.05-0.00020.0010002-0.05-0.00020.0010002-0.04-0.000210130.5982519.08.99380.001000342.010.15100.001000342.010.151020135.2262537.79.05880.001001883.870.29630.001001883.870.296340144.4752575.29.182328.8542574.08.43660.0010

14、09167.510.572350149.0962593.99.241229.7832592.98.496114.8692591.88.173260153.7172612.79.298430.7122611.88.553715.3362610.88.231380162.9562650.39.408032.5662649.78.663916.2682648.98.3422100172.1922688.09.512034.4182687.58.768217. 1962686.98.4471120181.4262725.99.610936.2692725.58.867418.1242725.18.54

15、6641第41頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三2）定溫線群1）定壓線群3）等容線群4）等干度線七.水蒸氣的焓熵（h-s）圖42第42頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三43第43頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三 例3-3 （1）150的液態(tài)水放在一密封容器內(nèi)，試問水可能處于什么壓力？ （2）329.8，15.5MPa的H2O處于什么狀態(tài)？ （3）6.53MPa, 282.8的H2O處于什么狀態(tài)？解：（1） 查飽和蒸汽表， t1=150時ps=0.47571MPa 因此水可能處于p0.47571MPa，若p 329.8所以

16、是未飽和水。（3）查飽和蒸汽表， p=6.53MPa時ts=281.2 282.8所以是微過熱蒸汽。44第44頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三例3-4 用溫度為500K的恒溫熱源加熱1atm的飽和水，使之定壓汽化為100的飽和干蒸汽，求： 1）該過程中工質(zhì)的熵變?nèi)绾斡嬎悖?2）過程中熵流和熵產(chǎn)。解：1）由表列數(shù)據(jù)45第45頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三因為飽和水汽化過程2）由閉口系熵方程46第46頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三例3-5 已知水蒸氣壓力為p=0.5MPa，比體積v=0.35 m3/kg問這是不是過熱

17、蒸汽？如果不是，那么是飽和蒸汽還是濕蒸汽？用水蒸氣表求出其他參數(shù)。解：利用水蒸氣表，p=0.5MPa時所以該水蒸氣不是過熱蒸汽而是飽和濕蒸汽47第47頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三48第48頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三A4221661 例3-6 壓力容器內(nèi)100時水的體積是蒸汽體積的1/10，加熱終態(tài)時容器內(nèi)壓力達2.0MPa。試求此時容器內(nèi)溫度。問終態(tài)時鍋內(nèi)蒸汽量比初態(tài)時增大還是減小？ 解： 狀態(tài)1： 查飽和水和飽和水蒸氣表，100時： 49第49頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三狀態(tài)2： p2=2MPa 所以

18、為飽和濕蒸汽狀態(tài)由于總質(zhì)量不變，干度增大，所以水蒸氣量增大。 50第50頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三 目前，大多數(shù)軟件采用IFC公式，其適用范圍：273.16 1073.15K；0100MPa；將整個區(qū)域分成6個子區(qū)域，用不同的公式描述，它們的邊界線也用不同的函數(shù)表達。 嚴家騄教授用統(tǒng)一公式，滿足新骨架表的要求。 本校汪國山老師編制了水和水蒸氣程序，在所有區(qū)域只要輸入任意兩個獨立參數(shù)即可計算所有其他參數(shù)，精度符合IFC97公式。36 水和水蒸氣熱力性質(zhì)程序簡介51第51頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三3.7 理想氣體混合物考慮氣體混合物的

19、基本原則：混合氣體的組分都處理想氣體狀態(tài)，則混合氣體也處理想氣體狀態(tài)；混合氣體可作為某種假想氣體，其質(zhì)量和分子數(shù)與組分氣體質(zhì)量之和及分子數(shù)之和相同；理想氣體混合物可作為Rg混和M混的“某種”理想氣體。52第52頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三一、混合氣體的分壓力定律和分容積定律1.分壓力定律(Dalton law of partial pressure) 分壓力組分氣體處在與混合氣體相同容積、相同溫度單獨對壁面的作用力。 53第53頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三 2、分容積定律(law of partial volume) 分容積組分氣體處

20、在與混合氣體同溫同壓單獨 占有的體積。54第54頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三三、混合氣體成分2.體積分數(shù)(volume fraction of a mixture)3.摩爾分數(shù)(mole fraction of a mixture)1.質(zhì)量分數(shù)(mass fraction of a mixture)55第55頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三4.各成分之間的關(guān)系56第56頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三6.利用混合物成分求M混和Rg混a)已知質(zhì)量分數(shù)57第57頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期

21、三b)已知摩爾分數(shù)例題第三章A411143.ppt例題第三章A711143.ppt58第58頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三四、理想氣體混合物的比熱容、熱力學能、焓和熵a.比熱容b.熱力學能c.焓d.熵59第59頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三 如某種混合氣體由A,B兩種氣體組成,混合氣體壓力p,分壓力為pA,pB,溫度為T,則混合氣體(無化學反應)微過程中:60第60頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三1kg:定比熱容:61第61頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三3.8 濕空氣概述 地球上的大氣

22、由氮、氧、氬、二氧化碳、水蒸氣及極微量的其他氣體所組成。水蒸氣以外的所有組成氣體稱為干空氣，看作是不變的整體。因此，大氣是干空氣與水蒸氣組成的混合氣體。 干空氣隨時間、地理位置、海拔、環(huán)境污染 等因素而產(chǎn)生微小的變化，為便于計算，將干空氣標準化（不考慮微量的其它氣體） 成分相對分子質(zhì)量摩爾成分O232.0000.2095N228.0160.7809Ar39.9440.0093CO244.010.000362第62頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三濕空氣=干空氣(dry air)+ 水蒸氣(water vapor)濕空氣是理想氣體混合物一.未飽和濕空氣(unsaturat

23、ed air)和 飽和濕空氣(saturated air)所以空氣飽和與否取決于t，pv空氣中的水蒸氣過熱空氣未飽和飽和空氣飽和63第63頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三如未飽和飽和？飽和64第64頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三空氣達成飽和的途徑 t不變，pv上升，pv=ps(t)pv不變，t下降，t=ts(pv)二.露點dew point 濕空氣中水蒸氣壓力pv所對應 的飽和溫度，td=ts(pv) 。例題第十三章A422144.ppt65第65頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三3.9 相對濕度和含濕量一.絕對濕度

24、(absolute humidity)v 每立方米濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量 kg/m3所以3）v數(shù)值不能直接反映濕空氣吸濕能力的大小 如pv=0.6566kPa，1時pv=ps，無吸濕能力 10時pvps有吸濕能力。66第66頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三 二、相對濕度（飽和度）- humidity 濕空氣中水蒸氣含量與同溫度下最大可能含量之比。 =0 干空氣0 ts（p），如在1atm時，t 100 時， 由于水蒸汽的最大壓力（飽和壓力）ps p，故1）2）此時67第67頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三例題第十三章A922133.ppt三、含濕量d 1kg干空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量a）當p一定時，kg水蒸氣/kg干空氣b) 一定，升溫吸濕原理討論：68第68頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期三四、干球溫度和濕球溫度 tw 69第69頁，共78頁，2022年，5月20日，20點26分，星期