嚴家騄版工程熱力學-第3章-氣體的熱力性質和熱力過程課件

1、10/13/20221中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱物理教研室第三章 理想氣體的性質與過程Properties and Process of the Ideal-Gas10/10/20221中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱10/13/20222中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱物理教研室工程熱力學的兩大類工質 1、理想氣體（ ideal gas） 可用簡單的式子描述 如汽車發(fā)動機和航空發(fā)動機以空氣為主的燃氣、空調中的濕空氣等2、實際氣體（ real gas） 不能用簡單的式子描述，真實工質 火力發(fā)電的水和水蒸氣、制冷空調中制冷工質等10/10/20222中國民航大學航空工程學

2、院發(fā)動機系工程熱10/13/20223中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱物理教研室3-1 理想氣體狀態(tài)方程 理想氣體定義：凡遵循克拉貝龍(Clapeyron)方程的氣體四種形式的克拉貝龍方程：注意: R與Rg 摩爾容積Vm狀態(tài)方程統(tǒng)一單位Ideal-gas equation of state10/10/20223中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱10/13/20224中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱物理教研室摩爾容積Molar specific volume (Vm)阿伏伽德羅假說: 相同 p 和 T 下各理想氣體的摩爾容積Vm相同在標準狀況下Vm常用來表示數(shù)量10/10/202

3、24中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱10/13/20225中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱物理教研室 R與Rg的區(qū)別R通用氣體常數(shù)Rg氣體常數(shù) M-Molar mass例如Universal Gas constant與氣體種類無關Gas constant與氣體種類有關10/10/20225中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱10/13/20226中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱物理教研室計算時注意事項 1、絕對壓力2、溫度單位 K3、統(tǒng)一單位（最好均用國際單位）10/10/20226中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱10/13/20227中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系

4、工程熱物理教研室計算時注意事項實例 V=1m3的容器有N2，溫度為20 ，壓力表讀數(shù)1000mmHg，pb=1atm，求N2質量。1）2）3）4）10/10/20227中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱10/13/20228中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱物理教研室1. 分子之間沒有作用力 2. 分子本身不占容積 但是, 當實際氣體 p 很小, V 很大, T不太低時, 即處于遠離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時, 可視為理想氣體。 理想氣體模型Model of iedal-gas現(xiàn)實中沒有理想氣體10/10/20228中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱10/13/20229中國民航大學航空工程

5、學院發(fā)動機系工程熱物理教研室 當實際氣體 p 很小, V 很大, T不太低時, 即處于遠離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時, 可視為理想氣體。 哪些氣體可當作理想氣體T常溫，p0u010/10/202276中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程10/13/202277中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱物理教研室h在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvphT=u0u0h0h010/10/202277中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程10/13/202278中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱物理教研室w在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvpu0u0h0h0w0w010/10/202278中國民航大學航空工程

6、學院發(fā)動機系工程10/13/202279中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱物理教研室wt在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvpu0u0h0h0w0w0wt0wt010/10/202279中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程10/13/202280中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱物理教研室q在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvpu0u0h0h0w0w0wt0wt0q0Tq010/10/202280中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程10/13/202281中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱物理教研室u,h,w,wt,q在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvpu0u0h0h0w0w0w

7、t0wt0q0u,h(T) w(v) wt(p) q(s)q010/10/202281中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程10/13/202282中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱物理教研室p-v,T-s圖練習（1）sTvp壓縮、升溫、放熱的過程，終態(tài)在哪個區(qū)域？10/10/202282中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程10/13/202283中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱物理教研室p-v,T-s圖練習（2）sTvp膨脹、降溫、放熱的過程，終態(tài)在哪個區(qū)域？10/10/202283中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程10/13/202284中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程熱物理

8、教研室p-v,T-s圖練習（3）sTvp膨脹、升溫、吸熱的過程，終態(tài)在哪個區(qū)域？10/10/202284中國民航大學航空工程學院發(fā)動機系工程3-7 不做功過程和絕熱過程1、不做膨脹功無摩擦 定容過程有摩擦 比體積增大的過程3-7 不做功過程和絕熱過程1、不做膨脹功3-7 不做功過程和絕熱過程真空3-7 不做功過程和絕熱過程真空3-7 不做功過程和絕熱過程注意：不作膨脹功的過程不同于定容過程，只有在無摩擦時兩個過程才相同。存在摩擦時不作膨脹功容積也會增大；而容積不變的過程如果存在摩擦就必然會消耗功。無論是否存在摩擦，不作膨脹功的過程熱量必定等于內能的變化定容過程中只有無摩擦熱量才等于內能的變化3

9、-7 不做功過程和絕熱過程注意：3-7 不做功過程和絕熱過程2、不做技術功無摩擦 定壓過程有摩擦 降壓過程3-7 不做功過程和絕熱過程2、不做技術功3-7 不做功過程和絕熱過程注意：不作技術功的過程不同于定壓過程，只有在無摩擦時兩個過程才相同。存在摩擦時不作技術功壓力也會下降；而壓力不變的過程如果存在摩擦就必然會消耗功。無論是否存在摩擦，不作技術功的過程熱量必定等于焓的變化定壓過程中只有無摩擦熱量才等于焓的變化3-7 不做功過程和絕熱過程注意：3、絕熱過程 無摩擦 定熵過程 有摩擦 熵必然增加3、絕熱過程3-7 不做功過程和絕熱過程注意：絕熱過程不同于等熵過程，只有在無摩擦時兩個過程才相同。存

10、在摩擦時絕熱過程熵也會增大；而等熵過程不一定不存在摩擦無論是否存在摩擦，絕熱過程膨脹功總等于內能的減少；技術功總等于焓的減少3-7 不做功過程和絕熱過程注意：3-8 絕熱自由膨脹和絕熱節(jié)流過程1、絕熱自由膨脹過程氣體在與外界絕熱的條件下向真空進行的不作膨脹功的膨脹過程3-8 絕熱自由膨脹和絕熱節(jié)流過程1、絕熱自由膨脹過程3-8 絕熱自由膨脹和絕熱節(jié)流過程理想氣體：(考慮摩擦時：膨脹使分子內動能減少，溫度降低，變?yōu)槟Σ凉Γ欢Σ凉ψ優(yōu)闊岜粴怏w吸收，溫度又回升，最后溫度不變）實際氣體： 焦耳效應 絕熱自由膨脹是典型的存在內摩擦的過程 3-8 絕熱自由膨脹和絕熱節(jié)流過程2、絕熱節(jié)流過程（絕熱存在內摩

11、擦的不作技術功的過程）2、絕熱節(jié)流過程（絕熱存在內摩擦的不作技術功的過程）理想氣體：實際氣體： 或理想氣體：3-9 定容混合過程和定壓混合過程1、定容混合過程混合后溫度：3-9 定容混合過程和定壓混合過程1、定容混合過程混合后溫度3-9 定容混合過程和定壓混合過程混合后壓力：混合后熵增：3-9 定容混合過程和定壓混合過程混合后壓力：混合后熵增：3-9 定容混合過程和定壓混合過程2、流動混合過程混合后溫度：3-9 定容混合過程和定壓混合過程2、流動混合過程混合后溫度3-9 定容混合過程和定壓混合過程混合后分壓力：混合后熵增：3-9 定容混合過程和定壓混合過程混合后分壓力：混合后熵增：3-10 充

12、氣過程和放氣過程1、充氣過程充氣前 T1 p1 m1充氣后 T2 p2 m2熱力學第一定律一般式：化簡：3-10 充氣過程和放氣過程1、充氣過程快速充氣（絕熱過程）充氣后溫度：充氣質量： 快速充氣（絕熱過程）如開始為真空：充氣后溫度：充氣質量： 如開始為真空：緩慢充氣（定溫過程）充氣過程熱量交換：充氣質量緩慢充氣（定溫過程）2、放氣過程放氣前 T1 p1 m1放氣后 T2 p2 m2熱力學第一定律：2、放氣過程快速放氣（絕熱過程）定熵過程放氣后溫度：放氣質量：快速放氣（絕熱過程）定熵過程緩慢放氣（定溫過程）放氣時熱量交換：放氣質量：緩慢放氣（定溫過程）嚴家騄版工程熱力學-第3章-氣體的熱力性質和熱力過程課件1kg空氣，初始狀態(tài)為P1=5bar，t1=1500C，(1)絕熱膨脹到P2=1bar；(2)定溫膨脹到P2=1bar；(3)多變膨脹到P2=1bar，多變指數(shù)n=1.2；試將各過程畫在P-V圖和T-S上，求出各過程內能、焓、熵的變化及過程中與外界的容積功、技術功、熱交換。設過程可逆，比熱為定值。(=1.4，R=0.287 KJ/Kg.K)汽缸中密封有空氣，初態(tài)為P1=0.2MPa，V1=0.4m3，經可逆過程膨脹到V2=0.8m3，分別求出以下兩過程中氣體作出的膨脹功： (1)過程中PV保持不變； (2)過程中氣體先按照P0.4-0.5V(式中P單位：M