工程熱力學(xué)課件第三章

1第三章氣體和蒸氣的性質(zhì)Propertiesofgasandvapor3-1理想氣體3-2理想氣體的比熱容3-3理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵3-4飽和狀態(tài)、飽和溫度和飽和壓力3-5水的定壓加熱汽化過(guò)程3-6水和水蒸氣狀態(tài)參數(shù)3-7水蒸氣圖表和圖23-1理想氣體熱能機(jī)械能是通過(guò)工質(zhì)在熱能動(dòng)力裝置中的一系列狀態(tài)變化實(shí)現(xiàn)的。對(duì)工質(zhì)的要求:物質(zhì)三態(tài)中氣態(tài)最適宜。

1）顯著的漲縮能力

2）流動(dòng)性

3）熱容量根據(jù)距液態(tài)的遠(yuǎn)近：

氣態(tài)氣體蒸氣33-1理想氣體

自然界中的氣體分子本身有一定的體積，分子相互間存在作用力，分子在兩次碰撞之間進(jìn)行的是非直線運(yùn)動(dòng)，難以精確描述和確定其復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，為了方便分析、簡(jiǎn)化計(jì)算，引出了理想氣體的概念。分子為不占體積的彈性質(zhì)點(diǎn)除碰撞外分子間無(wú)作用力理想氣體是實(shí)際氣體在低壓高溫時(shí)的抽象。

一、理想氣體(perfectgasoridealgas)的基本假設(shè)實(shí)際氣體就是不符合上述兩點(diǎn)假設(shè)的氣態(tài)物質(zhì)。43-1理想氣體Pam3kg氣體常數(shù),單位為J/(kg·K)KR=MRg=8.3145J/(mol·K)二、理想氣體的狀態(tài)方程(ideal-gasequation)通過(guò)理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算的比體積相對(duì)誤差=例如：已知P=1atm，T=300K，實(shí)測(cè)該條件下空氣比體積0.84925，5

考察按理想氣體狀態(tài)方程求得的空氣在表列溫度、壓力條件下的比體積v，并與實(shí)測(cè)值比較?？諝鈿怏w常數(shù)Rg=287.06J/(kg·K)（1）溫度較高，隨壓力增大，誤差增大;（2）雖壓力較高，當(dāng)溫度較高時(shí)誤差還不大，但溫度較低，則誤差極大;（3）壓力低時(shí)，即使溫度較低誤差也較小。本例說(shuō)明：低溫高壓時(shí)，應(yīng)用理想氣體假設(shè)有較大誤差。6在真實(shí)的環(huán)境中，哪些可以看作理想氣體？一般來(lái)說(shuō)，氬、氖、氦、氫、氧、氮、一氧化碳等臨界溫度低的單原子或雙原子氣體，在溫度不太低、壓力不太高時(shí)均遠(yuǎn)離液態(tài)，接近理想氣體假設(shè)條件。因而，工程上常用的氧氣、氮?dú)狻錃?、一氧化碳等及其混合氣體，如空氣、燃?xì)?、煙氣等工質(zhì)，在通常使用的溫度、壓力下都可以作為理想氣體處理。而火力發(fā)電廠動(dòng)力裝置中采用的水蒸氣、制冷裝置的工質(zhì)氟利昂蒸氣、氮蒸氣等，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(yuǎn)，就不能看作理想氣體。地球大氣（空氣）中雖然含有少量水蒸氣，但分子濃度度、分壓力小，在溫度不太低時(shí)，可視作理想氣體。73–2理想氣體的比熱容一、比熱容(specificheat)定義和分類定義：分類：按物量質(zhì)量熱容（比熱容）cJ/(kg·K)(specificheatcapacityperunitofmass)體積熱容C'J/（m3·K）(volumetricspecificheatcapacity)摩爾熱容CmJ/（mol·K）(molespecificheatcapacity)注：體積熱容是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積。物體溫度升高1K或1°所需熱量叫熱容單位質(zhì)量（1kg）物體溫度升高1K或1°所需熱量8按過(guò)程質(zhì)量定壓熱容（比定壓熱容）(constantpressurespecificheatcapacityperunitofmass)質(zhì)量定容熱容（比定容熱容）(constantvolumespecificheatcapacityperunitofmass)及二、理想氣體比定壓熱容，比定容熱容和邁耶公式1.比熱容一般表達(dá)式由于熱量是過(guò)程量，因此比熱容也是過(guò)程量，與經(jīng)歷的熱力過(guò)程有關(guān)。代入式（A）得92.cV定容過(guò)程

dv=0若為理想氣體即定容比熱僅是溫度的函數(shù)比熱容的一般表達(dá)式103.cp據(jù)一般表達(dá)式若為理想氣體Cp也僅是溫度的函數(shù)114.cp-cV邁耶公式（Mayer’sformula）5.討論1)cp與cV均為溫度函數(shù),但cp–cV恒為常數(shù)：RgCv不易測(cè)量，通過(guò)測(cè)量Cp，根據(jù)上式即可算出Cv122)(理想氣體)cp恒大于cV物理解釋:13定容0定壓b與c溫度相同，均為(T+1)K而14c)氣體常數(shù)Rg的物理意義Rg是1kg某種理想氣體定壓升高1K對(duì)外作的功。三、理想氣體的比熱容比

(specificheatratio；ratioofspecificheatcapacity)15三、利用比熱容計(jì)算熱量原理:

對(duì)cn作不同的技術(shù)處理可得精度不同的熱量計(jì)算方法:

真實(shí)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161.利用寧真實(shí)淘比熱桌容(tr辰ue車s急pe搏ci嘴fi臘c飄he沈at刊c始ap笨ac革it哀y)積分2.利用雕平均忙比熱更容表(me區(qū)ansp首ec刪if芬ic栽h起ea緩t要ca序pa潮ci烈ty)T1,T2均為帽變量,制表依太繁配復(fù)=面積am錯(cuò)od語(yǔ)a-面積bn赴od盡b附表417而由此挑可制苗作出潛平均腰比熱茅容表附表518附:線性瘦插值19例1某燃企氣輪潔機(jī)動(dòng)扛力裝泳置的的回?zé)岢狡髦屑?，空設(shè)氣從15養(yǎng)0°徐C定壓社加熱膛到35部0°宇C，求染每千如克空帥氣的肯加熱暮量。已知T1=（15嘩0+偷27鄉(xiāng)豐3.輔15）K制=妖42玩3.辦15北KT2=（35懼0+趟27蓋3.朝15）K很=響62糠3.辰15拔K203–濫3理想演氣體浴熱力餅學(xué)能臟、焓牽和熵1.理想謙氣體綁熱力掠學(xué)能胳和焓竿僅是溫度的函北數(shù)2)一、績(jī)理想君氣體滴的熱恨力學(xué)葡能和倍焓1)因理滲想氣每體分匆子間猶無(wú)作杜用力推論歉：對(duì)于踩理想奸氣體青，任子何一鼻個(gè)過(guò)風(fēng)程的產(chǎn)熱力捉學(xué)能睛（或焓）變浮化量就都和索溫度豪變化余相同換的定考容過(guò)深程（銷或定壓絞過(guò)程）熱察力學(xué)呢能（沾或焓）變化裕量相妥等。2100對(duì)于仔定容酷過(guò)程壤膨脹河功為0對(duì)于忌定壓脂過(guò)程額技術(shù)荷功為0對(duì)于夸理想席氣體抗，根渾據(jù)熱揮力學(xué)做第一辣定律帳解析援式22若為呢任意羊工質(zhì)??對(duì)于理想稈氣體一切芒同溫沸限之守間的裕過(guò)程Δu及Δh相同,且均斷可用cVΔT及cpΔT計(jì)算;對(duì)于實(shí)際承氣體Δu及Δh不僅飄與ΔT有關(guān),還與穗過(guò)程為有關(guān)拜且只炒有定說(shuō)容過(guò)殘程Δu=cVΔT,定壓危過(guò)程Δh=cpΔT。232.熱力酬學(xué)能輛和焓貴零點(diǎn)摟的規(guī)結(jié)定熱工喝計(jì)算院中只明要求踏確定屋過(guò)程發(fā)中熱早力學(xué)貫?zāi)芑驘掛手岛榈淖兓×浚瑢?duì)歐無(wú)化吼學(xué)反娛應(yīng)的抖熱力買過(guò)程免，物垂系的小化學(xué)裙能不帝變，印可人狹為定才義基堤準(zhǔn)點(diǎn)羨，令種其熱瓶力學(xué)嫩能為芒零，挪但通常箭取0病K。如以0°爭(zhēng)C時(shí)的肺焓值授為起左點(diǎn)，絡(luò)此時(shí)則24附表7其中賞各溫?zé)岫认卖~(yú)的比債焓h，就傍是取得出呆的。25三、理想夏氣體恩的熵(e墨nt窯ro介py默)1.定義2.理想晝氣體歌的熵棕是狀虜態(tài)參茂數(shù)其中：為1kg工質(zhì)在微元可逆過(guò)程中與熱源交換的熱量；T是傳熱時(shí)工質(zhì)的熱力學(xué)溫度；ds是此微元過(guò)程中1kg工質(zhì)的熵變，稱為比熵變。26定比買熱274.理想兆氣體變比替熱熵差化計(jì)算附表73.零點(diǎn)規(guī)定:通常取基準(zhǔn)狀態(tài)（P0=101325Pa、T0=0K）下氣體的熵選定藍(lán)基準(zhǔn)昨狀態(tài)教后，罰狀態(tài)訪（T，p0）時(shí)劈燕的熵渣值為任意怒狀態(tài)品（T，P）時(shí)s值為則數(shù)值僅取決于溫度T，可依溫度排列制表，如即鋒比熵暢變列出拜了1k策g空氣暢的S028附表7返回293–據(jù)4飽和伴狀態(tài)混、飽和怨溫度鵲和飽烏和壓慰力一、汽化刻和液玻化(v猛ap港or槐iz俘at想io蟻n宋an大d捧li歸qu肚ef翁ac條ti驅(qū)on筍)汽化祥：由液亞態(tài)到權(quán)氣態(tài)范的過(guò)滅程蒸發(fā)：在液體拜表面進(jìn)行釣的汽守化過(guò)許程液化：由氣司相到脈液相售的過(guò)棄程沸騰：在液體浪表面劍及內(nèi)亂部進(jìn)行的強(qiáng)但烈汽座化過(guò)匯程。30二、飽和遍狀態(tài)(S炒at威ur腳at際ed韻s填ta卷te乘)當(dāng)汽霸化速菜度=液化燙速度尊時(shí)，溫系統(tǒng)亮處于動(dòng)態(tài)課平衡，宏牛觀上酒氣、溜液兩恒相保捧持一維定的抖相對(duì)內(nèi)數(shù)量—飽和脖狀態(tài)。處于監(jiān)飽和求狀態(tài)洞下的墻蒸汽妙稱為飽和鏡蒸汽，液劃體稱西為飽和搶液體；此洲時(shí)氣晚、液繳的溫冷度相扮同—飽和到溫度，Ts；蒸蔥汽的棚壓力—飽和預(yù)壓力，ps。加熱藥，使誦溫度虛升高老如t'，保宣持定弱值，賴系統(tǒng)峰建立丑新的引動(dòng)態(tài)恢平衡評(píng)。與康之對(duì)弟應(yīng)，p變成ps'。所以一一瓦對(duì)應(yīng)，只擴(kuò)有一肺個(gè)獨(dú)諒立變迷量，渣即飽和礦蒸汽的特孝點(diǎn)：僅在一去定容出積下孔不能獲再含出有更去多的龜蒸汽委。31t/℃02050100120150p/MPa0.00061120.00233850.01234460.10133250.1984830.4757132三、臂幾叨個(gè)名斜詞飽和策液(sa駝tu繡ra哨te魚(yú)d架li筒qu擋id)—處于汁飽和擴(kuò)狀態(tài)朽的液塘體：t莖=段ts干飽吼和蒸盛汽(dr度y-餡sa勾tu灑ra岡te濟(jì)d謊va投po胡r;擊d叨ry寶v附ap卵or)—處于歉飽和份狀態(tài)駛的蒸褲汽：t陶=盾ts未飽渾和液(un倘sa礎(chǔ)tu芽ra薯te略d劍li息qu籍id)—溫度泉低于硬所處鞭壓力躁下飽淺和溫宿度的固液體：t<ts過(guò)熱宏蒸汽(su蜻pe部rh困ea夫te觀d余va絡(luò)po脂r)—溫度醋高于橫飽和類溫度甜的蒸錯(cuò)汽：t>ts,t–ts=d稱過(guò)熱度(de暫gr拐ee曲o易f袋su問(wèn)pe媽rh竹ea喚t)。濕飽梳和蒸底汽(we旁t-菠sa酷t(yī)u焰ra懶te牢d胃va氣po寒r;晝w煩et咐v傾ap交or)—飽和批液和加干飽舊和蒸簡(jiǎn)汽的腥混合細(xì)物：t涉=童ts使未劈燕飽和笛液達(dá)傾飽和淺狀態(tài)荷的途遺徑：33干度柜（dr吵yn聽(tīng)es搬s）（濕度y=1–x）x01飽和斷液濕飽擠和蒸梨汽干飽幼和蒸桐汽定義覽：濕爭(zhēng)蒸汽賀中干辭飽和重蒸汽最的質(zhì)毒量分高數(shù)，通用w或x表示輸。34四、治飽和扯狀態(tài)搬壓力救和溫漢度的輝關(guān)系表示銷飽和秀壓力鈴和飽抹和溫帥度關(guān)漆系的解狀態(tài)輕參數(shù)使圖（P-朵T圖）潑稱相圖。水的繪三相崖點(diǎn)(t賓ri先pl異e臟pi掀nt碑)：相圖慮中，唐氣固墳、液殘固和厭氣液相平獎(jiǎng)衡曲諷線只表主示飽糧和壓別力和濫飽和和溫度怨的對(duì)呆應(yīng)關(guān)墾系，牌在某湖確定腸飽和扔壓力斗（飽覽和溫起度）思兩相佛成分珍可自晌由變懇化。三條搞相平屢衡曲適線的攏交點(diǎn)冠稱為三相碧點(diǎn)，即犧物質(zhì)鐵氣、磁液、董固三熟相平想衡共協(xié)存的護(hù)狀態(tài)閑。液相右比體估積35預(yù)熱汽化過(guò)熱t(yī)<tst=tst=tst=tst>ts3–雜5水定悠壓加鹽熱汽撥化過(guò)滔程一、南水定模壓加啄熱汽辭化過(guò)常程過(guò)冷獸水（故未飽語(yǔ)和水拒）飽和山水濕飽肝和蒸月汽干飽漲和蒸率汽過(guò)熱妖蒸汽36二、澇水定棵壓加金熱汽舊化過(guò)姻程的p-v圖及T-s圖一點(diǎn)臨界紀(jì)點(diǎn)Cr汪it白ic欣al拖p也oi派nt兩線上界券限線(飽和仁水線)下界佩限線(飽和田蒸汽盤(pán)線)三區(qū)液汽液杰共存汽五態(tài)未飽課和水飽和諸水濕蒸腫汽干飽譽(yù)和蒸提汽過(guò)熱適蒸汽水的餡狀態(tài)肝可歸侮納為飽和砍水和撿飽和威蒸汽幸沒(méi)有寒區(qū)別37各種陶工質(zhì)漫均具懸有類停似水晨的性未質(zhì)383–扶6水和禮水蒸目氣狀趴態(tài)參蹈數(shù)●水和裂水蒸棍氣的姥狀態(tài)木參數(shù)柱可按不利同區(qū)扶域，薪由給稿出的線獨(dú)立陵?duì)顟B(tài)參廳數(shù)通埋過(guò)實(shí)杜際氣柱體狀匯態(tài)方祝程及其倒他一憂般關(guān)歸系式強(qiáng)計(jì)算廉（通償常由計(jì)章算機(jī)效計(jì)算購(gòu)）或偶查圖俊表確常定。●在動(dòng)棚力工校程中歸水蒸拍氣不宜利取用理驚想氣柄體性跑質(zhì)計(jì)御算●水蒸俊氣的送參數(shù)餓均為城實(shí)驗(yàn)峽和分答析方剩法獲舟得，事列出毒數(shù)據(jù)蔑表，群并制丹圖工弓工程僻計(jì)算材使用看。39一、甚零點(diǎn)努規(guī)定規(guī)定犁：三膚相點(diǎn)殊液態(tài)做水熱力蟲(chóng)學(xué)能倉(cāng)及熵?zé)挒榱憧山乘茷榍倭?0二、焦未飽稼和水爺（t，p）●查圖羊表或蓄由專屯用程催序計(jì)壇算三、仙飽男和水駕和飽畢和水雜蒸氣(ps和ts)查圖代表或賭由專稿用程暴序計(jì)必算●壓力仙不太羅高時(shí)燈，可啄近似四、描過(guò)援熱蒸解汽（p，t）注意乳：過(guò)熱瘡蒸汽孟不可匹用類繪似未圾飽和水的蕉近似散式，備因cp變化亞復(fù)雜。查圖菜表或璃由專課用程盼序計(jì)橋算。41五、工濕后飽和枯蒸汽由ts（或ps）與x共同分確定：x較大凈時(shí)未飽借和水過(guò)熱陰蒸汽濕飽批和蒸煩汽汽化潛熱，即汽化過(guò)程加入的熱量423–渴7水蒸火氣表蠶和圖一、趁水后蒸氣暫表1.飽和酷水和瞇干飽拍和蒸踏汽表432.未飽突和水枝和過(guò)底熱蒸療汽表p0.001MPa0.005MPa0.01MPa飽和參數(shù)ts=6.949℃v’=0.0010001,v”=129.185h’=29.21,h”=2513.3s’=0.1056,s”=8.9735ts=32.879℃v’=0.0010053,v”=28.191h’=137.72,h”=2560.6s’=0.4761,s”=8.3930ts=45.799℃v’=0.0010103,v”=14.673h’=191.76,h”=2583.7s’=0.6490,s”=8.1481tvhsvhsvhs℃m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)00.0010002-0.05-0.00020.00100020.0010003-0.05-0.00020.0010002-0.04-0.000210130.5982519.08.993842.010.15100.001000342.010.151020135.2262537.79.05880.001001883.870.29630.001001883.870.296340144.4752575.29.182328.8542574.08.43660.001009167.510.572350149.0962593.99.241229.7832592.98.496114.8692591.88.173260153.7172612.79.298430.7122611.88.553715.3362610.88.231380162.95626