工程熱力學(xué)基礎(chǔ)第三章

作業(yè)3-13-2第三章

理想氣體的性質(zhì)與過程PropertiesandProcessoftheIdeal-Gas火力發(fā)電裝置鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器過熱器ws

=

h1-

h2ws

=

h1-

h2工程熱力學(xué)的研究內(nèi)容

1、能量轉(zhuǎn)換的基本定律

2、工質(zhì)的基本性質(zhì)與熱力過程3、熱功轉(zhuǎn)換循環(huán)的工作原理工程熱力學(xué)的兩大類工質(zhì)

1、理想氣體（idealgas）

可用簡單的式子描述

如汽車發(fā)動機(jī)和航空發(fā)動機(jī)以空氣為主的燃?xì)?、空調(diào)中的濕空氣等2、實際氣體（realgas）

不能用簡單的式子描述，真實工質(zhì)

火力發(fā)電的水和水蒸氣、制冷空調(diào)中制冷工質(zhì)等§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:

Rm

與R

狀態(tài)方程統(tǒng)一單位Ideal-gasequationofstate

Rm與R的區(qū)別Rm——通用氣體常數(shù)R——氣體常數(shù)M-----Molarmass例如UniversalGasconstant與氣體種類無關(guān)Gasconstant與氣體種類有關(guān)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）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(zhì)量。1）2）3）4）1.

分子之間沒有作用力2.

分子本身不占容積

但是,當(dāng)實際氣體p

很小,V

很大,T不太低時,即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時,可視為理想氣體。

理想氣體模型Modelofiedal-gas現(xiàn)實中沒有理想氣體

當(dāng)實際氣體p

很小,V

很大,T不太低時,即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時,可視為理想氣體。

哪些氣體可當(dāng)作理想氣體T>常溫，p<7MPa的雙原子分子理想氣體O2,N2,Air,CO,H2如汽車發(fā)動機(jī)和航空發(fā)動機(jī)以空氣為主的燃?xì)獾热臃肿樱℉2O,CO2)一般不能當(dāng)作理想氣體特殊可以，如空調(diào)的濕空氣，高溫?zé)煔獾腃O2

§3-2

(比)熱容SpecificHeats計算內(nèi)能,焓,熱量都要用到熱容定義:比熱容單位物量的物質(zhì)升高1K或1oC所需的熱量Theenergyrequiredtoraisethetemperatureofaunitmassofasubstancebyonedegree§3-2

(比)熱容SpecificHeats

比熱容c:

質(zhì)量比熱容Cm:

摩爾比熱容Cm=M·cTs(1)(2)1

K比熱容是過程量還是狀態(tài)量?c1c2用的最多的某些特定過程的比熱容定容比熱容定壓比熱容定容比熱容cv任意準(zhǔn)靜態(tài)過程u是狀態(tài)量，設(shè)

定容Specificheatatconstantvolume定壓比熱容cp任意準(zhǔn)靜態(tài)過程h是狀態(tài)量，設(shè)

定壓Specificheatatconstantpressurecv和cp的說明1、

cv和cp

，過程已定,可當(dāng)作狀態(tài)量。2、前面的推導(dǎo)沒有用到理想氣體性質(zhì)3、

h、u

、s的計算要用cv和cp

。適用于任何氣體。cv物理意義：v時1kg工質(zhì)升高1K內(nèi)能的增加量cp物理意義：p時1kg工質(zhì)升高1K焓的增加量常見工質(zhì)的cv和cp的數(shù)值0oC時：cv,air=

0.716

kJ/kg.K

cp,air=

1.004

kJ/kg.Kcv,O2=

0.655

kJ/kg.K

cp,O2=

0.915

kJ/kg.K1000oC時：cv,air=

0.804

kJ/kg.K

cp,air=

1.091

kJ/kg.Kcv,O2=

0.775

kJ/kg.K

cp,O2=

1.035

kJ/kg.K25oC時：cv,H2O=

cp,H2O=

4.1868

kJ/kg.K§3-3理想氣體的u、h、s和熱容一、理想氣體的u

1843年焦耳實驗，對于理想氣體p

v

T不變

AB絕熱自由膨脹真空理想氣體的內(nèi)能u理氣絕熱自由膨脹

p

v

T不變

理想氣體內(nèi)能的物理解釋內(nèi)能＝內(nèi)動能＋內(nèi)位能T,v

理想氣體無分子間作用力，內(nèi)能只決定于內(nèi)動能?

如何求理想氣體的內(nèi)能uT理想氣體u只與T有關(guān)理想氣體內(nèi)能的計算理想氣體，任何過程理想氣體

實際氣體理想氣體的焓理想氣體實際氣體理想氣體h只與T有關(guān)理想氣體，任何過程熵的定義:

可逆過程

理想氣體理想氣體的熵pv=RT僅可逆適用？T1p1v1s1T2p2v2s212理想氣體，任何過程一般工質(zhì):

理想氣體：邁耶公式Mayer’sformula理想氣體的熱容令比熱比1、按定比熱

2、按真實比熱計算理想氣體熱容、u、h和s的計算理想氣體熱容的計算方法：h、u

、s的計算要用cv和cp分子運動論1、按定比熱計算理想氣體熱容運動自由度單原子雙原子多原子Cv,m[kJ/kmol.K]Cp,m

[kJ/kmol.K]k1.671.41.292、按真實比熱計算理想氣體的熱容根據(jù)實驗結(jié)果整理理想氣體1.

2.

cv為真實比熱理想氣體

u的計算3.

若為空氣，直接查附表2理想氣體，任何過程T1u1T2u2121.

2.

cp為真實比熱理想氣體

h的計算3.

若為空氣，直接查附表2理想氣體，任何過程若定比熱理想氣體

s的計算理想氣體，任何過程§3-4

研究熱力學(xué)過程的目的與方法目的提高熱力學(xué)過程的熱功轉(zhuǎn)換效率熱力學(xué)過程受外部條件影響

主要研究外部條件對熱功轉(zhuǎn)換的影響利用外部條件,合理安排過程，形成最佳循環(huán)對已確定的過程，進(jìn)行熱力計算研究熱力學(xué)過程的對象與方法對象1)參數(shù)(p,T,v,u,h,s

)變化2)能量轉(zhuǎn)換關(guān)系,

q

,w,wt方法抽象分類2)可逆過程(不可逆再修正)基本過程研究熱力學(xué)過程的依據(jù)2)理想氣體3)可逆過程

1)熱一律穩(wěn)流研究熱力學(xué)過程的步驟1)確定過程方程------該過程中參數(shù)變化關(guān)系5)計算w

,

wt,

q4)求3)用T-s

與p-v

圖表示2)根據(jù)已知參數(shù)及過程方程求未知參數(shù)§3-5理想氣體的等熵過程(2)不僅,s處處相等

絕熱可逆s說明:(1)不能說絕熱過程就是等熵過程,

必須是可逆絕熱過程才是等熵過程。adiabaticisentropicReversibleadiabatic三個條件:

(1)理想氣體(2)可逆過程(3)

k為常數(shù)理想氣體s

的過程方程當(dāng)理想氣體理想氣體s

的過程方程

內(nèi)能變化焓變化熵變化

理想氣體s

u,

h,

s的計算狀態(tài)參數(shù)的變化與過程無關(guān)

膨脹功w理想氣體s

w,wt,q的計算技術(shù)功

wt熱量

q作業(yè)3-33-43-83-12§3-7理想氣體熱力過程的綜合分析理想氣體的多變過程(Polytropicprocess)過程方程n是常量，每一過程有一n值nn=ks理想氣體n

w,wt,q的計算多變過程比熱容(1)

當(dāng)n=0

(2)

當(dāng)n=1多變過程與基本過程的關(guān)系(3)

當(dāng)n=k

(4)

當(dāng)n=

pTsvnpTsv基本過程是多變過程的特例isothermalisentropicisobaricisochoric

基本過程的計算是我們的基礎(chǔ)，要非常清楚，非常熟悉。基本要求：拿來就會算參見書上表3－4

公式匯總理想氣體基本過程的計算斜率理想氣體過程的p-v,T-s圖上凸?下凹？sTvpppp斜率理想氣體過程的p-v,T-s圖上凸?下凹？sTvpppvvv斜率理想氣體過程的p-v,T-s圖上凸?下凹？sTvpppTvvTT理想氣體過程的p-v,T-s圖sTvpppsvvTTss理想氣體基本過程的p-v,T-s圖sTvpppvvTTssu在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvpuT=

u>0

u>0h在p-v,T-s圖上的變化趨勢sTvphT=

u>0

u>0

h>0

h>0w在p-v,