工程熱力學(xué)氣體的熱力性質(zhì)

1、工程熱力學(xué)氣體的熱力性質(zhì)第1頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三本章基本要求1 掌握理想氣體狀態(tài)方程的各種表述形式， 并應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程及理想氣體定值 比熱進(jìn)行各種熱力計(jì)算 2掌握理想氣體平均比熱的概念和計(jì)算方法第2頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三本章重點(diǎn) 1 理想氣體的熱力性質(zhì) 2 理想氣體狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系3 理想氣體比熱第3頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三5.1 理想氣體狀態(tài)方程一 理想氣體定義忽略氣體分子間相互作用力和分子本身體積影響,僅具有彈性質(zhì)點(diǎn)的氣體，注意：當(dāng)實(shí)際氣體p0 v的極限狀態(tài)時(shí)，氣體為理想氣體。二 理

2、想氣體狀態(tài)方程的導(dǎo)出 V：nKmol氣體容積m3； V：質(zhì)量為mkg氣體所占的容積；P：絕對(duì)壓力Pa ；v：比容m3/kg； T：熱力學(xué)溫度K 狀態(tài)方程VM：摩爾容積m3/kmol； RM ：通用氣體常數(shù)，J/kmolK；第4頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三理想氣體狀態(tài)方程1、狀態(tài)方程式反映平衡狀態(tài)參數(shù)之間數(shù)量關(guān)系的方程，它只用于平衡狀態(tài)，不能用于過程計(jì)算。2、必須采用絕對(duì)溫度和絕對(duì)壓力，而不能有攝氏溫度和表壓力。3、各物理量的單位必須與通用氣體常數(shù)協(xié)調(diào)一致。第5頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三工程熱力學(xué)的兩大類工質(zhì) 1、理想氣體（ ideal

3、gas） 可用簡單的式子描述 如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)以空氣為主的燃?xì)?、空調(diào)中的濕空氣等2、實(shí)際氣體（ real gas） 不能用簡單的式子描述，真實(shí)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)等第6頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三狀態(tài)方程的應(yīng)用 1 求平衡態(tài)下的參數(shù)2 兩平衡狀態(tài)間參數(shù)的計(jì)算3 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與任意狀態(tài)或密度間的換算4 求氣體體積膨脹系數(shù)第7頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三 ：體積為V的真空罐出現(xiàn)微小漏氣。設(shè)漏氣前罐內(nèi)壓力p為零，而漏入空氣的流率與（p0p）成正比，比例常數(shù)為，p0為大氣壓力。由于漏氣過程十分緩慢，可以認(rèn)為罐內(nèi)、外溫

4、度始終保持T0不變，試推導(dǎo)罐內(nèi)壓力p的表達(dá)式。 例2：容器內(nèi)盛有一定量的理想氣體，如果將氣體放出一部分后達(dá)到了新的平衡狀態(tài)，問放氣前、后兩個(gè)平衡狀態(tài)之間參數(shù)能否按狀態(tài)方程表示為下列形式： （a） （b）題解解：放氣前、后兩個(gè)平衡狀態(tài)之間參數(shù)能按方程式（a）形式描述，不能用方程式（b）描述，因?yàn)槿萜髦兴⒂幸欢康睦硐霘怏w當(dāng)將氣體放出一部分后，其前、后質(zhì)量發(fā)生了變化根據(jù) ， ，而 可證。解例1第8頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三例題1解:由題設(shè)條件已知 漏入空氣的流率: 罐內(nèi)的狀態(tài)方程dV=0;dT=0 積分(P由0到p)得微分（2） （1） 或或第9頁，共22頁，202

5、2年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三計(jì)算時(shí)注意事項(xiàng) 1、絕對(duì)壓力2、溫度單位 K3、統(tǒng)一單位（最好均用國際單位）第10頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三Rm與R的區(qū)別Rm通用氣體常數(shù) (與氣體種類無關(guān)) R氣體常數(shù) (隨氣體種類變化)M-摩爾質(zhì)量例如第11頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三 但是, 當(dāng)實(shí)際氣體 p 很小, V 很大, T不太低時(shí), 即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀態(tài)時(shí), 可視為理想氣體。 哪些氣體可當(dāng)作理想氣體T常溫，p7MPa的雙原子分子理想氣體O2, N2, Air, CO, H2如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)以空氣為主的燃?xì)獾热臃肿樱℉2O

6、, CO2)一般不能當(dāng)作理想氣體特殊，如空調(diào)的濕空氣，高溫?zé)煔獾腃O2 ，可以第12頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三5-2 理想氣體的比熱 計(jì)算內(nèi)能, 焓, 熱量都要用到比熱定義: 比熱單位物量的物質(zhì)升高1K或1oC所需的熱量c : 質(zhì)量比熱容 Mc:摩爾比熱容 C: 容積比熱容 C=Mc=22.414C標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)第13頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三Ts(1)(2)1K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第14頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三定容比熱容cv任意準(zhǔn)靜態(tài)過程u是狀

7、態(tài)量，設(shè) 定容物理意義： v 時(shí)1kg工質(zhì)升高1K內(nèi)能的增加量第15頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三定壓比熱容cp任意準(zhǔn)靜態(tài)過程h是狀態(tài)量，設(shè) 定壓物理意義： p 時(shí)1kg工質(zhì)升高1K焓的增加量第16頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三cv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)，所以適用于任何氣體。3、梅耶公式： ，比熱比：第17頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三定值、真實(shí)、平均比熱 定值比熱：凡分子中原子數(shù)目相同因而其運(yùn)動(dòng)自由度也相同的氣體，它們的摩爾比熱值都相等，稱為定值比熱 真實(shí)比熱：相應(yīng)于每一溫度下的比熱值稱為氣體的真實(shí)比熱。比熱與溫度的函數(shù)關(guān)系:第18頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三平均比熱容 表示兩溫度間隔內(nèi)比熱容的積分平均值第19頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三理想氣體的熱力學(xué)能，焓和熵理想氣體的熱力學(xué)能和焓是溫度的單值函數(shù)第20頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三熵：已知(T,P )已知（T,V ）已知（P,V ）第21頁，共22頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)23分，星期三 本章應(yīng)注意的問題2考慮比熱隨溫度變化后，產(chǎn)生了多種計(jì)算理想氣體熱 力參數(shù)變化量的方法，要熟練地掌