工程热力学课件(理想气体的性质).ppt
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1、工程热力学课件,第三章 理想气体的性质 Properties of ideal gas,工程热力学的两大类工质,1、理想气体( ideal gas),可用简单的式子描述 如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气、空调中的湿空气等,2、实际气体( real gas),不能用简单的式子描述,真实工质 火力发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等,3-1 理想气体状态方程,4,Pa,m3,kg,气体常数:J/(kg.K),K,R=MRg=8.3145J/(mol.K),摩尔容积Vm,阿伏伽德罗假说: 相同 p 和 T 下各理想气体的 摩尔容积Vm相同,在标准状况下,Vm常用来表示数量,R与Rg的区别,
2、R通用气体常数 (与气体种类无关),Rg气体常数 (随气体种类变化),M-摩尔质量,例如,计算时注意事项,1、绝对压力,2、温度单位 K,3、统一单位(最好均用国际单位),1. 分子之间没有作用力 2. 分子本身不占容积,但是, 当实际气体 p 很小, V 很大, T不太低时, 即处于远离液态的稀薄状态时, 可视为理想气体。,理想气体模型,现实中没有理想气体,但是, 当实际气体 p 很小, V 很大, T不太低时, 即处于远离液态的稀薄状态时, 可视为理想气体。,哪些气体可当作理想气体?,T常温,p7MPa 的双原子分子,理想气体,O2, N2, Air, CO, H2,如汽车发动机和航空发动
3、机以空气为主的燃气等,三原子分子(H2O, CO2)一般不能当作理想气体,特殊,如空调的湿空气,高温烟气的CO2 ,可以,例题:压缩空气的质量流量与体积流量,某台压缩机输出的压缩空气,其表压力为pe=0.22MPa,温度t=156,这时压缩空气为每小时流出3200m3。设当地大气压pb=765mmHg,求压缩空气的质量流量qm(kg/h),以及标准状态体积流量qv0(m3/h)。,解:压缩机出口处空气的温度T=156+273=429K 绝对压力为:,该状态下体积流量qv =3200m3/h。将上述各值代入以流率形式表达的理想气体状态方程式。得出摩尔流量qn(mol/h),空气的分子量Mr=28
4、.97, 故摩尔质量M=28.9710-3kg/mol,空气的质量流量为: qm=Mqn=28.9710-3 kg/mol 288.876103mol/h =8368.76kg/h 标准状态体积流量为: qv0=22.414110-3 qn=22.414110-3 m3 288.876103mol/h =6474.98 m3/h。,3-2 (比)热容specific heat,计算内能, 焓, 热量都要用到热容,定义: 比热容,单位物量的物质升高1K或1oC所需的热量,c : 质量比热容,摩尔比热容,C: 容积比热容,Cm=Mc=22.414C,定容比热容cv,任意准静态过程,u是状态量,设,
5、定容,物理意义: v 时1kg工质升高1K内能的增加量,定压比热容cp,任意准静态过程,h是状态量,设,定压,物理意义: p 时1kg工质升高1K焓的增加量,cv和cp的说明,1、 cv 和 cp ,过程已定, 可当作状态量 。,2、前面的推导没有用到理想气体性质, 所以,3、 h、u 、s的计算要用cv 和 cp 。,适用于任何气体。,理想气体内能和焓的特性,1)由于理想气体的分子之间没有相互作用力,无内位能,只有内动能,故理想气体的内能是温度的单值函数。U=U(T)。 2)由H=U+PV=U+mRT可知,理想气体的焓也是温度的单值函数。H=H(T)。,理想气体比热基本关系式,1) 2) 3
6、),迈耶公式,令,比热比,,四.利用比热容计算热量,原理:,对cn作不同的技术处理可得精度不同的热量计算方法:,分子运动论,1、按定比热计算理想气体热容,运动自由度,单原子,双原子,多原子,Cv,mkJ/kmol.K,Cp,m kJ/kmol.K,k,1.67,1.4,1.29,2.利用真实比热容积分,2.利用平均比热容表(mean specific heat capacity),t1, t2均为变量, 制表太繁复,=面积amoda-面积bnodb,而,起点均为0,由此可方便地制作出平均比热容表,为0至t的平均比热容,从t1到t2过程中的吸热量为:,从t1到t2过程中的平均比热容为:,3.平均
7、比热直线式,令cn=a+bt,则,即为,区间的平均比热直线式,注意:,1) t 的系数已除过2,2) t 需用t1+t2 代入,例:用四种方法计算热量,1kg空气从0.1MPa,100变化到0.5MPa,1000 求:,解:空气、压力不太高,作理想气体处理,a)取定值比热容,b)取平均比热直线 查附表6,c)取平均比热表 查附表5,d)气体热力性质表 附表7,讨论:,定比热:u=646.2kJkg; h=904.5kJ/kg,平均比热表: u=732.1kJ/kg; h=990.4kJkg,气体热力性质表 : u= 732.0kJ/kg;h=990.3kJ/kg,平均比热直线 : u=729.
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