环境热力学-第5章物性数据的估算等

大学物理课件：第五章学物理第五章总结热力学基础一、基本要求1．掌握功、热量、内能的概念，理解准静态过程。

2．掌握热力学第一定律，能分析、计算理想气体等值过程和绝热过程中功、热量、内能的改变量。

3．掌握循环过程和卡诺循环等简单循环效率的计算。

4．了解可逆过程和不可逆过程。

5．理解热力学第二定律及其统计意义，了解熵的玻耳兹曼表达式及其微观意义。

二、基本内容1. 准静态过程过程进行中的每一时刻，系统的状态都无限接近于平衡态。

准静态过程可以用状态图上的曲线表示。

2. 体积功功是过程量。

3. 热量系统和外界之间或两个物体之间由于温度不同而交换的热运动能量。

热量也是过程量。

4. 理想气体的内能式中为气体物质的量，为摩尔气体常量。

内能是状态量，与热力学过程无关。

5. 热容定体摩尔热容定压摩尔热容迈耶公式比热容比6．热力学第一定律（微分形式）7．理想气体热力学过程主要公式（1）等体过程体积不变的过程，其特征是体积=常量。

过程方程：常量系统对外做功：系统吸收的热量：系统内能的增量：（2）等压过程压强不变的过程，其特征是压强=常量。

过程方程：常量系统对外做功：系统吸收的热量：系统内能的增量：（3）等温过程温度不变的过程，其特征是温度常量。

过程方程：常量系统内能的增量：系统对外做功：系统吸收的热量：（4）绝热过程不与外界交换热量的过程，，其特点是。

过程方程：常量系统吸收的热量：系统内能的增量：系统对外做功：或8. 循环过程系统由某一平衡态出发，经过一系列变化过程又回到原来平衡态的整个过程叫做循环过程（简称循环）。

其特点，准静态循环在图上用一条闭合曲线表示。

正循环：系统从高温热源吸热，对外做功，向低温热源放热。

效率为逆循环：也称制冷循环，系统从低温热源吸热，接受外界做功向高温热源放热。

制冷系数9. 卡诺循环系统只和两个恒温热源进行热交换的准静态循环过程。

正循环的效率制冷系数10. 可逆和不可逆过程一个系统，由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为可逆过程；反之，如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则称为不可逆过程。

热力学原理在环境监测与评估中的应用引言：环境监测与评估是对自然环境中各种因素的测量、分析和评价，旨在保护和改善环境质量。

热力学原理作为一门研究能量转化和传输规律的学科，在环境监测与评估中具有重要的应用价值。

本文将重点探讨热力学原理在环境监测与评估中的应用及其优势。

一、热力学原理在环境能量转换监测中的应用热力学原理研究能量的转换和传递过程，为环境能量转换监测提供了理论基础。

通过测量环境中的能量转换情况，可以评估环境对能量的利用效率和能量的浪费情况。

例如，使用热力学原理可以测量建筑物的能量损失情况，并评估改善措施的效果；通过热力学分析，可以评估工业生产过程中的能量转化效率，为节能减排提供技术支持。

二、热力学原理在环境污染监测与评估中的应用环境污染是当前严峻的环境问题之一，在环境污染监测与评估中，热力学原理提供了一种精确的分析方法。

根据热力学原理，污染物在环境中的传输和转化过程可以被定量描述和计算。

例如，通过热力学计算，可以确定水体中溶解氧的含量，评估水体的富营养化程度；利用热力学模型，可以预测大气中污染物的扩散路径和浓度变化。

热力学原理在环境污染监测与评估中的应用，有助于我们了解污染物的迁移和转化规律，为环境保护提供科学依据。

三、热力学原理在环境资源评估中的应用环境资源评估是对环境中各种资源的价值和利用状况进行评估，热力学原理在此领域中也发挥着重要的作用。

通过热力学原理的应用，可以对生物能源、太阳能、风能等可再生能源的开发潜力进行评估；同时，利用热力学模型，可以对地热资源和化石能源等非可再生能源的储量和利用情况进行评估。

热力学原理的应用，有助于我们明确环境资源的潜力和可持续利用的限制，为合理利用和保护环境资源提供科学支持。

结论：热力学原理在环境监测与评估中具有广泛的应用，可以帮助评估环境能量转换、污染物传输和资源利用等方面的情况。

通过热力学原理的研究和应用，可以提高环境监测与评估的精确性和科学性，为环境保护和可持续发展提供科学依据。

能源与环境科学中的热力学问题第一章引言能源与环境科学是一个交叉学科，它涉及到能源的利用与环境的保护。

热力学是能源与环境科学研究的重要基础，它直接关系到能源转化效率和环境污染等方面。

因此，热力学问题在能源与环境科学中具有重要的地位。

本文将主要介绍能源与环境科学中的热力学问题。

第二章能源系统的热力学分析能源系统是指包括能源的生产、输送、转换和利用在内的一系列设施和技术系统。

能源系统的热力学分析是对能源系统热力学性质的研究和分析，主要包括热力学平衡、熵变以及热力学效率等方面。

通过能源系统的热力学分析，可以确定能源系统的热力学特性，优化能源系统的设计和运行，提高能源利用效率。

第三章燃料与能源转化的热力学问题燃料与能源转化是指将燃料转化为能源的过程，包括化石燃料的燃烧和核能的转化。

在热力学角度来看，燃料与能源转化涉及到能量转化、热力学效率以及环境污染等问题。

因此，在燃料与能源转化的过程中，需要考虑热力学问题，优化能量转化过程，提高热力学效率，减少环境污染。

第四章环境保护中的热力学问题环境保护是能源与环境科学的重要方向，热力学问题在环境保护中也是一个重要的研究内容。

主要包括废物处理、废气处理、废水处理等方面。

在环境保护中，需要考虑废弃物的熵变、热力学平衡等问题，以及废气和废水的处理过程中的热力学问题，通过热力学分析优化环境保护的过程，减少环境污染对自然环境和人类健康的影响。

第五章热力学在能源与环境科学中的应用热力学在能源与环境科学中有着广泛的应用，包括太阳能利用、地热能利用、生物质能利用等方面。

在这些应用中，热力学问题的解决对于提高能源利用效率、保护环境、推进可持续发展等方面都具有重要意义。

因此，热力学在能源与环境科学中的应用是一个非常重要的研究方向。

第六章结论能源与环境科学中的热力学问题是一个重要的研究方向，通过对能源系统的热力学分析、燃料与能源转化的热力学问题、环境保护中的热力学问题以及热力学在能源与环境科学中的应用等方面的研究，可以有效地优化能源系统的设计和运行，提高能源利用效率，减少环境污染，促进可持续发展。

§5.1 热力学量的统计表达式我们根据Bolzman分布推导热力学量的统计表达式一、配分函数粒子的总数为令（1）名为配分函数，则系统的总粒子数为（2）二、热力学量1、内能（是系统中粒子无规则运动的总能量的统计平均值）由（1）（2）得（3）此即内能的统计表达式2、广义力，广义功由理论力学知取广义坐标为y时，外界施于处于能级上的一个粒子的力为则外界对整个系统的广义作用力y为（4）此式即广义作用力的统计表达式。

一个特例是（5）在无穷小的准静态过程中，当外参量有dy的改变时，外界对系统所做的功为（6）对内能求全微分，可得（7）（7）式表明，内能的改变分为两项：第一项是粒子的分布不变时，由于能级的改变而引起的内能变化；地二项是粒子能级不变时，由于粒子分布发生变化而引起的内能变化。

在热力学中我们讲过，在无穷小过程中，系统在过程前后内能的变化dU等于在过程中外界对系统所作的功及系统从外界吸收的热量之和：（8）与（6）（7）式相比可知，第一项代表在准静态过程中外界对系统所作的功，第二项代表在准静态过程中系统从外界吸收的热量。

这就是说，在准静态过程中，系统从外界吸收的热量等于粒子在其能级上重新分布所增加的内能。

热量是在热现象中所特有的宏观量，它与内能U和广义力Y不同。

3、熵1）熵的统计表达式由熵的定义和热力学第二定律可知（9）由和可得用乘上式，得由于引进的配分函数是，的函数。

是y的函数，所以Z是，y的函数。

LnZ的全微分为：因此得（10）从上式可看出：也是的积分因子，既然与都是的积分因子，我们可令（11）根据微分方程关于积分因子的理论，当微分式有一个积分因子时，它就有无穷多个积分因子，任意两个积分因子之比是S的函数（dS是用积分因子乘微分式后所得的全微分）比较（9）、（10）式我们有积分后得（12）我们把积分常数选为零，此即熵的统计表达式。

2）熵函数的统计意义由配分函数的定义及得由玻耳兹曼分布得所以（13）此式称为Boltzman关系，表明某宏观状态的熵等于玻耳兹曼k乘以相应的微观状态数的对数。

热力学物性估算方法热力学物性估算方法是指在缺乏实验数据的情况下，通过计算或模型来估计物质的热力学性质。

热力学物性估算方法在化工工程、材料工程、环境科学等领域中具有重要的应用价值。

本文将介绍几种常用的热力学物性估算方法。

1.固体热容估算方法固体热容是指单位质量固体在温度变化下的热容量。

根据普遍公认的Dulong-Petit法则，理想情况下，固体的摩尔热容等于3R，其中R为气体常数。

因此，可以通过使用Dulong-Petit法则进行固体热容的估算。

然而，对于非理想的固体，Dulong-Petit法则并不适用。

因此，还可以使用经验公式或理论模型来计算固体热容，如Einstein模型和Debye模型等。

2.液体密度估算方法液体密度是指单位体积液体的质量。

液体密度的估算方法有很多种，其中最简单的方法是使用经验公式。

例如，在化工工程中，常用的液体密度估算公式是Kaye and Laby公式，即density = a + bT + cT^2 +dT^3，其中a、b、c和d为经验常数，T为温度。

另外，也可以使用理论模型如Van der Waals方程来估算液体的密度。

3.气体黏度估算方法气体黏度是指气体内部分子之间的相对运动所产生的阻力。

气体黏度的估算方法有很多种，其中较常用的方法是使用经验公式。

例如，Stokes 公式可以用于估算低速流动气体的黏度，而Iwai公式可以用于估算高速流动气体的黏度。

此外，理论模型如Chapman-Enskog理论和Lennard-Jones势能模型也可以用于气体黏度的估算。

4.溶液热容估算方法溶液热容是指单位质量溶液在温度变化下的热容量。

溶液热容的估算方法有很多种，其中常用的方法是使用经验公式。

例如，在化工工程中，可以使用Margules方程或二元显示系数公式来估算溶液的热容。

另外，流行的理论模型如SRK方程和NRTL方程也可以用于溶液热容的估算。

总之，热力学物性估算方法在工程实践中具有重要的应用价值。

1 纯组分物性常数的估算1.1、乙基2-乙氧基乙醇物性的输入由于Aspen Plus 软件自带的物性数据库中很难查乙基2-乙氧基乙醇的物性参数, 使模拟分离、确定工艺条件的过程中遇到困难, 所以采用物性估算的功能对乙基2-乙氧基乙醇计算。

已知:最简式：(C6H14O3)分子式：(CH3-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH)沸点：195℃1.2、具体模拟计算过程乙基2-乙氧基乙醇为非库组分，其临界温度、临界压力、临界体积和临界压缩因子及理想状态的标准吉布斯自由能、标准吉生成热、蒸汽压、偏心因子等一些参数都很难查询到，根据的已知标准沸点TB，可以使用aspen plus软件的Estimation Input Pure Component(估计输入纯组分) 对纯组分物性的这些参数进行估计。

为估计纯组分物性参数，则需1. 在 Data (数据)菜单中选择Properties(性质)2. 在 Data Browser Menu(数据浏览菜单)左屏选择Estimation(估计)然后选Input(输入)3. 在 Setup(设置)表中选择Estimation(估计)选项，Identifying Parameters to be Estimated(识别估计参数)4. 单击 Pure Component(纯组分)页5. 在 Pure Component 页中选择要用Parameter(参数)列表框估计的参数6. 在 Component(组分)列表框中选择要估计所选物性的组分如果要为多组分估计选择物性可单独选择附加组分或选择All(所有)估计所有组分的物性7. 在每个组分的 Method(方法)列表框中选择要使用的估计方法可以规定一个以上的方法。

具体操作过程如下：1、打开一个新的运行，点击Date/Setup2、在Setup/Specifications-Global页上改变Run Type位property Estimation3、在Components-specifications Selection页上输入乙基2-乙氧基乙醇组分，将其Component ID为DIMER4、在Properties/Molecular Structure -Object Manager上，选择DIMER，然后点Edit5、在Gageneral页上输入乙基2-乙氧基乙醇的分子结构6、转到Properties/Parameters/Pure Component Object Manager上，点击“NEW”然后创建一个标量（Scalar）参数TB7、输入DIMER的标准沸点（TB）195℃8、然后转到Properties/Estimation/Set up页上，选择Estimation all missing Parameters9、运行该估算，并检查其结果。