Chapt.2-流体的热力学性质

第2章 流体的性质

2.1 引言

一般而言，物质可以按其存在的物理形式予以分类。 称作相的这些形式，有固体、液体和气体。 流体包括液相和气相的物质。 我们完全熟悉这些相与固相有所区别的特征。 而且，我们也知道液体与气体有着完全不同的外观，所以，我们必须找出能够把它们都归入流体这一类的共同特征。 在研究流体动力学时，我们感兴趣的是处于运动中的流体形态以及这种形态对作用力和力矩的关系。 当受到切应力作用时，液体、气体和蒸汽都有一种明显的反映形式，这说明了它们的“流动性”，从而为阐明流体动力学原理提供了关键的依据。 流体的这种共同的以及与固体有所区别的特征叙述如下：

在剪切（切向）应力作用下，无论这个应力多么小，流体将连续不断地变形。 应力的大小取决于角变形率。

另一方面，固体的变形与作用的应力成比例，经一段变形后，达到静态平衡。 切应力的大小取决于角变形量。

并非所有流体都具有完全相同的应力和应变率的关系。 如果从没有应力和没有变形的状态开始，切应力和角变形率成正比，这种流体就称为牛顿流体。 在此情况下，比例常数定义为绝对粘性系数或动力粘性系数。 因此，牛顿流体具有这样一种性质，即它的动力粘性系数与流体所处的运动状态无关。 最常见的流体，如空气河水，均匀牛顿流体。 在牛顿流体和服从虎克定律的固体之间有类似指出，前者具有一个把应力和变形率联系起来的不变的粘性系数，后者又一个把应力和变形量联系起来的不变的弹性模量。

在应力与变形率之间具有变比例系数的流体称为非牛顿流体。 在此情况下，比例系数可能与承受切力的时间长短以及切力的大小有关。 然而，大量不常遇到却是极为重要的流体是非牛顿流体。 有些物体，突出的如一些塑体，当应力低于其屈服应力时，它们状如固体，而当高于其屈服应力时，它们就具有流体般的形态。 流变学就是研究塑体和非牛顿流体的学科。 近年来，在工程应用中，非牛顿流体的重要性正在日益增加，因此已经越来越受到重视。 在图2-1中，各种流体和塑体的特性分别适于变形率——应力和时间——应力关系图上。

第六章 流体混合物的热力学性质

6－1实验室需要配制1500cm3的防冻液，它含30％（mol%）的甲醇（1）和70％的H2O（2）。试求需要多少体积的25℃时的甲醇和水混合。已知甲醇和水在25℃、30％（mol%）的甲醇的偏摩尔体积：

131632.38molcmV， 132765.17molcmV

25℃下纯物质的体积：131727.40molcmV， 132068.18molcmV

解：混合物的摩尔体积与偏摩尔体积间关系：

需防冻液物质的量：molVVnt435.62025.241500

需要甲醇物质的量：moln730.18435.623.01

需要水物质的量： moln705.43435.627.02

需要甲醇的体积： 3183.762727.4073.18cmV

需要水的体积： 3183.762727.4073.18cmV

6－2 某二元液体混合物在固定T和p下的焓可用下式表示：

式中H的单位为Jmol-1。试确定在该温度和压力下：

（1） 用x1表示的1H和2H；

（2） 纯组分焓H1和H2的数值；

（3） 无限稀释下液体的偏摩尔焓1H和2H的数值。

解：（1）)2040(600400212121xxxxxxH

（2）将11x代入H的表达式得到纯组分H1的焓：1140020180600molJH

同理将01x代入H的表达式得到纯组分H2的焓：11600molJH

（4） 无限稀释下液体的偏摩尔焓1H和2H是指01x及02x时组分1和组分2的偏摩尔焓，将01x和02x代入偏摩尔焓的表达式得到：

11420molJH，12640molJH

6－3 在固定的T、p下，某二元液体混合物的摩尔体积为：

式中V的单位为cm3·mol-1。试确定在该温度、压力状态下

（1） 用x1表示的1V和2V；

第21卷第2期原　子　与　分　子　物　理　学　报Vol.21,№.22004年4月JOURNALOFATOMICANDMOLECULARPHYSICSApr.,2004文章编号:1000-0364(2004)02-0295-06超临界CO2热力学性质的理论计算

薛卫东1,朱正和2,邹乐西3,张广丰3(1.四川师范大学化学系,成都610066;2.四川大学原子与分子物理研究所,成都610065;3.中国工程物理研究院,绵阳621900)摘要:应用BWR方程在温度为310～600K、压强为75～300bar范围内拟合的超临界CO2流体状态方程,计算了超临界状态下CO2体系的熵、热容和焓。研究表明,这些热力学函数具有明显的超临界特性;与文献值相比,超临界状态下CO2熵的相对误差小于0.4%,而定压热容的相对误差稍大,为2.45%(T:330～360K),其数据为进一步从理论上研究超临界CO2与金属铀表面反应的热力学行为奠定了基础。关键词:超临界二氧化碳;热力学性质;BWR方程中图分类号:O414.12;O513 文献标识码:ATheoreticcalculationonthermodynamiccharacterforSCFCO2XUEWei-dong1,ZHUZheng-he2,ZOULe-xi3,ZHANGGuang-feng3

(1.DepartmentofChemistry,SichuanNormalUniversity,Chengdu610066,P.R.China;2.AtomicandMolecularPhysicalInstitute,SichuanUniversity,Chengdu610065,P.R.China;3.ChinaAcademyofEngineeringPhysics,Mianyang612900,P.R.China)Abstract:Theentropy,thermalcapacityandenthalpyundersupercriticalfluidwerecalculatedbymeansofthesupercriticalfluidCO2stateequationrefinedwithBWRequationat310～600Kand75～300bar.Itwasdemonstratedthatthesethermodynamicsfunctionshaveobvioussupercriticalfluidcharacter,Incomparisonwithliteratureresults,therelativeerroroftheentropywaslowerthan0.4%,butrelativeerrorofthethermalcapacitywas2.45%(T:330～360K),andmoreovertheseresultscontributedtothetheoreticalresearchofthesurfacereactionsbetweensupercriticalfluidCO2andmetaluranium.Keywords:SCFCO2;Thermodynamicscomputation;BWRequation 超临界流体(SupercriticalFluid,SCF)是处于临界温度和临界压力以上,介于气体和液体之间的流体。由于它兼有气体和液体的双重特性,即密度接近液体,粘度又与气体相似,扩散系数为液体的10～100倍,因而具有很强的溶解能力和良好的流动、输运性质。正是基于这些特性,SCF已被广泛地应用于食品、医药、生物工程、化工、环保、超临界清洗等诸领域。上世纪九十年代初,美国LosAlamos实验室的Hale等人[1,2]用超临界CO2对铀、钚表面进行了清洗处理。研究发现,表面有机污物很容易去除。同时对于铀部件来说,在处理过程中铀表面并没有发生可观测到的改变,用俄歇谱分析发现,金属铀表面氧化膜UOX的

化工热力学讲义-第三章 纯流体的热力学性质-第三讲

1 第三章 纯流体的热力学性质

3.1热力学性质间的关系

3.1.1单相流体系统基本方程

根据热力学第一、二定律，对单位质量定组成均匀流体体系，在非流动条件下，其热力学性质之间存在如下关系：

pdVTdSdU；VdpTdSdH

pdVSdTdA；VdpSdTdG

上述方程组是最基本的关系式，所有其他的函数关系式均由此导出。

上述基本方程给我们的启示是：p-V-T关系数据可以通过实验测定，关键是要知道S的变化规律，若知道S的变化规律，则U、H、A、G也就全部知道了。下面所讲主要是针对S的计算。

3.1.2点函数间的数学关系式

对于函数：yxfz,，微分得：

dyyzdxxzdzxy，或者：1NdyMdxdz

如果x、y、z都是点函数，且z是自变量x、y的连续函数，NdyMdx是z（x，y）的全微分，则M、N之间有：

2yxxNyM

该式有两种意义：

①在进行热力学研究时，如遇到（1）式，则可以根据（2）式来判断dz是否全微分，进而可判定z是否为系统的状态函数；

②如已知z是状态函数，则可根据（2）式求得x与y之间的数学关系。

以下循环关系式也经常遇到：

1xzyzyyxxz

3.1.3Maxwell关系式

由于U、H、A和G都是状态函数，将（2）式应用于热力学基本方程，则可获得著名的Maxwell方程：

VSSpVT；pSSVpT

TVVSTp；TppSTV

能量方程的导数式： 化工热力学讲义-第三章 纯流体的热力学性质-第三讲