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气体和蒸汽的性质(3-4-7)PPT课件

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3机械热力学第03章 理想气体的性质1

3机械热力学第03章 理想气体的性质1

pB •
固态 液态 • C
BTtpC上侧，液相； ATtpC右侧，汽相。
气态
A•
•Ttp
t Ttp点：三相点
C点：临界点
TtpC线：气液两相共存，代表ps=f(ts)； TtpB线：固液两相共存，熔点温度与压力的关系； TtpA线：固气两相共存，升华温度与压力之关系；
§3-5 水的汽化过程和临界点
cp
dT T

T1 T0
cp
dT T

Rg
ln
p2 p1

s20
s10
Rg
ln
p2 p1
精确计算熵变的方法： 1. 选择真实比热容经验式计算 2. 查表s0数据计算
例题\第三章\A4111551.ppt 例题\第三章\A4111552.ppt
作业：3-6，8，16
§3-4 水蒸气的饱和状态和相图
Ｖ＝（Mv）＝0.0224141 m3 ／mol
例题：书中例3-1、3-2
§3-2 理想气体的比热容（比热）
一、定义和基本关系式
定义：
lim c
q q , 或 c q
T0 T dT
dt
一定量的物质在吸收或放出热量时，其温度变化的大小取决 于工质的性质、数量和所经历的过程。
1.理想气体热力学能和焓仅是温度的函数 a) 因理想气体分子间无作用力
u uk u T du cV dT
b) h u pv u RT
h hT dh cp dT
2
u 1 cvdT ;
2
h 1 cpdT
2.理想气体热力学能和焓的求算方法：
三、水的三相点
1. 三相点：固态、液态、汽态三相平衡共存的状态

工程热力学 第七章 气体与蒸汽的流动.

工程热力学 第七章 气体与蒸汽的流动.
最小截面积 Amin = 20cm2，求临界速度、出口速度、每秒流量及
出口截面积。
解：（1）确定滞止参数
根据初态参数，在h-s图上确定进
口状态点1，为过热蒸汽，cr 0.546。
过1点作定熵线，截取线段 01 的
长度为 h0 h1 c2f 1 / 2 5kJ / kg，点0 即为滞止点，查得：p0 2.01106 Pa，h0 3025kJ / kg 。
流经截面1-1和2-2的质量
流量为 qm1 、qm2 ，流速为c f 1 、 cf 2。 质量守恒：qm1 qm2 qm const
A1cf 1 A2c f 2 Acf const
v1
v2
v
dA dcf dv 0 A cf v
上式适用于任何工质和任何过程（可逆和不可逆）。
（2）确定临界参数
pcr cr p0 2.01106 Pa
定压线与定熵线的交点即为临界
状态点，查得：hcr 2865kJ / kg ， vcr 0.219m3/kg。
（3）确定出口参数
p2 pb 0.1106 Pa
定压线与定熵线的交点即为出口
状态点2，查得：h2 2420kJ / kg，v2 1.55m3/kg。
（2）尺寸计算
●渐缩喷管
A2 qmv2 / c f 2
●缩放喷管
Acr qmvcr / c f ,cr
扩张段的长度：
A2 qmv2 / c f 2
l d2 dmin
2 tan( / 2)
—顶锥角，取10°-12°。
4、计算步骤 ■设计性计算
根据已知条件，选择喷管外形并确定几何尺寸。 ■校核性计算

最新工程热力学气体和蒸汽的性质

最新工程热力学气体和蒸汽的性质

注： Nm3为非法定表示法，标准表示法为“标准m3”。 10
按过程
质量定压热容（比定压热容）
cp
C
p ,m
,C
' p
(constant pressure specific heat capacity per unit of mass)
及
质量定容热容（比定容热容） (constant volume specific heat
cTuv uvT pddTv
比热容的一般表达式
2. cV
定容过程 dv=0
若为理想气体
cV
u T
v
是状态参数
u u (T ) T u vd d T u c Vd d T u d u c V d T
cV cV (T) 温度的函数
12
3. cp
c δ q d h δ w t d h v d p d T d T d Td T
Vm相同
在标准状况下 (p0 1.01325105Pa T0 273.15K)
1mol任意气体的体积同为
Vm 0(M)0v0.022m 4 3/1 m4ol
5
四、摩尔气体常数
R——摩尔气体常数 (与气体种类无关)
R=MRg=8.314 5 J/(mol·K) M-----摩尔质量
Rg——气体常数 (随气体种类变化)
cV
C
V
,m
,
C
' V
capacity per unit of mass)
二、理想气体比定压热容，比定容热容和迈耶公式
1.比热容一般表达式
cδ q d u δ w d up d v d T d T d Td T
(A )

工程热力学第三章气体和蒸汽的性质ppt课件

工程热力学第三章气体和蒸汽的性质ppt课件

标准状态下的体积流量：
qV 0 Vm0qn 22.4103 288876 6474.98m3 / h
☆注意：不同状态下的体积不同。
3-2 理想气体的比热容
1、比热容的定义 ■比热容 c（质量热容）(specific heat)
1kg物质温度升高1K所需的热量， c q / dT J / (kg K)
(T 1000
)2
C3
(T 1000
)3
见附表4（温度单位为K）。
qp
T2 T1
cpdT
qV
T2 T1
cV
dT
说明：此种方法结果比较精确。
（2）平均比热容表
c
t2 t1
q t2 t1
q
t2 cdt
t1
t2 cdt
0℃
t1 cdt
0℃
c
t2 0℃
t2
c
t t1
0℃ 1
平均比热容 c t0℃的起始温度为0℃，见附表5（温
3-1 理想气体的概念
1、理想气体模型(perfect gas, ideal gas) ■理想气体的两点假设
理想气体是实际上并不存在的假想气体。 假设： （1）分子是弹性的、不占体积的质点（与空间相比） （2）分子间没有作用力。（分子间的距离很大） ■作为理想气体的条件
气体 p 0 ，v ，即要沸点较低、远离液态。
■比定压热容c p 和比定容热容 cV 比定压热容(specific heat at constant pressure)：定压
过程的比热容。
比定容热容(specific heat at constant volume)：定容过
程的比热容。
●可逆过程

03气体和蒸汽的性质讲解

03气体和蒸汽的性质讲解

力，反之也成立，即两者间存在单值关系。
ps f ts
3-4 水蒸气的饱和状态和相图
三相点：固、液、气三相共存的状态。 1) 当压力低于ptp时，液相不可能存在，只可能是气相或固相。
ptp称为三相点压力，对应的饱和温度ttp称为三相点温度。
2）三相点温度和压力是最低的饱和温度和饱 和压力。 3）各种物质在三相点的温度与压力分别为定值，但比体积则随 固、液、气三相的混合比例不同而异。 水的三相点温度和压力值：
3-3 理想气体的热力学能、焓和熵
理想气体变比热熵差计算
s
2
1
p2 dT cp Rg ln T p1
令

T
0
dT cp s 0 T T
则

2
1
dT 0 0 0 0 cp s T2 s T1 s2 s1 T
p2 s s s Rg ln p1
定容过程
dv 0
u qV du dT T V
u cV dT T V
qV
3-2
可逆过程
理想气体的比热容
q dh vdp
h h h h(T , p) dh dT dp T p p T
1 2
适用于理想气体任何过程 积分（定比热）
u cV T
h c p T
3-3 理想气体的热力学能、焓和熵
2 理想气体的熵
du pdv cV dT pdv ds dT dv T T T (1) Rg ds cV T v p Rg pv RgT T v
在标准状况下
p0 101325Pa , T0 273.15K, Vm 22.4138m3 /kmol

第七章 水蒸气

第七章 水蒸气

第七章水蒸气一、目的及要求了解水蒸汽产生的一般原理，掌握水及水蒸汽状态参数的确定，会用水蒸汽图及表求取水蒸汽的状态参数，会计算水蒸汽热力过程中功和热量的计算。

二、内容：7.1饱和温度和饱和压力7.2水的定压加热汽化过程7.3水和水蒸气的状态参数7.4水蒸气表和图7.5水蒸气的基本热力过程三、重点及难点：7.1应掌握有关蒸气的各种术语及其意义。

例如：汽化、凝结、饱和态、饱和蒸气、饱和液体、饱和温度、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。

7.2了解水蒸气定压发生过程及其在p－v图和T－s图上的一点、二线、三区、和五态。

7.3了解水蒸气图表的结构，并掌握其应用。

7.4掌握蒸气热力过程的热量和功量的计算。

四、主要外语词汇：vaporization, condensation, latent heat of evaporation, saturation, triple point, critical point五、本章节采用多媒体课件六、复习思考题及作业：思考题：1、水的三相点是不是唯一确定的？三相点与临界点有什么差异？2、刚性绝热的密闭容器内水的压力为4Mpa，测得容器内温度为20℃，试问容器内的水是什么集态？因意外事故容器上产生一个不大的裂缝，试分析其后果。

3、水在定压汽化过程中温度维持不变，因此有人认为过程中热量等于膨胀功，即q=w，对不对？为什么？作业：7－1，7－3，7－5，7－7第七章水蒸汽在动力、制冷、化学工程中，经常用到各种蒸汽。

常用的如水蒸汽、氨蒸汽、氟里昂蒸汽等，蒸汽是指离液态较近在工作过程中往往会有集态变化的某种实际气体。

显然，蒸汽不能作为理想气体处理，它的性质较复杂。

在工程计算中，水和水蒸汽的热力参数以前采用查取有关水蒸汽的热力性质图表的办法，现在也可借助计算机对水蒸汽的物性及过程作高精度的计算。

本章主要介绍水蒸汽产生的一般原理、水和水蒸汽状态参数的确定、水蒸汽图表的结构和应用以及水蒸汽热力过程功和热量的计算。

第三章-3-水蒸气


t/ C
o
3 v' , m /kg v" , m /kg h' , kJ/kg h" , kJ/kg
3
s' , s" , kJ/(kg K) kJ/(kg K)
0.001 0.1 1.0 10
2484.5 6.982 0.0010001 129.208 29.33 2258.2 99.63 0.0010434 1.6946 417.51 2014.4 179.88 0.0011274 0.19430 762.6 1315.8 310.96 0.0014526 0.01800 1408.6
二者同时进行。
2、饱和状态
——液体和蒸气处于动态平衡的状态。
汽化速度=液化速度时，汽化和凝结仍 在不断进行，但总效果使状态不再变化。
干饱和蒸 气 （饱和蒸 气）
（1）饱和温度ts和饱和压力ps
在饱和状态下，气液温度相同，称为饱和温度； 此时蒸气的压力也确定不变，称为饱和压力。
ps
汽 化 液 化
饱和温度ts 饱和压力ps
• 这个温度tC称为临界温度。 • 与临界温度相对应的饱和压力pC称为临界压力。
• (tC ，pC)是液相和气相能够平衡共存时的最高值。 • 永久气体——温度t > tC的气体。
• 临界参数是物质的固有参数，不同物质其值不同。
H 2O的临界参数 tC 374.15 C pC 22.120MPa
2．若已知p（或t）和某一个参数y
查饱和蒸气表得y、y，比较y的大小，则 y< y 处于未饱和水状态；
y<y< y 处于湿饱和蒸气状态； y> y 处于过热蒸气状态。
3．若已知p（或t）及干度x，湿饱和蒸气状态。

热工基础ppt理想气体的性质与热力过程


25
（1）定容过程
定容过程：气体比体积保持不变的过程。
定容过程方程式： v = 常数 定容过程初、终态基本状态参数间的关系:
v2 v1
p2 T2 p1 T1
理想气体经历任何过程，热力学能和焓的变
化都为：
2
u 1 cV dT
2
h 1 cpdT
第三章 理想气体的性质与热力过程
26
定容过程在p-v图和T-s图上的表示
第三章
理想气体的性质与热力过程
Property and Process of the Ideal-Gas
3-1 理想气体状态方程式 3-2 理想气体的热容、热力学能、焓和熵 3-3 理想混合气体 3-4 理想气体的热力过程
第三章 理想气体的性质与热力过程
1
3-1 理想气体状态方程式
热机的工质通常采用气态物质：气体或蒸气 ➢气体：远离液态，不易液化，如空气 ➢蒸气：离液态较近，容易液化，如水蒸气
第三章 理想气体的性质与热力过程
如书末p362附表4中列有空气的u与h的值。
第三章 理想气体的性质与热力过程
14
理想气体的熵
熵 dS Q
T
在微元可逆过程中，工质熵 的增加等于工质所吸收的热 量除以工质的热力学温度
比熵 ds q
T
理想气体的 熵变：
s
cV ln
p2 p1
cpln
v2 v1
➢ 理想气体比熵的变化完全取决于初态和终态，与过 程所经历的路径无关。这就是说，理想气体的比熵 是一个状态参数。
摩尔定压热容 Cp,m – CV,m = R
第三章 理想气体的性质与热力过程
12
理想气体的定值摩尔热容

7.3.16.3水蒸气的性质图和表

水蒸气的性质
图和表
五种状态如何确定
（1）未饱和水：
、 独立
（2）饱和水：
、 不独立
（3）湿饱和蒸汽：
、 不独立
干度：x
五种状态及计算特点
（4）饱和蒸汽：
、
（5）过热蒸汽：
不独立
、 独立
水蒸气性质图和表变量和基准点
变量设置：
、、、ℎ、、()
基准点：
水的三相点
= 611.659Pa， = 0.01℃， = 0.0010021m3/kg
= 0kJ/kg，
= 0kJ/（kg · K)
ℎ = 0.000613kJ/（kg · K)
水蒸气的性质表
水和水蒸气表分为两类：
饱和水与饱
和蒸汽表
以温度为序的饱和水与饱和蒸汽表:见表1
以压力为序的饱和水与饱和蒸汽表:见表2
未饱和水与过热蒸汽表:见表3
水蒸气的性质表
表1 以温度为序的饱和水与饱和蒸汽表
4.水蒸气性质图
（1）p-v图和T-s图
（2）水蒸气的焓熵图
水蒸气的性质表
表2 以压力为序的饱和水与饱和蒸汽表
水蒸气的性质表
表3 未饱和水与过热蒸汽表
湿蒸汽状态参数确定
一般不能直接查表得到，需通过下式计算获得：
已知：
pps 或
tts
饱和液体：‘、ℎ’、‘
饱和蒸汽：“、ℎ”、“
湿蒸汽状态参数确定
干度：x
vx (1 x )v xv v x (v v)
C
υ
p
p
O
x
x
x
T
T
v
O
s
水蒸气的焓熵图
（2）水蒸气的焓熵图

工程热力学 第三章 气体和蒸汽的性质.

第三章 气体和蒸汽的性质
3-1 理想气体的概念 3-2 理想气体的比热容 3-3 理想气体的热力学能、焓和熵 3-4 水蒸汽的饱和状态和相图 3-5 水的汽化过程和临界点 3-6 水和水蒸汽的状态参数 3-7 水蒸汽表和图
3-1 理想气体的概念
1、理想气体模型(perfect gas, ideal gas) ■理想气体的两点假设
dT
p


dh vdp dT
p


h T
p
cV


q
dT
V


du
pdv dT
V


u T
V
☆注意：上式适用于任何工质，表明 c p、cV为状态参数
●理想气体
热力学能只包括内动能，只与温度有关，u f (T )
cp,423K 1.01622kJ /(kg K) cp,623K 1.05652kJ /(kg K)
623K
cp 423K (1.01622 1.05652) / 2 1.0364kJ /(kg K)
623K
qp cp 423K (T2 T1) 1.0364 (623 423) 207.27kJ / kg
5、不同形式的理想气体状态方程式
1kg的气体： pv RgT mkg的气体： pV mRgT 1mol的气体：pVm RT nmol的气体：pV nRT 流量形式： pqV qm RgT qn RT
例3-2：某台压缩机每小时输出 3200m3、表压力 pe 0.22MPa 温度t 156℃的压缩空气。设当地大气压pb 765mmHg ，求 压缩空气的质量流量qm及标准状态下的体积流量qV 0 。
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几个名词
饱和液(saturated liquid)—处于饱和状态的液体： t = ts 干饱和蒸汽(dry-saturated vapor; dry vapor )
—处于饱和状态的蒸汽：t = ts 未饱和液(unsaturated liquid)
—温度低于所处压力下饱和温度的液体：t < ts 过热蒸汽(superheated vapor)
t0=ttp=0.01°C、p0=ptp=611.659 Pa的饱和水有：
u0 0kJ/kg s0 0kJ/(kgK) v0 0.001000m231/kg h0 u0 p0v0 0kJ/kg
二、温度为0.01℃、压力为p的过冷水
忽略水的压缩性，即比体积v不变，又温度 不变，则: uo=u0’=0, w=0 q=0
一、汽化与凝结
➢汽化: 物质由液态转变为气态的过程。
蒸发：在液体表面进行 的汽化过程 沸腾：在液体表面及内部进行的强烈 汽化过程。
➢凝结：物质由气态转变为液态的过程。凝结 的速度取决于空间蒸气的压力。
二、饱和状态(Saturated state)
➢饱和状态
液体分子脱离其 表面的汽化速度
＝
气体分子回到液 体中的凝结速度
对应的饱和温度增加，则饱和液体的比体积增大；
2) 对汽态而言，正好相反，因而，随着P的增加，饱和蒸汽的 比体积减小；
3) 饱和液体线与饱和蒸汽线必相交于一点C(临界点)
临界点：
当t>tcr时，无论压力如何增加都不可能液化 水的临界参数：
tcr 373.99C pcr 22.064MPa vcr 0.003106m3 / kg
饱和液线
p
临界点 饱和气线
三相线
饱和固线
T v
四个线：三个饱和线、一个三相线 一个点：临界点 p c r 2 2 .0 6 4 P a ,T c r 3 7 3 .9 9 K
3-5 水的汽化过程和临界点
水的定压加热汽化过程
工业上所用的水蒸气都是在定压加热 设备中产生的。一般经过三个阶段：
✓预热阶段 ✓汽化阶段 ✓过热阶段
水的三相点温度和压力值：
Ttp 273.16K ptp 611.659Pa
物质有三种聚集状态：固态、液态、气态 水的三态： 冰、水、蒸汽
热力学面：以p,v,T表示的物质各种状态 的曲面
水的热力学面
单相区
气
固--液
液
p
p
两相区
液--气
T
T
固
v
固--气 v
六个区：三个单相区、三个两相区
饱和线、三相线和临界点
p const .
p const .
p const .
t ts v v s s
t ts v v v s s s
t ts v v s s
h h
h h h
h h
这个阶段所需的热量称为汽化潜热 g
干度（dryness）
定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用w 或 x 表示。
这时液体与蒸气处于动态
平衡状态，称为饱和状态
饱和液体 饱和蒸气
➢饱和温度和饱和压力
处于饱和状态的气、液温度相同，称为饱和温
度ts，蒸汽的压力称为饱和压力ps
ts上升， ps上升； ps上升， ts上升。
➢结论： 一定的饱和温度对应于一定 的饱和压力，反之也成立， 即两者间存在单值关系。
ps fts
➢三相点 固、液、气三相共存的状态
1) 当压力低于ptp时，液相不可能存在，而只可能是气 相或固相。 ptp称为三相点压力，对应的饱和温度ttp称为三相 点温度。 2) 三相点温度和压力是最低的饱和温度和饱和压力。 3) 各种物质在三相点的温度与压力分别为定值，但比体积则 随固、液、气三相的混合比例不同而异。
熵也不变， so=so’=0, h0= uo+p0 v0=0 （压力不高时）
三、温度为t、压力为p的饱和水
.
12
➢水蒸气定压发生过程图及其原理
✓预热阶段
➢状态及状态参数：
未饱和水（过冷水）
饱和水
p const .
p const .
t ts v v
t ts v v
s s
s s
h h
h h
这个阶段所需的热量称为液体热 ql
✓汽化阶段
湿饱和蒸汽：饱和水 与饱和蒸汽混合物
饱和水
湿(饱和)蒸汽 干饱和蒸汽
一点二线三区五状态
一点： 临界点 二线： 上界线和下界线 三区： 液态区、湿蒸汽区、过热区 五态： 未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸
汽、过热蒸汽
3-6 水和水蒸气的状态参数
一、零点规定
水及水蒸气的参数计算中不必求其绝对值，仅求其 增量或减少量，故可规定一任意起点。国际水蒸气 会议规定，水的三相点即273.16K的液相水作为基 准点，规定其热力学能及熵为0，即对于
3-4 水蒸气的饱和状态和相图
水蒸气是实际气体的代表
水蒸气 在空气中含量极小，当作理想气体
一般情况下，为实际气体，使用图表
18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质 直到内燃机发明，才有燃气工质 目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质 优点: 便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好 是其它实际气体的代表
✓相变图
水定压加热汽化过程的p-v图及T-s图
一点 临界点
pcr 22.064 MPa
两线
上界限线 下界限线
tcr 373.99oC
液
vcr 0.003106m 3 /kg三区 汽液共存
汽
.
五态
未饱和水 饱和水 湿蒸汽
干饱和蒸汽
过热蒸汽
19
分析：
p-v图中可以看出：影响 v 的主要是 P 和 T： 1) 对液态而言，T对v的影响比P的影响大，因而当P增加时，
x m汽 m汽 m液

（湿度 y =1–x）
0 饱和液 x 湿饱和蒸汽
1 干饱和蒸汽
.
16
✓过热阶段
干饱和蒸汽
过热蒸汽
p const . t ts v v s s h h
p const . t ts v v s s h h
这个阶段所需的热量称为过热热 qsup。 t-ts称为过热度
—温度高于饱和温度的蒸汽：t > ts, t – ts = d 称过 热度(degree of superheat)。
湿饱和蒸汽(wet-saturated vapor; wet vapor )
—饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t = ts
使未饱和液达饱和状态的途径：
ttsp保p不 持变 t，
t, p ppst保t不 持变 p，