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工程热力学5-气体的热力性质和热力过程2

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工程热力学必须掌握的内容

工程热力学必须掌握的内容

Liso T0 Siso
第七章 水蒸气
一、汽化和液化
汽化：由液态到气态的过程 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。
(气体和液体均处在饱和状态下)
液化：由气相到液相的过程
二、饱和状态
饱和压力和饱和温度是一一对应的，两者 间存在单值关系。
从未饱和液状态达到饱和状态既可以保持压力不变 而提高温度，使p=ps(t) ；保持温度不变而使压力下 降，使t=ts(p)。
则该热机是可逆热机； 则该热机是不可逆热机； 则该热机是制造不出来的。
四、克劳修斯积分不等式
T
q
0
一切可逆循环的克劳修斯积分等于零，一切 不可逆循环的克劳修斯积分小于零，任何循 环的克劳修斯积分都不会大于零。 可以利用来判断一个循环是否能进行，是可
逆循环，还是不可逆循环。
五、闭口系统熵方程
s ds
1
2
c p ln
T2 p R ln 2 T1 p1
p2 v2 cV ln c p ln p1 v1
δq ds T R
必须可逆
第四章 理想气体 的热力过程及气体压缩
一、多变过程
1. 过程方程：
pvn const
n 称为多变指数
n 、0、1、 分别为定容、定压、定温、绝热过程
2、什么样的气体可以处理为理想气体？
任何实际气体在高温低压时，均具有理想气体 性质。
3、理想气体状态方程
pv RT pV mRT pVm R 0T pV nR0T
1 kg 理想气体 m kg 理想气体 1 mol 理想气体 n mol 理想气体
R为气体常数（单位J/kg· K），与气体所处的状态无 关，随气体的种类不同而异。 R0为通用气体常数（单位J/mol· K），与气体种类无 关、 与状态无关 、 与过程无关。

工程热力学-基本知识点

工程热力学-基本知识点

工程热力学-基本知识点————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。

边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。

外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。

闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。

开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。

绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。

孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。

单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。

复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。

单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。

多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。

均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。

非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。

热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。

平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。

状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。

如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。

基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。

温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。

热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。

工程热力学理想气体的热力性质及基本热力过程

工程热力学理想气体的热力性质及基本热力过程
001122???????用线性插值法可算出同理可求得则27334理想气体的混合物如果混合气体中各组成气体都具有理想气体的性质则整个混合气体也具有理想气体的性质其状态参数间的关系也符合理想气体状态方程式这样的混合气体称为理想混合气体
第一篇
工程热力学
第三章 理想气体的热力性质 及基本热力过程
本章主要内容
t2
t2
c=f(t)
2
c t2 t1
a 1
b
0
t1
t2
t
24
对1kg气体从t1到t2的热量q等 于0到t2的热量q2减去0到t1的 热量q1，即
c
c=f(t)
2
c t2 t1
a 1
b
q q2 q1 c 0 t 2 c 0 t1
对于mkg质量气体，所需热量为：
0
t2
t1
t1
t2
t
Q m(c 0 t 2 c 0 t1 )
对于标态下V0m3气体，所需热量为：
t2
t1
Q V0 (c 0 t 2 c 0 t1 )
平均比热容计算热量
25
t2
t1
例题分析
例3-2 用平均比热容计算将1kg空气从t1=150℃定压 加热到360℃时所需的热量。
R 8314 J /( kmol K )
各种物量单位之间的换算关系：
1kmol气体的量 Mkg气体的量 标态下22.4m 气体的量
3
7
气体常数Rg与通用气体常数R的关系：
m pV nRT RT M pV mRg T
R 8314 Rg 或 R MRg M M
pVm RT

《工程热力学》第五章 热力学第二定律

《工程热力学》第五章 热力学第二定律
6
7
土壤源热泵用于建筑空调供暖
Because the ground stores the sun’s heat for rather long periods of time, the temperature of the cooling source stays constant, thereby ensuring high
T1=973K Q1=2000kj Q2=800kj W0
T1=973K Q1=？kj
Wmin
T2=303K
Q2=800kj T2=303K
33
例题4
如图为一烟气余热回收方案，设烟气比热容CP=1.4kj/ （kg.k）， CV=1.0kj/（kg.k），求： 1）烟气流经换热器时传给热机工质的热量？ 2）热机放给大气的最小热量Q2？ T2=37+273k 3）热机输出的最大功？ P2=0.1MPa
13
五、关于自发过程与非自发过程
1、自发过程：自发实现的过程。 EG：热量总是自发的从高温物体传向低温物体而不能反 向自发进行；两种气体可自发混合而不能自发地分离 2、非自发过程：自发过程的逆向；非自发过程不能自发 地实现。即使利用热机、制冷机或其他任何方法，使 非自发过程得以实现，总需要另一种自发过程伴随进 行 3、结论：自发过程是不可复逆的 4、热力学第二定律可概括为：一切自发实现的涉及热现 象的过程都是不可复逆的
四、火用参数

闭口系统工质火用 开口系统工质火用 火用分析
35
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ题5


温度为800K,压力为5.5MPa的燃气进入燃气轮机,在燃 气轮机内绝热膨胀后流出燃气轮机.在燃气轮机出口处 测得两组数据,一组压力为1.0MPa ,温度为485K;另一组 压力为0.7MPa,温度495K,问那组参数正确?此过程是否 可逆,作功能力损失多少?并将作功能力表示在T-S图上. (燃气可视作空气, CP=1.004kj/（kg.k）， Rg=0.287kj/ （kg.k），环境T0=300K)

第4章-理想气体的热力性质和热力过程

第4章-理想气体的热力性质和热力过程
由理想气体状态方 pV程mRgT 得冬夏两季室内空 量气 平质 均值之差：
m
pRgVT1w
1
Ts
0.098MPa36m3 0.28[7kJ/(kgK)]
2
1 73K
1 308K
5.117kg
9
第二节 理想气体的比热容
10
• 热容：指工质温度升高1K所需的热量。
C Q dT
• 比热容：1kg(单位质量）工质温度升高1K所
k
nn1n2n3 ni nk ni i 1
• 第 i 种组元气体的摩尔分数 (mole fraction of a mixture)：
xi
ni n
(433)
xi nni nni 1
各组元摩 尔分数之
和为1
37
换算关系
mnM
mi niMi
• 根据热力学第一定律，任意准静态过程：
q d u p d v d h v d p
u是状态参数： uf(T,v)
du(T u)vdT(uv)Tdv
q( T u)vdT[p( u v)T]dv
单位物量的物质 在定容过程中温 度变化1K时热 力学能的变化值
q u
• 定容： dv0 cv (dT)v (T)v 12
3
第一节 理想气体及其状态方程
4
• 理想气体 ideal gas定义：
– 遵循克拉贝龙(Clapeyron)状态方程的气体，
即基本状态参数 p、v、T 满足方程
pv 常数 T 的气体称为理想气体。
理想气体的基本假设：
• 分子为不占体积的弹性质点 uu(T)
• 除碰撞外分子间无作用力
理想气体是实际气体在低压高温时的抽象

工程热力学第二章气体的热力性质..

工程热力学第二章气体的热力性质..

u cv ( )v ( ) v dT T
q
h cp ( ) p ( ) p dT T
q
• 定容比热：在定容情况下，单位物量的物体， 温度变化1K（1℃）所吸收或放出的热量，称 为该物体的定容比热。 • 定压比热：在定压情况下，单位物量的物体， 温度变化1K（1℃）所吸收或放出的热量，称 为该物体的定压比热。
第二章 气体的热力性质
●理想气体与实际气体 ●理想气体比热容 ●混合气体的性质 ●实际气体状态方程 ●对比态定律与压缩因子图
本章基本要求
1 掌握理想气体状态方程的各种表述形式，
并应用理想气体状态方程及理想气体定值 比热进行各种热力计算
2掌握理想气体平均比热的概念和计算方法
3理解混合气体性质
4掌握混合气体分压力、分容积的概念
ni R0 R0 nR0 R i 0 M m m
n
mi
i 1
n
R0 Mi
m
gi Ri
i 1
n
２ 、若已知各组成气体的容积成分及气体常数．
R R0 R0 M r1M1 r2 M 2 rn M n 1 r1 r2 R1 R2 rn Rn 1 ri i 1 Ri
t1 t2
c c2
2 A 1
q c t (t2 t1 )
1
t2
c=f (t)
q ct 1 (t2 t1 )
t2
ct
t1
t2
1
B
c1
D
0
q cdt cdt cdt
t1 0
t2
t2
q
F E
q D2E 0D D1F 0D

工程热力学-气体的热力性质和热力过程


定压摩尔比热容
Cp Cp 5 R 2 7 R 2
定容摩尔比热容
Cv Cv 3 R 2 5 R 2
多原子气体
9 Cp R 2
7 Cv R 2
通常取25℃时气体比热容的值为定比热容的值。 见P306附表1
3-3 气体的热力性质
4.理想气体的热力学能(内能)、焓的变化量计算P34
5. 迈耶公式 Rg c p cV 比热比

cp cV
P39例题3-3,3-4
3-4 理想气体的热力过程
0.分析热力过程的内容和方法(假定过程是可逆过程)
1) 确定过程方程
2) 确定状态参数(基本状态参数)的变化规律
而对与任何过程有
u cv T ; h cp T
T2 v2 s cv ln Rg ln ; T1 v1
3-2
理想混合气体
1.分容积定律
分容积定律示意图
p, T
Vi, ni
p, T
V1, n1
…
…
p, T
V n, n n
p, T n= n1+ n2+ ┅ +ni + ┅ + nn V=V1+ V2+ ┅ + Vi+ ┅ + Vn
3-2
分容积与总容积之 间的关系 混合气体的总容积等于各组成气体的分容积之和。
理想混合气体
Vmix V1 V2 .... Vi ... Vn Vmix Vi
i 1
n
Vi —第 i 种组成气体的分容积。
第 i 种组成气体在与混合气体同温、 同压下单独存在时所占有的容积称为 第 i 种组成气体的分容积。

《工程热力学》教学课件第4-5章


工程热力学 Thermodynamics 二、摩尔气体常数及其他形式
由阿伏伽德罗定律知：在同温同压下任何气体的摩尔
体积都相等。
pVm 常数 R T
pVm RT
摩尔气体常数R，与气体种类和气体状态无关。
R 8.31431J/(mol K)
其他形式还有 pV mRgT 或 pV nRT
Rg
c t2
c
t2 0C
t2
c
t1 0C
t1
t1
t2 t1
工程热力学 Thermodynamics
（3）平均比热容的直线关系式：
c t2 t1
a bt
a b(t2
t1)
（4）定值比热容：
定值比热容表
工程热力学 Thermodynamics
三、理想气体的热力学能和焓及熵
du cVdT
；u
T2 T1
cV
dT
dh cpdT ；h
T2 T1
c
p
dT
真实比热容 平均比热容
u
T2 T1
cV
dT
u
cV
t2 t1
(t2
t1)
平均比热容（表）
u
cV
t2 0C
t2
cV
t1 0C
t1
定值比热容
u cV T cV t
h
T2 T1
c
p dThcpt2 t1(t2
t1 )
工程热力学 Thermodynamics
第四章 理想气体的热力性质
第一节 理想气体及其状态方程式 一、概述 二、状态方程：
pv RgT 称为克拉珀龙状态方程。
理想气体定义：凡是遵循克拉贝珀状态方程的气体

工程热力学第二章


n
i
i
混合气体的折合气体常数
R R = eq Meq R nR ∑ni Mi R ∑mR i i i = 0= 0= = m m m m n = ∑gi R i
五、分压力的确定
piV = ni R T pi ni 0 = = xi 或 pi = xi p = ri p pV = nR T p n 0
混 合 气 体 第i种组成气体 相对成分
m mi
n ni
V Vi
相对成分= 相对成分=
分 总
量 量
质量分数：
摩尔分数：
体积分数：
m gi = i , m ni xi = , n V r= i, i V
∑g =1
i
∑x =1
i
∑r =1
i
Vi为分体积
gi、xi、ri的转算关系
V ni i = ⇒xi = r i V n
=q02-q01
= ∫ cdt − ∫ cdt
0 0 t2 t1
= c 0 ⋅ t2 − c 0 ⋅ t1
t2 t1
c 0 , c 0 表示温度自 °C到t1和0°C到t2的平均比热容. 0
t2 t1
q ct = 1 t2 −t1
t2
∫ = ∫ =
t
t2
t1
cdt
t2
t2 −t1
0 t1
cdt + ∫ cdt
通用气体常数不仅与气体状态无关，与气 体的种类也无关 R =8.314J /(mol ⋅ K)
0
气体常数与通用气体常数的关系：
m pV = nR T = R T 0 0 M pV = mR T
R0 R= 或 R0 = M R M

工程热力学—5 实际气体的性质和热力学一般关系式


12:06
NEU SMM ETP
15
☆ Common thermodynamic character of State Equations of Real Gas
5.2
范 德 瓦 尔 方 程 和 其 它 实 际 气 体 方 程
氢不同温度时压缩因子 与压力关系
12:06 NEU SMM ETP 16
AV 5 NH3 13 PH3 N
14.0067
AVI 6 H2O 14 Sulfur H2S
32.066
AVII O 7 HF 15 HCl F
18.9984
Nitrogen P
30.9738
Oxygen
15.9994
Fluorine Cl
35.4527
S
Phosphorus
Chlorine
PH3，无色气体，性剧毒，有芥子气味。不稳定，加热即分解。磷化钙或其它磷 化物进行水解即得。––––《辞海》1979年版 12:06 NEU SMM ETP 2
理想气体假设（Assume）： ☆ 理想气体假设
理想分子是一些弹性的、不占体积的质点，分子间无相互作 5.1
理 想 气 体 和 实 际 气 体 的 差 别
用力。
☆ 实际气体的研究一般是采用理论分析与实验研究相 结合的方法
① ② ③ ④ ⑤ 将工质分类，性质相近的，归并在一起； 利用理想气体的性质，根据某一类工质的实际情况，加以修 正，找出大致的规律； 按所找到的规律，对该工质进行实验研究。按已经确定的理 论规律，确定一些实验点，测出所需的各项参数； 将实验数据整理成规律，与按理论分析得到的结果相对照， 分析他们的异同点，然后对理论进行修改； 实验研究和理论研究交叉进行，最终得到正确的工质热物理 性质的规律和数据，制成公式、图线、表格以及计算程序， 供使用者查阅、参考。
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法Ⅱ
套用开口系能量方程
2 c2 c12 Q dEc ,v (h2 gz2 ) m2 (h1 gz1 ) m1 Wsh 2 2
因 m2 0, Wsh 0, 工质入口动能、位能忽略不计。
有 Q dEc,v h0 m Q dU h0dm 充入气体的总量即为容器内气体的增量 m dm 有限过程
简化能量方程 Q dU h m
3-8 充气过程和放气过程
Q dU h m
(2)有限过程 对上式积分 得

2
1
Q dU h m
1 1
2 1 2
2
2
Q U 2 U1 h m Q u2 m2 u1m1 h m
1
放出气体的质量等于容器内气体的减少量 m dm
ds
q
T
w w q wL
T T T
表明引起工质熵变化的因素
①与外界交换热量;
若为绝热过程有 ds 0
wL
T
②过程不可逆。

wL
T
0
若为可逆的绝热过程有 wL 0, 有ds 0 ,即为定熵过程。 若为不可逆的绝热过程有 wL 0, 有ds 0 。 P55末段,虽然…，了解
1
2
例题2
一刚性容器抽真空。p1=0.1MPa，G=0.03 m3/min， T=常数。 试求：
解 １.欲使容器内压力降到0.035MPa时，所需要的抽气时间 每分钟抽出气体的质量 G v
p1
p2
p3
c2
c1
速度变化曲线
c3
第三章
气体的热力性质和热力过程
3-6 无功过程和绝热过程
3)绝热节流过程 (1)节流 流体在管道内流动时，由于通道截面突然缩小，使 流动遇到阻力，使其压力降低，这种现象称为节流。
(2)节流的基本特性
稳定流动能量方程 因为
ws 0,
2 c2 c12 q h g z ws 2 2 c2 c12 0, 2
１. 充气过程的能量方程(P65) （1）微元过程
h0 m
Q
简化能量方程
dE dU
Q h0 m dU
m dm
Q dU h0 m d (um) h0 m
充入的质量等于容器内质量的增量
Q d (um) h0dm
3-8 充气过程和放气过程
绝 热
p1 0.2MPa T1 400K m=3kg
N2
真 空
p2 ? MPa T2 300K V2 2V1
V1 热 量 熵变量
Q U mcV T
T2 V2 S m cV ln Rg ln T1 V1
3-7
定容混合过程和流动混合过程
cV T2 cpT0 T2 T0
3-8 充气过程和放气过程
（2)有限过程 建立有限充气过程的能量方程 若为绝热充气过程，有
得
Q u2m2 u1m1 h0 (m2 m1 ) 0 u2m2 u1m1 h0 (m2 m1 )
若充气前容器内为真空（m1=0），有

2
1
Q dU h0 dm
1 1
2
2
Q u2m2 u1m1 h0 (m2 m1 )
3-8 充气过程和放气过程
放气过程示意图
放气过程示意图
3-8 充气过程和放气过程
2、放气过程的能量方程(P71)
（1） 微元过程
建立微元放气过程的能量方程
Q
dE dU
h m
q h
2 c2 c12 任意过程 wt g z wsh 流经换热器一类设备时 wt 0 2
由于摩擦作用使压力降低 p2 p1 不作技术功的过程不一定都是定压过程。
第三章
气体的热力性质和热力过程
3-6 无功过程和绝热过程
3.绝热过程(P59)
1)绝热作功的过程 由能量方程 绝热过程 q 0
T2 T1 称之为焦耳效应。
此不可逆的绝热过程中
ds
q wL
T T
0
wL
T
0
3)绝热节流过程
取样孔
孔板流量计 示意图
标准孔板
管
道
法 兰
孔 板 流 量 计 示 意 图
流体流经节流件时压力和流速的变化情况
1 2 3
流体流经节流件时压力 和流速的变化情况
p
压力变化曲线
有初、终态相同的两热力过程 不可逆过程
可逆过程
熵变量
ds
q
T
w w q wL
T T T
引起工质熵变化的因素 ① 与外界交换热量; ② 过程不可逆。
第三章
气体的热力性质和热力过程
3-6 无功过程和绝热过程
3.绝热过程(P59)
1)绝热作功的过程 熵变量
1
2
=cV T1m2 cV T1m1 T1 c p dm
1
2
=T1 cV m2 m1 c p m2 m1 RgT1 m2 m1
方法Ⅱ
套用开口系能量方程
2 c2 c12 Q dEc ,v (h2 gz2 ) m2 (h1 gz1 ) m1 Wsh 2 2


3-8 充气过程和放气过程
气罐和管道示 意图
气 罐 和 管 道
3-8 充气过程和放气过程
充气过程示意图示意图
p0, T0, h0
热 力 系
充 气 过 程 示 意 图
3-8 充气过程和放气过程
充气过程示意图示意图
p0, T0, h0
热 力 系
充 气 过 程 示 意 图
3-8 充气过程和放气过程
1.绝热定容混合过程
T1i V1i
能量方程
n
T ,V , p
U U U1 T mi cVi mi cVi T1i 0
i 1 i 1
n
混合气体的温度 T
m c T
i 1 n
n
i Vi 1i
m c
i 1
i Vi
混合过程的熵变量 S
T V S i mi cVi ln T Rgi ln V i 1 i 1 1i 1i
2.绝热流动混合过程
p11 p1i
p1n
T ,V , p
p2
能量方程
H1 H2 ...Hi ... Hn H 0
H
i 1
n
i
H mi c piTi T mi c pi
i 1 i 1
n
n
混合气体的温度
T
m c
i 1 n i 1
n
i pi 1i
q 0,
g z 0,
所以，用于节流问题的能量方程是 h 0 h2 h1
节流前后工质的焓值相等是截留过程的基本特性。
(3)节流前后工质参数的变化 ①熵的变化量 节流过程是一不可逆的绝热过程,其熵必增加。 ②压力变化 由 s ds q dh vdp vdp 可见， T T T ds与dp符号相反。节流产生的压降越大，熵增也越大， 表明过程的不可逆程度越大。 ③比容(自己分析） ④温度 a.理想气体 h 0 cp T 0 T2 T1
因 m1 0, Wsh 0, 工质入口动能、位能忽略不计。 有 Q dEc,v h m Q dU h m
有限过程

2
1
Q dU h m
1 1
2
2
Q u2 m2 u1m1 h m
1
2
Q u2 m2 u1m1 hdm
Q d (um) h0dm
（2)有限过程
建立有限充气过程的能量方程

得
2
1
Q d (um) h0 dm
1 1
2
2
Q u2m2 u1m1 h0 (m2 m1 )
若为绝热充气过程，有
0 u2m2 u1m1 h0 (m2 m1 )
若充气前容器内为真空（m1=0）,有 u2 h0 若为理想气体
u2 m2 h0 m2
理想气体定温充气过程
或
u2 h0
Q cV 2T2 m2 cV T1m1 c pT0 (m2 m1 ) cV T1 (m2 m1 ) cV T0 (m2 m1 ) cV (m2 m1 ) T1 T0
显然,Q为负值。
3-6 无功过程和绝热过程
1.不作膨胀功的过程(P56)
由功的定义式
w pout dv
q u
可知,当(向真空膨胀)
pout 0 或 dv 0 时,有w=0。
q u
此时,对于任何过程都有
强调:不作膨胀功的过程不一定都是定容过程。 2.不作技术功的过程(P57) 可逆过程 wt vdp 当dp=0 时 有 wt 0
第三章
气体的热力性质和热力过程
3-6 无功过程和绝热过程
3.绝热过程
2)绝热自由膨胀过程(P62) 由能量方程 q u w 因 q 0, w 0 得
u 0 即 u2 u1
若为理想气体 T 0 T2 T1 若为实际气体 v 0, 使u p 有所增大,而使 uk 减小,使 T
混合气体的温度 混合过程的熵变量
T
mT
i 1
n
i 1i