第1章 流体pVT关系

3
等温与绝热
可用于描述理想气体的扩张和压缩过程，探索其热力学性质。
流体的比热容和焓
比热容
衡量流体在吸收或释放热量时的 温度变化。
焓
描述了系统的内能和对外界做功 的总和性 质和能量转化。
麦克斯韦方程和吉布斯-杜亨方程
1 麦克斯韦方程
热力学函数之间的偏导数关系，揭示了系统 的性质。
理想气体与实际气体
1 理想气体
遵循理想气体定律，分子之间无相互作用。
2 实际气体
分子之间有相互作用，需要使用状态方程来描述。
3 真实气体状态方程
包括艾伦-富根方程和范德华方程。
等温过程和绝热过程
1
等温过程
温度保持不变，内能转化为热量与环境交换。
2
绝热过程
热量不从或不向环境交换，内能转化为功或由功转化为内能。
2 吉布斯-杜亨方程
描述了多组分体系的平衡条件。
相图和临界点
相图
展示了物质在不同温度和压 力条件下的各种相态。
临界点
温度和压力达到临界值时， 物质不再存在液态和气态之 分。
临界温度和临界压力
定义了物质转变为超临界流 体的条件。
流体在工程中的应用
1 流体动力学
用于设计飞行器、汽车和船只的空气动力学 和水动力学。
2 能源转换
涉及流体的燃烧、蒸汽发电和涡轮机等领域。
3 化工过程
4 环境工程
流体在化学工程中的传热、传质和反应过程。
涉及水力学、水污染和废水处理等流体问题。
高等热力学课件第1章流 体pVT关系
流体力学的核心概念之一是流体的pVT关系。通过深入研究这些关系，我们可 以更好地理解流体的特性和行为。
流体的性质

化工热力学标准化作业一流体的压力p、温度T、体积V和数量(质量或摩尔量)是可以通过实验测量的，利用这些可测得的量和流体的热容数据，可计算其它不能直接从实验测得的热力学性质，如焓H、熵、热力学能(内能)U、Gibbs自由焓G等。

流体pVT关系可采用两种方式来描述：一是图形法；二是解析法，如状态方程法与对应状态原理法等。

1 本章学习要求本章的核心内容是流体的pVT关系。

要求学生掌握纯物质的p-V-T立体相图中，点、线、面所代表的物理意义及在pT面和pV面上投影所形成的p-T相图和p-V相图。

认识物质的气、液、固三类常见状态和气-液、气-固、液-固相平衡等在相图中的表征方法；掌握临界点的物理意义及其数学特征。

要求掌握理想气体的基本概念及其基本的数学表达方法；明确在真实条件下，物质都是以非理想状态存在的，掌握采用立方型状态方程和多项级数展开式，如Virial方程进行非理想气体pVT计算的方法。

2 重点与难点(1) p-V-T相图(2) 状态方程(Equations of State，EOS)(3) 对应状态原理(Corresponding State Principle)(4) 混合物pVTx关系一、是否题（正确划√号，错误划×号，并写清正确与错误的原因）1、纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变化过程。

答：2、当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。

答：3、由于分子间相互作用力的存在，实际气体的摩尔体积一定小于同温同压下的理想气体的摩尔体积，所以，理想气体的压缩因子Z=1，实际气体的压缩因子Z＜1。

答：4、纯物质的三相点随着所处的压力或温度不同而改变。

答：5、在同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸汽的吉氏函数相等。

答：6、纯物质的平衡气化过程，摩尔体积、焓、热力学能、吉氏函数的变化值均大于零，答：7、气体混合物的virial系数，如B、C…，是温度的函数。

答：8*、virial方程和RK方程既可以应用于汽相，又可以用于液相。

流量计
用于测量流体的流 量。
搅拌器
用于混合流体。
实验步骤与操作方法
准备实验设备与器材，确保其完好无损。
01
按照实验要求，向储液罐中加入适量的流 体，并搅拌均匀。
03
02
将压力表、温度计、流量计等测量仪器连接 到实验设备上。
04
启动实验设备，观察并记录压力、温度和 流量等参数的变化。
在实验过程中，保持环境温度和压力恒定 ，以减小误差。
03
pvt关系的表现形式
压力与体积的关系
压力与体积的负相关关系
在恒温条件下，流体的压力增大，体积将减小；压力减小，体积将增大。这是因 为压力的增加会导致流体分子间的平均距离减小，从而体积减小。
等温压缩系数
描述压力变化时体积变化的程度。等温压缩系数越大，表示压力变化引起的体积 变02
气体定律
气体在一定条件下遵循pvt关系，如理想气体定律和范德华方程等。这 些定律可以帮助我们预测和解释气体在不同压力、温度和体积下的行为 。
流体的压缩性
流体的压缩性是指流体在压力变化下体积的变化程度。通过pvt关系， 我们可以了解流体的压缩性，进而研究流体在管道中的流动特性。
压力对pvt关系的影响
总结词
压力是影响流体pvt关系的另一个重要因素 。
详细描述
在高压下，流体的分子间的距离变小，相互 作用力增强，导致流体的密度和粘度增加。 同时，压力的变化也可能影响流体的蒸气压
和溶解度等物性参数。
物质种类对pvt关系的影响
要点一
总结词
要点二
详细描述
不同物质具有不同的分子结构和相互作用力，因此其pvt关 系也不同。
不同物质的pvt关系曲线存在差异，这是因为不同物质的分 子间相互作用力和分子结构不同。此外，同一种物质在不 同温度和压力下的pvt关系也可能存在差异。

3. 81型
在55型方程的基础上增加了常数Ｂ４，这样就得到了我 们讲义P12式（2-33）,此式称为81型Ｍ-Ｈ方程。
优点： ａ：计算精度高，误差：气相１％，液相<５％ ｂ：常数易确定，只需两点实测数据（临界点，常压下数 据）
c：可用于极性气体ＰＴＶ性质计算 ｄ：可用于ＶＬＥ和液相性质的计算
问题：对液相极性物质计算误差大,最大误差达16% 参考文献：化工学报, (1). 1981
实际气体的等温线
将范德华方程整理后得到： P（V-b）V2=RTV2-a（V-b） PV3-（bP+RT）V2+aV+ab=0
由这个方程可以看出，当温度不变时，是一个关于V的 三次方程，其解有三种情况:
P
• 三个不等的实根。 • 三个相等的实根 • 一个实根，两个虚根
L
DH
V
• R-K Equation (1949年，Redlich and Kwong)
b 0.08664RTc Pc
a(T) a(Tc)(T) 0.42748R2Tc2 (T)
Pc
(T) 0.5 1 m'(1 Tr0.5)
m' 0.481.574 - 0.1752
R-K Eq经过修改后，应用范围扩宽。 SRK Eq：可用于两相PVT性质的计算，对烃类计算，其 精确度很高。
关于两常数（立方型）状态方程，除了我们介绍的 范德华、R－K、SRK Eq以外，还有许多方程，包括我们 讲义上的P－R Eq和P-T Eq
Tr1 =T1/TcH2
Pr1=P1/PcH2
对于N2
状态点记为2，P2 V2 T2
Tr2 =T2/TcN2
Pr2=P2/PcN2
当Tr1=Tr2 ，Pr1=Pr2 时，此时就称这两种流体处