工程热力学-第三章-理想气体的性质与过程-图文

南京航空航天大学第三章理想气体的性质与过程南京航空航天大学工程热力学的两大类工质1、理想气体（idealgas）理想化，可用简单的式子描述如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气、空调中的湿空气等2、实际气体（realgas）不能用简单的式子描述，真实工质火力发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等南京航空航天大学气体分子间的平均距离相当大，分子体积与气体的总体积相比可以忽略不计分子之间无作用力分子之间的相互碰撞以及分子与容器壁的碰撞都是弹性碰撞理想气体概念理想气体模型南京航空航天大学试验证明：气体压力不太高，温度不太低时(温度不低于－20℃，压力不高于7Mpa)，其性质就比较接近理想气体。O2N2H2CO燃气理想气体的范围南京航空航天大学理想气体状态方程凡遵循克拉贝龙(Clapeyron)方程的气体即为理想气体四种形式的克拉贝龙方程：m1mol:pVRTmol:npVnRT1kg:gpvRTkg:gmpVmRT状态方程南京航空航天大学Rg与R的区别R——通用气体常数J8.3143[]molKRRg——气体常数[kJ/kg.K]gRRM338.314310kJ0.287kgK28.9710RRM空气空气例如与气体种类无关与气体种类有关南京航空航天大学计算时注意事项1、绝对压力2、温度单位K3、统一单位（最好均用国际单位）南京航空航天大学(比)热容SpecificHeat为计算工质在热力过程中吸收（释放）的热量，引入（比）热容概念。定义:比热容单位物量的物质升高1K或1oC所需的热量qCdt南京航空航天大学(比)热容类型比热容qCdtc:质量比热容JkgKCm:摩尔比热容JmolKC’:容积比热容3JmKCm=M·c=22.414*10-3C’oJkgCoJmolC3oJmC南京航空航天大学比热容是过程量还是状态量?c1c2qCdt某些特定过程的比热容定容比热容定压比热容Ts(1)(2)1K南京航空航天大学定容比热容cv任意准静态过程qdupdvdhvdpu是状态量，设),(vTfuvT()()uududTdvTvvT()[()]uuqdTpdvTv定容v()uqdTTvvv()()qucdTT南京航空航天大学定压比热容cp任意准静态过程qdupdvdhvdph是状态量，设(,)hfTppT()()hhdhdTdpTppT()[()]hhqdTvdpTp定压p()hqdTTppp()()qhcdTT南京航空航天大学cv和cp的说明1、前面的推导没有用到理想气体性质2、cv和cp的物理意义vv()ucT适用于任何气体。pp()hcTcv物理意义：v时1kg工质升高1K内能的增加量cp物理意义：p时1kg工质升高1K焓的增加量液/固体呢？南京航空航天大学理想气体的性质•理想气体的热力学能•理想气体的焓•理想气体的比热•理想气体的熵南京航空航天大学理想气体的内能1843年焦耳实验，对于理想气体qduw0dupvT不变AB绝热自由膨胀真空南京航空航天大学()()pTuududTdpTp无关与必然pupudpT,0)(0(,)ufTp0du理想气体绝热自由膨胀)(Tfu(,)ufTv()()vTuududTdvTv0()0,Tudvuvv必然与无关理想气体的内能南京航空航天大学理想气体内能的物理解释任意工质：内能＝内动能＋内位能T,v理想气体无分子间作用力，内能只决定于内动能，同v无关()ufTT理想气体u只与T有关南京航空航天大学理想气体内能的计算vTvTd()d()dd()duuuuTvcTvTvv理想气体，任何过程理想气体实际气体(,)ufTvvv()ucT()ufTvdducT南京航空航天大学理想气体的焓理想气体的焓是温度的单值函数pvuhTuuTRTuhgThhTRpvg南京航空航天大学理想气体焓的计算(,)hfTppTpTd()d()dd()dhhhhTpcTpTpp理想气体实际气体()hfT理想气体h只与T有关pp()hcTpddhcT理想气体，任何过程南京航空航天大学用定压（容）比热的定义推出理想气体内能、焓的温度表达式？pdvduq0dvvvvdTpdvdudTqcdTduTucvvvdpdhq0dppppdTvdpdhdTqcdTdhThcpp南京航空航天大学一般工质:理想气体：vducdTpv()gdhdudpvccRdTdTdT理想气体的热容vv()ucTpp()hcTpdhcdT南京航空航天大学思考题对于同一种理想气体，相同温度条件下，Cp和Cv哪个值更大？为什么？南京航空航天大学定容变化定压变化热量全部转化为气体本身的热力学能气体受热后温度升高的同时，还要克服外力对外做功比定压比热VS比定容比热南京航空航天大学dTTRddTdudTpvuddTdhcgpgvpRcc迈耶公式比定压比热VS比定容比热RCCmvmp,,南京航空航天大学vpccgpRc1gVRc11比热容比比定压比热VS比定容比热南京航空航天大学熵的定义:TqdsR可逆过程vdpdhpdvduqTdsRpvggpvcdTcdTdvdpdsRRTvTpdvdpccvpdupdhvdsdvdpTTTT理想气体理想气体的熵pv=RgT仅可逆适用？T1p1v1s1T2p2v2s212理想气体，任何过程南京航空航天大学1、按定比热2、按真实比热计算理想气体热容、u、h和s的计算3、按平均比热法计算理想气体热容的计算方法：h、u、s的计算要用cv和cppddhcTvdducTpvdvdpdsccvppgcdTdpRTpvgcdTdvRTv南京航空航天大学分子运动论v,mC2mdUiRdT1、按定比热计算理想气体热容2mmiURTp,m()2C2mmdHdURTiRdTdT运动自由度单原子双原子多原子Cv,m[kJ/kmol.K]Cp,m[kJ/kmol.K]k1.671.41.2932R52R72R52R72R92R南京航空航天大学23v,m0123C......aaTaTaT2、按真实比热计算理想气体的热容根据实验结果整理23p,m0123C......bbTbTbT'()hfT理想气体()ufTv()ducfTdTp'()dhcfTdT62p,R134aC/2.10150.0325217.45710RTT南京航空航天大学qcdt3、按平均比热计算理想气体的热容tt2t1c(cp,cv)21ttc21ttqcdt00ttcdtct221121ttttcdtctt2121210021ttttctctcttc=f(t)2121=()ttctt20tc10tc摄氏℃求O2在100-500℃平均定压热容2500,1000.9795000.923100500100pOc南京航空航天大学vcconst1.2.cv为真实比热21vTTucdT3.cv为平均比热21v21()ttucTT理想气体u的计算4.若为空气，直接查附表21uuuvdducT理想气体，任何过程T1u1T2u212vv21()ucTcTT南京航空航天大学pcconst1.phcT2.cp为真实比热21pTThcdT3.cp为平均比热21p21()tthcTT理想气体h的计算4.若为空气，直接查附表21hhhpddhcT理想气体，任何过程南京航空航天大学1、若定比热22v112222ppv1111lnlnlnlnlnlnTvscRTvTpvpcRccTpvp理想气体s的计算vppvdTdvdTdpdvdpdscRcRccTvTpvp理想气体，任何过程南京航空航天大学理想气体s的计算2、真实比热222222vppv111111lnlndTvdTpdvdpscRcRccTvTpvp取基准温度T000()TpTTdTcfTsT210021lnTTpsssRp若为空气，查附表得0Ts南京航空航天大学研究热力学过程的目的与方法目的提高热力学过程的热功转换效率热力学过程受外部条件影响主要研究外部条件对热功转换的影响利用外部条件,合理安排过程，形成最佳循环对已确定的过程，进行热力计算南京航空航天大学研究热力学过程的对象与方法对象1)参数(p,T,v,u,h,s)变化2)能量转换关系,q,w,wt方法1)抽象分类2)可逆过程(不可逆再修正)pvsTn基本过程南京航空航天大学研究热力学过程的依据2)理想气体p=pvv()()ggcpvRTccRkcufThfT3)可逆过程twpdvwvdpqTds1)热一律tqduwdhwswzgchq221稳流南京航空航天大学研究热力学过程的步骤1)确定过程方程------该过程中参数变化关系(),(),()pfvTfpTfv5)计算w,wt,q4)求shu,,3)用T-s与p-v图表示2)根据以知参数及过程方程求未知参数南京航空航天大学根据实际过程的特点，将实际过程近似地概括为几种典型过程：定容、定压、定温和绝热过程。不考虑实际过程中不可逆的耗损，视为可逆过程。工质视为理想气体比热容取定值研究热力学过程的基本假设南京航空航天大学气体压力保持不变的过程称为定压过程，例如空气在燃烧室中加热过程。p=常数气体状态方程式1212TTvv12pp定压过程过程方程？如何在p-vT-s图上表示？南京航空航天大学TdTcdsp00psscTTeppcTsT定压过程中T和s关系南京航空航天大学定压过程的过程线svppT斜率上凸?下凹？pT南京航空航天大学21dTcuv21dTchp定压过程的内能、焓的变化理想气体任意过程上述公式仅仅适用定压/定容过程？南京航空航天大学121221TTRvvppdvwg021vdpwt定压过程所做的功南京航空航天大学12hhq21dTcqp定压过程同外界交换的热量南京航空航天大学定容过程气体比体积保持不变的过程称为定容过程，例如燃料点燃过程。v=常数气体状态方程式1212TTpp12vv过程方程？如何在p-vT-s图上表示？南京航空航天大学TdTcdsv0()0vsscTTevvcTsT定容过程中T和s关系南京航空航天大学定容过程的过程线T斜率上凸?下凹？sTvpppv()vvdTTdscv南京航空航天大学定容和定压线哪个更陡？sTpv()vvdTTdsc()ppdTTdsc南京航空航天大学21dTcuv21dTchp定容过程的内能、焓的变化还有其它的方法吗？理想气体任意过程南京航空航天大学021pdvw2121ppvvdpwt定容过程所做的功南京航空航天大学21dTcqvuq定容过程同外界交换的热量上述两个公式如何得到？南京航空航天大学气体温度保持不变的过程称为定温过程。T=常数气体状态方程式2112vvpp12TT定温过程过程方程？如何在p-vT-s图上表示？南京航空航天大学定温过程的过程线sTvpppvvTTpv=常数南京航空航天大学21211221lnlnppTRvvTRdvvTRpdvwgg