环境热力学-第5章物性数据的估算等
热力学与统计物理第5章
3．微观粒子的全同性原理：
全同粒子是不可分辨的，在含有多个全同粒子的系统中， 将任何两个全同粒子加以对换，不改变整个系统的微观状态。
4．自然界中微观粒子的分类：玻色子和费米子
（1）自旋量子数为半整数的是费米子，例如：电子、 子、 质 子、中子等；
（2）自旋量子数是整数的为玻色子，例：光子（1）， 介子0
1
2 d
D( )d
h3
D( )是单位能量间隔内的状态数 — —态密度
例子5：
n
经典极限条 件
对子相空间的积分
子系的一个量子态 （自由度是 r）
大小为hr的相格体积
一维谐振子：经典情况
p 2 1 m 2 x 2
2m 2
p2
2m
x2
2
1
m 2
a 2 ;b 2m m 2
面积：S ab 2 / 2
按照经典理论，连续取值 椭圆面积连续变化
按量子力学：
n
(n
1 )h
2
Sn
n / 2
(n
1 2
)h
S
n
h
每个h大小的子相体积(这里是面积）对应谐振子的 一个量子态
（五）近独立体系微观状态的量子描述
1．系统粒子的描述
（1）全同粒子组成的系统：就是由具有完全相同的属性（相 同的质量、电荷、自旋等等）的同类粒子组成的系统；
第五章、统计物理学的基本概念
(一) 等概率原理 (统计物理学唯一的假设)
对于处在平衡状态的孤立系统，系统各个可能的微观状 态出现的概率是相等的。（1870年由玻尔兹曼提出）
说明：
等概率原理在统计物理中是一个基本假设，它的 正确性由它的种种推论都与客观实际相符而得到 肯定，是一个合理的假设；等概率原理是平衡态 统计物理的基础 。
大学物理教程课件第五章
M
dE dE dV Cp = +p 可得： 代入上式 可得： dT dT dT
µ
CV (T2 − T1 )
dV C p = CV + p dT 利用1摩尔理想气体的状态方程 利用 摩尔理想气体的状态方程 PV=RT，将两边求微分并考 ， 虑到此时的P为常量 为常量， 代入上式得： 虑到此时的 为常量，可得 PdV=RdT 或 R=PdV/dT代入上式得： 代入上式得
T1 T2
对于质量为M的工作物质 温度从 升到T 对于质量为 的工作物质,温度从 1升到 2时向外界吸收 的工作物质 温度从T 的热量为： 的热量为： M Q = νC p (T2 − T1 ) = C p (T2 − T1 )
µ
第五章 热力学
对于一般的准静态过程中系统所吸收的热量， 对于一般的准静态过程中系统所吸收的热量，可以通过对 T2 两边求得： 式dQ = νCdT 两边求得： Q = ∫ dQ = ∫ νCdT = νC (T2 − T1 )
在热传递过程中所传递的能量就称为热量。 在热传递过程中所传递的能量就称为热量。 功与热量的异同
1）过程量：与过程有关； ）过程量：与过程有关；
T1 < T2
T1 Q T2
2）等效性：改变系统热运动状态作用相同； ）等效性：改变系统热运动状态作用相同； 1卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡 卡 3）功与热量的物理本质不同 . ）
热力学
相辅相成
气体动理论
第五章 热力学
第一节 热力学第一定律及其对理想气体的应用
一、热力学系统 热力学所研究的对象称为热力学系统，简称系统。 热力学所研究的对象称为热力学系统，简称系统。 按系统与外界的相互作用可将系统分为三类： 、 按系统与外界的相互作用可将系统分为三类：1、开放 系；2、封闭系；3、孤立系。 、封闭系； 、孤立系。 热力学平衡态：如果孤立系达到一个各种宏观性质不再随时间 热力学平衡态： 改变的状态，则这种状态就称为热力学平衡态。 改变的状态，则这种状态就称为热力学平衡态。 二．热力学过程 热力学系统的状态随时间的变化叫做热力学过程。 热力学系统的状态随时间的变化叫做热力学过程。 1、如按过程的平衡性质分，热力学过程可分为准静态过程和 、如按过程的平衡性质分， 非准静态过程。 非准静态过程。
大学物理课件：第五章学物理第五章总结
大学物理课件：第五章学物理第五章总结热力学基础一、基本要求1．掌握功、热量、内能的概念，理解准静态过程。
2．掌握热力学第一定律，能分析、计算理想气体等值过程和绝热过程中功、热量、内能的改变量。
3．掌握循环过程和卡诺循环等简单循环效率的计算。
4．了解可逆过程和不可逆过程。
5．理解热力学第二定律及其统计意义，了解熵的玻耳兹曼表达式及其微观意义。
二、基本内容1. 准静态过程过程进行中的每一时刻，系统的状态都无限接近于平衡态。
准静态过程可以用状态图上的曲线表示。
2. 体积功功是过程量。
3. 热量系统和外界之间或两个物体之间由于温度不同而交换的热运动能量。
热量也是过程量。
4. 理想气体的内能式中为气体物质的量，为摩尔气体常量。
内能是状态量，与热力学过程无关。
5. 热容定体摩尔热容定压摩尔热容迈耶公式比热容比6．热力学第一定律（微分形式）7．理想气体热力学过程主要公式（1）等体过程体积不变的过程，其特征是体积=常量。
过程方程：常量系统对外做功：系统吸收的热量：系统内能的增量：（2）等压过程压强不变的过程，其特征是压强=常量。
过程方程：常量系统对外做功：系统吸收的热量：系统内能的增量：（3）等温过程温度不变的过程，其特征是温度常量。
过程方程：常量系统内能的增量：系统对外做功：系统吸收的热量：（4）绝热过程不与外界交换热量的过程，，其特点是。
过程方程：常量系统吸收的热量：系统内能的增量：系统对外做功：或8. 循环过程系统由某一平衡态出发，经过一系列变化过程又回到原来平衡态的整个过程叫做循环过程（简称循环）。
其特点，准静态循环在图上用一条闭合曲线表示。
正循环：系统从高温热源吸热，对外做功，向低温热源放热。
效率为逆循环：也称制冷循环，系统从低温热源吸热，接受外界做功向高温热源放热。
制冷系数9. 卡诺循环系统只和两个恒温热源进行热交换的准静态循环过程。
正循环的效率制冷系数10. 可逆和不可逆过程一个系统，由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为可逆过程；反之，如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则称为不可逆过程。
热力学第五章
哪个参数才能正确评价能的价值
焓：绝热节流
p1 p2
h1 = h2
等焓节流
w1
w2
w1 > w2
焓相同，但做功不等。 焓相同，但做功不等。
哪个参数才能正确评价能的价值 内能： 内能：绝热膨胀
u1 = u2
p0 w1 w2 p0
w1 > w2
内能相同，但做功不等。 内能相同，但做功不等。
三种不同品质的能量
从可转换成机械能的角度出发能量的组成为环境一定能量中最大可能转换为功的部分500100kjmax293100500414max2931001000707100kj热量温差温差化学化学势差物理温差与压力差物质或物流动能速度差位能位置差扩散浓度差电力电位差水力水位差风力风压差地力压力差波浪压力差与各种不平衡势差有关nq1恒温热源nq卡诺循环的功nqxqxqnqnq微元卡诺循环的功xqnq1q中最大可能转换为功的部分就是exq损失3单热源热机不能作功热ex损失作功能力损失xqt一定qxq51空气由空气由200200经冷却器定压冷却到经冷却器定压冷却到4040试计算空气放出的热量算空气放出的热量火用或空气作出的最大功或空气作出的最大功是是多少
1、可无限转换的能量 、
Ex An
无效能
理论上可以完全转换为功的能量 高级能量 机械能、电能、水能、 如：机械能、电能、水能、风能 2、不能转换的能量 、 理论上不能转换为功的能量 环境（大气、海洋） 如：环境（大气、海洋） 3、可有限转换的能量 Ex + An 、 理论上不能完全转换为功的能量 热能、 如：热能、焓、内能
3、单热源热机不能作功， T =T0， ExQ′=0 、单热源热机不能作功，
冷量的ExQ′与AnQ′的说明
热力学 第5章 2011
•
에너지변환시스템연구실(ECOS) Energy Conversion System Lab.
CONSERVATION OF MASS
Conservation of mass: Mass, like energy, is a conserved property, and it cannot be created or destroyed during a process. Closed systems: The mass of the system remain constant during a process. Control volumes: Mass can cross the boundaries, and so we must keep track of the amount of mass entering and leaving the control) Energy Conversion System Lab.
7 Chung H. Jeon
Special Case: Incompressible Flow
The conservation of mass relations can be simplified even further when the fluid is incompressible, which is usually the case for liquids. Steady, incompressible Steady, incompressible flow (single stream) There is no such thing as a “conservation of volume” principle. For steady flow of liquids, the volume flow rates, as well as the mass flow rates, remain constant since liquids are essentially incompressible substances.
5-第五章热力学
4. 内能
动能，位能，及系统内部的能量 平动，转动，振动； 内部粒子的运动能量； 分子间相互作用的位能
容量性质
强度性质 状态函数
U U (T , P)
5. 热量——系统与环境能量交换方式一
不是状态函数 Q 系统吸热：Q>0 系统放热：Q<0 显热：仅发生温度的改变 潜热：聚集态（相）变化
6. 功——系统与环境能量交换方式二
经典法
反应熵和热效应
Φ函数法
H2 ( g ) O2 ( g ) H 2O( g )
H2 ( g ) O2 ( g ) H 2O( g )
S298
130.67
205.15
188.83 -242.63
f H298
fG
298
f H
பைடு நூலகம் 298
298 f S
298
当△GR=0时，CaCO3开始分解，并具有分解压 pCO2
经典法—反应熵和热效应
已知反应物和产物标准熵
G
R
R.298
H
R.298
R ,298
298S
R,298
G H
R .298
T S
298 298 c pT (ln 1 ) T T
GR HR T S .298 R,298
m B
13. 为了讨论过程的方向与限度—熵S 如果系统中发生微小的可逆变化，该系统的 熵变dS等于此可逆过程的热量与系统温度 T的比值
dS Qr / T
14.吉布斯函数G：
G H TS
反应的摩尔吉布斯函数变：
G (T ) H (T ) T S (T )
热力学第五章6162474页PPT文档
四冲程高速柴油机的理想化
1. 工质
p3 4
定比热理想气体
工质数量不变
2
P-V图p-v图
2’
2. 0—1和1’ —0抵消 开口闭口循环
3. 燃烧外界加热
p0 0
5 1’
1
4. 排气向外界放热
V
5. 多变绝热
6. 不可逆可逆
理想混合加热循环（萨巴德循环）
分析循环吸热量，放热量，热效率和功量
p
3
4
T
4 3
1
2’ 喷柴油
V
2 开始燃烧
2—3 迅速燃烧，近似 V
p↑5~9MPa
四冲程高速柴油机工作过程
3—4 边喷油，边膨胀
p3 4
近似 p 膨胀
t4可达1700~1800℃
2 2’
4 停止喷柴油
5
4—5 多变膨胀
p0
1’
p5=0.3~0.5MPa
0
1
t5500℃
V
5—1’ 开阀排气， V 降压
1’—0 活塞推排气,完成循环
p 3
T
3
2
2
4
4
1
1
v
s
定容加热循环的计算Βιβλιοθήκη 吸热量T3
q1cvT3T2
放热量(取绝对值）
2
4
q2cvT4T1
1
热效率
s
t
wq1q21q21T 4T 1
q1 q1
q1 T 3T 2
定容加热循环的计算
热效率
T
t
1 T4 T3
T1 T2
1
T1
T4 T1
T2
T3 T2
第5章_热力学物性估算方法要点
5.2.2 CG两水平基团贡献法
Constantinou和Gani 在1994年以UNIFAC基团贡献法为基础 提出了物性估算的两水平基团贡献(CG)法。他们将有机分子的结 构单元分为一级和二级两个水平的基团，物性可按两个水平来估 算。一级水平只用一级基团值，二级水平则需增加二级基团的贡 献。 估算公式如下：
《高等化工热力学》第5章
物性估算基本思路
(3) 结构和键型
所有宏观性质都与分子结构和原子间键型有关，正是它们 决定了分子间力的数量级和类型。原子、原子团和键型等是构 成分子的结构单元，通过这些分子结构单元的贡献加和，可以 求算出待估算物性。有时计算的贡献加和并不是性质本身，而 是按照简化的理论或经验规则算得的性质关联式。
《高等化工热力学》第5章
第5章 热力学性质估算方法
Methods of Estimating Thermodynamic Properties
热力学数据即物性数据，是化工数据的重要组成部分。化 工数据包括热力学数据、传递性质数据、反应速度数据、与安 全有关数据以及微观性质数据等。热力学数据是化工产品、化 工过程和化工设备的设计和操作中必不可少的数据。 由于物质种类非常多，仅“美国毒品控制法规”就列出 60000个条目，且每年都在增加；且有些物质的物性也很难通过 普通实验测得，如临界温度之前就已分解的物质的临界参数测 定。因此实验室不可能将所有物质的所有物性都能实测出来， 用热力学方法进行估算是必要的。 在过程模拟计算中耗时最多的就是物性计算，其准确与否 往往是模拟计算成败的关键因素或者先决条件。
Tm 122 ni Tm,i 122 83.84 205 .84( K ) Tb 198 .2 ni Tb,i 198 .2 211 .12 409 .32( K )
热力学原理在环境监测与评估中的应用
热力学原理在环境监测与评估中的应用引言：环境监测与评估是对自然环境中各种因素的测量、分析和评价，旨在保护和改善环境质量。
热力学原理作为一门研究能量转化和传输规律的学科，在环境监测与评估中具有重要的应用价值。
本文将重点探讨热力学原理在环境监测与评估中的应用及其优势。
一、热力学原理在环境能量转换监测中的应用热力学原理研究能量的转换和传递过程，为环境能量转换监测提供了理论基础。
通过测量环境中的能量转换情况，可以评估环境对能量的利用效率和能量的浪费情况。
例如，使用热力学原理可以测量建筑物的能量损失情况，并评估改善措施的效果；通过热力学分析，可以评估工业生产过程中的能量转化效率，为节能减排提供技术支持。
二、热力学原理在环境污染监测与评估中的应用环境污染是当前严峻的环境问题之一，在环境污染监测与评估中，热力学原理提供了一种精确的分析方法。
根据热力学原理，污染物在环境中的传输和转化过程可以被定量描述和计算。
例如，通过热力学计算，可以确定水体中溶解氧的含量，评估水体的富营养化程度；利用热力学模型，可以预测大气中污染物的扩散路径和浓度变化。
热力学原理在环境污染监测与评估中的应用，有助于我们了解污染物的迁移和转化规律，为环境保护提供科学依据。
三、热力学原理在环境资源评估中的应用环境资源评估是对环境中各种资源的价值和利用状况进行评估，热力学原理在此领域中也发挥着重要的作用。
通过热力学原理的应用，可以对生物能源、太阳能、风能等可再生能源的开发潜力进行评估；同时，利用热力学模型，可以对地热资源和化石能源等非可再生能源的储量和利用情况进行评估。
热力学原理的应用，有助于我们明确环境资源的潜力和可持续利用的限制，为合理利用和保护环境资源提供科学支持。
结论：热力学原理在环境监测与评估中具有广泛的应用，可以帮助评估环境能量转换、污染物传输和资源利用等方面的情况。
通过热力学原理的研究和应用，可以提高环境监测与评估的精确性和科学性，为环境保护和可持续发展提供科学依据。
(16)热力学第五章3
孤立系统熵增原理
孤立系统 = 非孤立系统 + 相关外界
Siso 0
=：可逆过程 >：不可逆过程 <：不可能过程
最常用的热二律数学表达式
孤立系统熵增原理的应用
• 选取孤立系统
• 分析计算子系统：热源、冷源、工质、物
质源及环境的熵变 • 所有子系统的熵变之和为孤立系统总熵变 • 根据总熵变判断过程或变化 • 总熵变即为孤立系统的熵产
Q1 T1 Q2 T2
0
T1 Q1 W功 R 源 Q2 T2
Q2 T2 t t ,c 1 1 Q1 T1
孤立系熵增原理举例(2)
两恒温热源间工作的可逆热机
Siso Q1 T1 Q2 T2 0
T T1
T1 Q1 W功 R 源 Q2 S T2
T2
孤立系熵增原理举例(3)
S f m(s2 s1 )
例 题
• 气体在气缸中被压缩，气体的热力学能
和熵的变化分别为45kJ和-0.289kJ/K， 外界对气体做功165kJ。过程中气体只 与环境交换热量，环境温ห้องสมุดไป่ตู้为300K。问 该过程是否能够实现？
热二律解决的典型问题
1. 某循环或过程能否实现?
Q
Tr 0
熵变的计算方法
功源：只与外界交换功 无耗散
功源的熵变
S 0
理想弹簧
分析系统熵变时，做功项熵变为零。
例 题
• 有1mol的某种理想气体，从状态1经过一
个不可逆过程变化到状态2。已知状态1的 压力、体积和温度分别为p1、V1、T1，状 态2的体积V2＝2V1，温度T2=T1。若设比 热容为定值，求熵变化量（S2-S1）。
热力学讲义——第五章
2
5．2 高压相平衡 ． 高压相平衡的计算一般采用状态方程方法， 高压相平衡的计算一般采用状态方程方法，常用的状 等简单实用的立方型方程。 态方程为 SRK、PR 等简单实用的立方型方程。 、 相平衡的判据： 相平衡的判据： TL=TV PL=PV
f i L = f iV
SRK 方程： P = 方程：
12
对于一级相变： 对于一级相变：
∂T ∂µ iα ∂P
µ iα = µ iβ ∂µ iα
P , nj T , nj
∂µ iβ ≠ ∂T ∂µ iβ ≠ ∂P
P , nj T , nj
标度律和指数律只适用于临界区，而传统的状态方程不适用于非 标度律和指数律只适用于临界区， 经典流体，因此应开发一种热力学模型， 经典流体，因此应开发一种热力学模型，可以连续地从经典区过渡到 非经典区。 非经典区。 方法之一为采用跨接函数（ ）将经典方程与非经典方程相连接。 方法之一为采用跨接函数（Y）将经典方程与非经典方程相连接。 该函数为距临界点的距离的函数，在临界点， 该函数为距临界点的距离的函数，在临界点，其为 0，而在远离临界 ， 区，其为 1。从而使得在临界区非经典模型起作用，而在非临界区 ， 。从而使得在临界区非经典模型起作用，而在非临界区， 经典模型起作用。 经典模型起作用。 f = Yf classical + (1 − Y ) f nonclassical
* Huron-Vidal 混合规则
ai G E ( p = ∞) a = ∑ xi + b bi q
b = ∑ xi bi
* MHV1 混合规则
a 1 a = ∑ xi i + [G E ( p = 0) + RT ∑ xi ln(b / bi )] b bi q
热力学统计物理 第五章 课件
J LX 在许多情形下往往有几种力与几种流同时存在，这时将出 现不同过程的交叉现象。而上式相应推广为
J k Lkl X l
l
上式称为线性唯象律，系数Lkl称为动理系数。 Lkl等于一 个单位的第l 种动力所引起的第k 种流量，一般是局域强
度量的函数。
统计物理学可以证明，适当选择流量和动力，可使局 域熵产生率表达为
J q T
其中κ是导热系数。
扩散过程的经验规律是菲克定律。 以 J n表示混合物中某组元物质在单位时间内流过单位 截面的粒子数，称为粒子流密度。菲克定律指出，粒子流 密度与该组元的浓度梯度成正比，即
Jn D n 其中n是该组元的浓度，D是扩散系数。
导电过程的经验规律是欧姆定律。
把在单位时间内通过单位截面所输运的物理量（分子
数、电荷量、动量和能量等）统称为热力学流，以 J
表示。
把引起物理量输运的物体中某种性质的梯度（浓度梯度、 电势梯度、速度梯度、温度梯度等）统称为热力学力，以 X 表 示。 在各向同性物体中上述各种输运过程的经验规律都可 以表述为“流量与动力成正比”，即
物体中温度不均匀引起能量的输运，称为热传导过程； 混合物中各组元浓度不均匀引起物质的输运，称为扩散过程； 流体流动时速度不均匀引起动量的输运，称为粘滞现象； 导体中的电势差引起电荷的输运，称为导电过程…
对于一系列输运过程都建立了经验规律。 热传导过程的经验规律是傅里叶定律。
以 J q表示单位时间内流过单位截面的热量，称为热流 密度。傅里叶定律指出，热流密度与温度梯度成正比，即
如果系统内部发生的过程可逆，熵产生
diS=0 如果系统内部发生的过程不可逆，熵产生
热力学统计物理 第五章 课件
此式是能量守恒定律的表达式，其中J u 是内能流密度。
由基本方程可知，当粒子数密度增加dn时，内能密度 的增加为μdn，μ是一个粒子的化学势。 因此当存在粒子流时，内能流密度可以表示为
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ju J q J n
即内能流密度是热流密度与粒子流携带的能流密度之和。
把上式代入内能密度的连续性方程，得 u J q J n t
第五章 不可逆过程热力学简介
§5.1 局域平衡 熵流密度与局域熵产生率
在第一章中根据热力学第二定律得到不等式 dQ dS T 式中等号适用于可逆过程，不等号适用于不可逆过程。
将上式中dS推广为下述等式
dS=deS+diS 式中deS是由于系统与外界交换物质和能量所引起的系统 熵变，是可正可负的；diS表示系统内部发生的过程引起 的熵产生，不能取负值。
根据系统熵的积分式，整个系统熵的增加率可表为 dS d s = sd d J s d dt dt t 利用高斯定理将右方第一项化为面积分，得 dS = J s d d dt 上式右方第一项表示单位时间通过系统表面从外界流入的 熵，第二项表示单位时间内系统各体积元的熵产生之和。 将上式与 dS=deS+diS 比较可得 de S di S = Js d ， = d dt dt 由于在任何宏观区域中熵产生都是正定的，故有Θ≥0。
T 1 T Jq Jq 2 2 0 T T T 由于导热系数恒正，热传导过程中局域熵产生率Θ是正定
2
的。 例2 如果系统内部除了温度不均匀外，化学势也不均匀，
工程热力学第5章PPT课件
-
25
循环热效率计算式：
t
wnet q1
1q2 q1
适用于一切循环、任意工质
t
1
Tm , L Tm , H
适用于多热源可逆循环、任意工质
t
1 TL TH
适用于卡诺循环、概括性卡诺 循环、任意工质
-
26
5–4 熵和热力学第二定律的数学表达式
一、熵的导出 比熵的定义式： ds δqrev
T
比熵是由热力学第二定律导出的状态参数。
Q1C > Q1R多 Q2C < Q2R多 T
t
1
Q2 Q1
∴ C > tR多
1 a
平均温度法：
4
b2 cT1 T2
d3
Q1R多 = T1(sc-sa) Q2R多 = T2(sc-sa)
tR多
1
T2
_
6
- T1
5s
21
§5-3 卡诺定理
定理：在两个不同温度的恒温热源间工作的
所有热机，以可逆热机的热效率为最高。
源的温度。
-
29
对于质量为 m 的工质，
dSδQrev δQrev
T
Tr
δQrev 0 Tr
注意：
1. 熵的变化表征了可逆过程中热交换的方向与大小。
2. 熵的定义式中的热量是可逆过程中交换的热量；温 度是热源温度或工质温度，要用绝对温度。
3. δQrev 0 Tr
热量是工质与热源交换的热量，温度 是热源温度。
定理1：在相同温度的高温热源和相同的低温热源 之间工作的一切可逆循环，其热效率都相 等，与可逆循环的种类无关，与采用哪种 工质也无关。
定理2：在同为温度T1的热源和同为温度T2的冷源 间工作的一切不可逆循环，其热效率必小 于可逆循环热效率。
能源与环境科学中的热力学问题
能源与环境科学中的热力学问题第一章引言能源与环境科学是一个交叉学科，它涉及到能源的利用与环境的保护。
热力学是能源与环境科学研究的重要基础，它直接关系到能源转化效率和环境污染等方面。
因此，热力学问题在能源与环境科学中具有重要的地位。
本文将主要介绍能源与环境科学中的热力学问题。
第二章能源系统的热力学分析能源系统是指包括能源的生产、输送、转换和利用在内的一系列设施和技术系统。
能源系统的热力学分析是对能源系统热力学性质的研究和分析，主要包括热力学平衡、熵变以及热力学效率等方面。
通过能源系统的热力学分析，可以确定能源系统的热力学特性，优化能源系统的设计和运行，提高能源利用效率。
第三章燃料与能源转化的热力学问题燃料与能源转化是指将燃料转化为能源的过程，包括化石燃料的燃烧和核能的转化。
在热力学角度来看，燃料与能源转化涉及到能量转化、热力学效率以及环境污染等问题。
因此，在燃料与能源转化的过程中，需要考虑热力学问题，优化能量转化过程，提高热力学效率，减少环境污染。
第四章环境保护中的热力学问题环境保护是能源与环境科学的重要方向，热力学问题在环境保护中也是一个重要的研究内容。
主要包括废物处理、废气处理、废水处理等方面。
在环境保护中，需要考虑废弃物的熵变、热力学平衡等问题，以及废气和废水的处理过程中的热力学问题，通过热力学分析优化环境保护的过程，减少环境污染对自然环境和人类健康的影响。
第五章热力学在能源与环境科学中的应用热力学在能源与环境科学中有着广泛的应用，包括太阳能利用、地热能利用、生物质能利用等方面。
在这些应用中，热力学问题的解决对于提高能源利用效率、保护环境、推进可持续发展等方面都具有重要意义。
因此，热力学在能源与环境科学中的应用是一个非常重要的研究方向。
第六章结论能源与环境科学中的热力学问题是一个重要的研究方向，通过对能源系统的热力学分析、燃料与能源转化的热力学问题、环境保护中的热力学问题以及热力学在能源与环境科学中的应用等方面的研究，可以有效地优化能源系统的设计和运行，提高能源利用效率，减少环境污染，促进可持续发展。
热力学物性估算方法46页PPT
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
Байду номын сангаас
热力学与统计物理第五章知识总结
§5.1 热力学量的统计表达式我们根据Bolzman分布推导热力学量的统计表达式一、配分函数粒子的总数为令（1）名为配分函数，则系统的总粒子数为（2）二、热力学量1、内能（是系统中粒子无规则运动的总能量的统计平均值）由（1）（2）得（3）此即内能的统计表达式2、广义力，广义功由理论力学知取广义坐标为y时，外界施于处于能级上的一个粒子的力为则外界对整个系统的广义作用力y为（4）此式即广义作用力的统计表达式。
一个特例是（5）在无穷小的准静态过程中，当外参量有dy的改变时，外界对系统所做的功为（6）对内能求全微分，可得（7）（7）式表明，内能的改变分为两项：第一项是粒子的分布不变时，由于能级的改变而引起的内能变化；地二项是粒子能级不变时，由于粒子分布发生变化而引起的内能变化。
在热力学中我们讲过，在无穷小过程中，系统在过程前后内能的变化dU等于在过程中外界对系统所作的功及系统从外界吸收的热量之和：（8）与（6）（7）式相比可知，第一项代表在准静态过程中外界对系统所作的功，第二项代表在准静态过程中系统从外界吸收的热量。
这就是说，在准静态过程中，系统从外界吸收的热量等于粒子在其能级上重新分布所增加的内能。
热量是在热现象中所特有的宏观量，它与内能U和广义力Y不同。
3、熵1）熵的统计表达式由熵的定义和热力学第二定律可知（9）由和可得用乘上式，得由于引进的配分函数是，的函数。
是y的函数，所以Z是，y的函数。
LnZ的全微分为：因此得（10）从上式可看出：也是的积分因子，既然与都是的积分因子，我们可令（11）根据微分方程关于积分因子的理论，当微分式有一个积分因子时，它就有无穷多个积分因子，任意两个积分因子之比是S的函数（dS是用积分因子乘微分式后所得的全微分）比较（9）、（10）式我们有积分后得（12）我们把积分常数选为零，此即熵的统计表达式。
2）熵函数的统计意义由配分函数的定义及得由玻耳兹曼分布得所以（13）此式称为Boltzman关系，表明某宏观状态的熵等于玻耳兹曼k乘以相应的微观状态数的对数。
热力学物性估算方法
热力学物性估算方法热力学物性估算方法是指在缺乏实验数据的情况下，通过计算或模型来估计物质的热力学性质。
热力学物性估算方法在化工工程、材料工程、环境科学等领域中具有重要的应用价值。
本文将介绍几种常用的热力学物性估算方法。
1.固体热容估算方法固体热容是指单位质量固体在温度变化下的热容量。
根据普遍公认的Dulong-Petit法则，理想情况下，固体的摩尔热容等于3R，其中R为气体常数。
因此，可以通过使用Dulong-Petit法则进行固体热容的估算。
然而，对于非理想的固体，Dulong-Petit法则并不适用。
因此，还可以使用经验公式或理论模型来计算固体热容，如Einstein模型和Debye模型等。
2.液体密度估算方法液体密度是指单位体积液体的质量。
液体密度的估算方法有很多种，其中最简单的方法是使用经验公式。
例如，在化工工程中，常用的液体密度估算公式是Kaye and Laby公式，即density = a + bT + cT^2 +dT^3，其中a、b、c和d为经验常数，T为温度。
另外，也可以使用理论模型如Van der Waals方程来估算液体的密度。
3.气体黏度估算方法气体黏度是指气体内部分子之间的相对运动所产生的阻力。
气体黏度的估算方法有很多种，其中较常用的方法是使用经验公式。
例如，Stokes 公式可以用于估算低速流动气体的黏度，而Iwai公式可以用于估算高速流动气体的黏度。
此外，理论模型如Chapman-Enskog理论和Lennard-Jones势能模型也可以用于气体黏度的估算。
4.溶液热容估算方法溶液热容是指单位质量溶液在温度变化下的热容量。
溶液热容的估算方法有很多种，其中常用的方法是使用经验公式。
例如，在化工工程中，可以使用Margules方程或二元显示系数公式来估算溶液的热容。
另外，流行的理论模型如SRK方程和NRTL方程也可以用于溶液热容的估算。
总之，热力学物性估算方法在工程实践中具有重要的应用价值。
环境热力学
• 简化式为：
x oi oi x wi wi
Cwi
1
Vw wi
55.6
wi
你现在浏览的是第十二页，共24页
对固体溶质，
xwi
1 rwi
piss pie
p
ss i
一般由下式近似求出
p
e i
piss pie
0.023(tm 25)
Kow与cwi(xwi)可联系起来 lgcwi AlgKow
环境热力学中，有时只能依靠关联式
环境热力学
你现在浏览的是第一页，共24页
主要内容
• 环境热力学的特点 空气——水分配系数 • 土壤和沉积物的吸附作用
你现在浏览的是第二页，共24页
环境热力学的共性与特殊
• 相平衡是化工热力学中的核心问题之一，也是 环境热力学中的重点问题，它涉及废气、废渣、 废液等的组成及在环境中不同相之间的转移。
• 环境热力学的重要性及特色 • 环境热力学中的相平衡，通过Kow及水溶解度体
会基本计算方法，注意活度系数在计算中的重 要性 • 大批化学品污染物在水中值极大，溶解度极小 • 关注估算方法的特点
你现在浏览的是第二十四页，共24页
•如根据IRPTC的资料，生活在PCB含量为1µg/L水中的鱼类，28 天后的富集系数为水体中含量的37000倍，再放回不含PCB的清洁 水中，84天以后的净化率为61%。水生生物在水体中对化学物质 的吸收和积累作用，往往是通过水和脂肪之间的分配来完成的。
你现在浏览的是第二十三页，共24页
本章总结
l g c w i 0 . 6 9 3 0 . 9 6 l g K o w 0 . 0 2 9 2 ( t m 2 5 ) 0 . 0 0 3 1 4 M f i
利用aspen plus进行物性参数的估算
1 纯组分物性常数的估算1.1、乙基2-乙氧基乙醇物性的输入由于Aspen Plus 软件自带的物性数据库中很难查乙基2-乙氧基乙醇的物性参数, 使模拟分离、确定工艺条件的过程中遇到困难, 所以采用物性估算的功能对乙基2-乙氧基乙醇计算。
已知:最简式：(C6H14O3)分子式：(CH3-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH)沸点：195℃1.2、具体模拟计算过程乙基2-乙氧基乙醇为非库组分，其临界温度、临界压力、临界体积和临界压缩因子及理想状态的标准吉布斯自由能、标准吉生成热、蒸汽压、偏心因子等一些参数都很难查询到，根据的已知标准沸点TB，可以使用aspen plus软件的Estimation Input Pure Component(估计输入纯组分) 对纯组分物性的这些参数进行估计。
为估计纯组分物性参数，则需1. 在 Data (数据)菜单中选择Properties(性质)2. 在 Data Browser Menu(数据浏览菜单)左屏选择Estimation(估计)然后选Input(输入)3. 在 Setup(设置)表中选择Estimation(估计)选项，Identifying Parameters to be Estimated(识别估计参数)4. 单击 Pure Component(纯组分)页5. 在 Pure Component 页中选择要用Parameter(参数)列表框估计的参数6. 在 Component(组分)列表框中选择要估计所选物性的组分如果要为多组分估计选择物性可单独选择附加组分或选择All(所有)估计所有组分的物性7. 在每个组分的 Method(方法)列表框中选择要使用的估计方法可以规定一个以上的方法。
具体操作过程如下：1、打开一个新的运行，点击Date/Setup2、在Setup/Specifications-Global页上改变Run Type位property Estimation3、在Components-specifications Selection页上输入乙基2-乙氧基乙醇组分，将其Component ID为DIMER4、在Properties/Molecular Structure -Object Manager上，选择DIMER，然后点Edit5、在Gageneral页上输入乙基2-乙氧基乙醇的分子结构6、转到Properties/Parameters/Pure Component Object Manager上，点击“NEW”然后创建一个标量（Scalar）参数TB7、输入DIMER的标准沸点（TB）195℃8、然后转到Properties/Estimation/Set up页上，选择Estimation all missing Parameters9、运行该估算，并检查其结果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
对应状态法（对比态法）
两参数法
对比状态法从p－V－T关系开始，van der Waals方程：pr Fra bibliotekTr ,Vr 0
提供了压缩因子Z的估算方法（两参数压缩因子图）
发 展 为 估 算 蒸 气 压 （ ps ） 、 蒸 发 焓 （ V H ） 、 焓 差
用作为第三参数时，作为标准的是球形流体
（Ar、Kr、Xe），后者的为零。 Lee－Kesler是三参数法的一种改进，选择两种参
考流体的方法更准确些。但复杂得多。
使用沸点为参数的对比态法
沸点（Tb）反映物质的特性，从微观角度看反映分子间作用 力，实验数据又充分。因此可作为特殊的第三参数使用。
的基团较多较细。 早期的基团法中，不考虑各种基团间的交互作用。从20世纪
40年代起，开始修正临近基团的影响。 基团法从估算固定温度点开始，经过发展，目前基团法已经
提出了温度关联式，用于各种温度下。 开始基团法仅用于纯物质的物性估算，目前已用于汽液平衡
估算，并用于多种相平衡估算中，成为唯一的估算相平衡的 方法。
的可靠性。 经评价的数据大都集中在数据手册中。 靠一本手册或一套手册不可能查到所有的数据。数据手册
有专用性，即一类或同类物性集中在一本或一套手册中。
数据评价的规则
选用经典的实验方法得到的数据； 采用较新年代的实验数据； 信任经其他数据专家评估的数据； 优先选用高知名度的测定者或实验室的数据； 注意作者自己公布的实验误差； 注意测定者公布的原料纯度，了解方法的可靠性； 注意测定时的温度、压力等测定精度； 了解实验目的
误差小，同时要注意不同物性项目对误差要求不同； 尽量少用其他物性参数 计算过程或估算方程不要太复杂 估算方法要尽可能具有通用性，特别是关注对极性
化合物使用的可能性。 具有理论基础的方法常常有更好的发展前景。
估算方法
每项物性有各自的多种估算方法； 同一类型的估算方法又用于不同的物性项； 目前，实用的估算方法主要是对应状态法和基
第四参数法虽有优点，但还未成为一个适用于 各种物性计算的方法。
使用第五参数（量子参数）的 对比态法
一般的对比状态法不适用于量子气体（H2、 He）等，在两参数法时，就曾提出使用对 氢使用“临界参数加8”规则，
Tr
T Tc
8
p pr pc 8
此时，Tc单位为K，pc用atm（12.8atm）。
基团法发展情况
随着基团划分细致，计算精度提高，但基团数膨胀造 成了计算的复杂性；
加入结构修正项，计算结果更好，但估算方法更加繁 琐，通用性也差；
温度关联式的提出，使基团法便于计算机使用。 为了使用，应该将基团法的基团划分和结构校正控制
在适度的范围内。否则将失去基团法通用性的优点。
可加入一个与分子大小有关的量子参数
（第五参数）作理论修正，但广泛使用的是
对临界参数的经验修正法；
Tc
Tc0 1 21.8
MT
pc
pc0 1 44.2
MT
式中 Tc0 , pc0 ,V是c0 经验修正后的临界参数。
此法是先修正临界参数，再考虑不同摩尔
质量的温度的修正。
对比状态法和状态方程法比较
广泛用于估算液体饱和密度、蒸气压、蒸发焓。
例如在ps的计算中
ln
prs
h1
1 Tr
h
Tbr
ln
pc / 101.325
1 Tbr
Tbr
Tb Tc
prs
ps pc
使用第四参数（极性参数）的对 比态方法
加入极性参数（第四参数）可进一步改进对比 状态法
但至今未有广泛被接受的第四参数，目前已使 用过的有以偶极矩为基础的，或以及ps为基础 的。
环境热力学-第5章物性数据的 估算等
本章主要内容
估算的必要性及要求 对比态方法。从两参数到多参数的发展 基团（贡献）法。出发点、发展和分类 （沸点、临界性质）基础物性的估算 UNIFAC法介绍
估算方法的必要性及要求
化工数据的评价
化工数据以实验值最可靠 当不同作者对同一物性给出不同值时，要进行数据评价。 对数据评价时可用“质量码”，经数据评价的数据有更大
从计算方法比较，这两种方法有很大差异 但状态方程法中，所用参数都是从临界参数计
算，即以Tc、pc、 来表达的， 在处理混合物时，需要用实验值回归交互作用
参数，这样的计算成为估算方法。 对比态法在处理户混合物时也存在同样的问题。
因此这两种方法也有一定的共同点。
基团贡献法
基团法概述
对比状态法有通用和简洁的优点，也便于计算机使用。 主要问题是过于依赖临界参数，而至今具有临界参数的物
质只略多于1000种。因此对于缺乏临界参数的化合物对比 状态法是难于使用的。 基团贡献法（简称基团法）具有完全不同的出发点。 基团法假定纯物质或混合物的物性等于构成此化合物或混 合物的各种基团对此物性的贡献值的总和，并假定在任何 体系中，同一种基团对于某个物性的贡献值都是相同的。
基团法的优点是具有最大的通用性。
由于构成常见化合物的基团只有约100个，因此 100个基团就基本上可估算各类有机化合物的物 性了。
基团法主要用于估算有机物的物性
一些基团法不依赖于任何其他物性，但有的基 团法关系式中需要其他物性参数。
基团法发展和分类
早期的基团法很简单，基团划分“粗糙”，所划基团很少。 20世纪中叶，用基团法估算标准生产焓及临界性质时，划分
化工数据估算的必要性
虽然在文献中或手册中已有许多数据，但化学工业 中化合物品种太多，且要考虑不同温度、压力下， 物性值的变化。 工业中处理的又多是混合物，物性项目中必须考虑 浓度的影响； 实测值远远不能满足需要，有时测定技术上存在难 以克服的困难； 估算求取化工数据成为极重要的方法。
化工数据估算的要求
（H H id
）、熵差（
S
S id）、热容差（ Cp
C
id p
）、逸度
系数（ ）等一系列热力学性质的计算。
此法使用方便，但主要用于计算气相。
三参数法
加入第三参数可更好地反映物质的特性，因此在p －V－T及其他各种热力学性质计算中更准确、更常
用的三参数是偏心因子（ ）和临界压缩因子
（Zc）。 使用 和Zc后，有关液相的计算更加准确了。