工程热力学第三章资料讲解
合集下载
工程热力学-第3章 工质的热力性质
理想气体的状态方程式
根据分子运动论：
2 mc 2 p n 3 2
1m3体积分子数 玻尔兹曼常数
pv nvkT
每个分子的动能 与气体的种类有关, 与气体的状态无关
1 kg 理想气体状态方程式气体：
Pa
k) m3/kg J/(kg·
K
通用气体常数
●阿伏加德罗定律：
相同 p 和 T 下各理想气体的摩尔容积V0相同。
v v测 0.84992 0.84925 0.02% 相对误差= v测 0.84925
10
例 题
1. 某人从煤气表上读得煤气消耗量是V1=68.37m3， 使用期间煤气表的平均表压力pe=44mmH2O，平均 温度T1=290K，此时大气平均压力pb=751.4mmHg， 求消耗了多少标准立方米(Nm3)的煤气。 解：由于压力较低，故煤气可作理想气体。
（3.43）
式（3.43）也是定压比热容的定义式。对于理想气 体，热力学能u是温度T的单值函数，式（3.43）可 表示为cp=dh/dT，即可得： dh=cpdT （3.44） （3.45）
理想气体不论经过何种过程，其热力学能及焓的变 化量都可按式（3.41）和（3.45）确定。
通常，热工计算中只要求确定热力过程中热力学能或焓值
1) t 的系数已除过2 2) t 需用t1+t2代入
4.比热容与气体性质的关系
定值比热容：工程上，当理想气体温度在室温附近， 温度变化范围不大或者计算精确度要求不太高时，可 将比热容近似作为定值处理。 1 mol理想气体的热力学能： UM=iR0T/2
CvM=δQv/dT=iR0/2 CpM=(i+2)R0/2 k=(i+2)/i
工程热力学课件-3
• 6、绝热节流 h2 h1
• 例3-5、3-7
- mout(u + c2/2 + gz)out - Wnet = dEcv
推动功的表达式
推进功（流动功、推动功）
W推 = p A dl = pV p w推= pv
注意： 不是 pdv v 没有变化
A p V
dl
对推动功的说明
1、与宏观流动有关，流动停止，推进功不存在 2、作用过程中，工质仅发生位置变化，无状态变化 3、w推＝pv 与所处状态有关，是状态量 4、并非工质本身的能量（动能、位能）变化引起， 而由外界做出，是流动工质所携带的能量
qv dvucvdT
2
u cv dT
1
理想气体：u=f(T) cv du/dT
适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 用定值比热计算:
ucV(T2T1)ຫໍສະໝຸດ 用平均比热计算 :t2
t2
t1
ucvd tcvd tcvd tcvm t0 2t2cvm t0 1t1
kJ 或 kcal 且l kcal=4.1868kJ 特点:
是传递过程中能量的一种形式，与热力过程有关
功
定义: 种类:
除温差以外的其它不平衡势差所引起 的系统与外界传递的能量.
1．膨胀功W： 在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。
膨胀功是热变功的源泉 单位：l J=l N.m
规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。
2． 流动功(或推动功)
为推动流体通过控制体界面而传递的机械功.
流动功计算公式的推导：
Wf pfds fdsVvdm
Wf pvdmpvmpV wf pv
m
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
工程热力学第三章62969-33页PPT资料
3.稳定流动过程
qh1 2c2 f gzwS
QH1 2m c2 f mzgW S
qd h1 2d2 fcgdzwS
QdH 1 2m2 fdm c gdW S z
引入技术功概念 :
qhwt QHWt qdhwt qdhwt
对于可逆过程 :
q
2
h1 vdp
QdHVdpqdhvdp
2
QH1 Vdp
复杂的工程实际问题抽象成热力学模型
第一节 热力学第一定律的实质
一、实质：能量守恒与转换定律在热力学中的应用
二、第一定律的表述 当热能与其他形式的能量相互转化时，能的总量保持不变。
第一类永动机是不可能制造成功的。 三、系统的能量平衡关系 输入系统的能量—系统输出的能量=系统储存能量的变化
能量： 传递中的能量---功和热量----过程量 储存的能量----内部和外部状态参数决定---状态量
qh2h11 2(c2 f2c2 f1)ws
1.换热器：如锅炉、冷凝器等
2.喷管和扩压管
3.产生功的装置：如蒸汽轮机、燃气轮机
4.消耗功的装置：如泵、压缩机
5.节流装置：如膨胀阀
有用功为：
Wu WP0V
可逆过程，则：
2
Wu 1 pdvP0V
二、热量 1.定义：热量是除功以外，通过边界系统与外界之间传
递的能量。 热量是过程量；热能是状态量。
2.符号规定：系统从外界吸热为正；Q>0
系统向外界放热为负。Q<0
3.单位：J、kJ
4.热源：与系统只发生热的相互作用的外界，称为热源
热量是不规则运动的能量传递方式； 功是规则运动的能量传递方式。
三、焓
1.定义：H=U+pV 2.单位：J 3.比焓：1kg工质的焓称为比焓，用h表示。
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 。
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 。
工程热力学基础第三章讲解
状态参数的变化与过程无关
1531.5kg
RmT
8.3143 293.15
3） m
pVM
(1000 760
1) 1.013105 1.0 28
2658kg
RmT
8.3143 293.15
4） m
pVM
(1000 1) 1.013105 1.0 28 760
2.658kg
RmT
8.31431000 293.15
1) 抽象分类 p v T s n
基本过程 2) 可逆过程 (不可逆再修正)
研究热力学过程的依据
1) 热一律 q du w dh wt
稳流
q
h
1 2
c2
gz
ws
2) 理想气体 pv RT cp cv R
k cp cv
u f (T ) h f (T )
§3-5 理想气体的等熵过程
可逆 ds qR
T
ds 0 s
绝热
adiabatic isentropic
说明: (1) 不能说绝热过程就是等熵过程, 必须是可逆绝热过程才是等熵过程。
Reversible adiabatic
(2) 不仅 s 0 , ds 0 s 处处相等
理想气体 s 的过程方程
3)可逆过程
w pdv wt vdp
q Tds
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
p f (v) , T f ( p) , T f (v)
2) 根据已知参数及过程方程求未知参数 3) 用T - s 与 p - v 图表示 4) 求 u , h , s 5) 计算w , wt , q
1531.5kg
RmT
8.3143 293.15
3） m
pVM
(1000 760
1) 1.013105 1.0 28
2658kg
RmT
8.3143 293.15
4） m
pVM
(1000 1) 1.013105 1.0 28 760
2.658kg
RmT
8.31431000 293.15
1) 抽象分类 p v T s n
基本过程 2) 可逆过程 (不可逆再修正)
研究热力学过程的依据
1) 热一律 q du w dh wt
稳流
q
h
1 2
c2
gz
ws
2) 理想气体 pv RT cp cv R
k cp cv
u f (T ) h f (T )
§3-5 理想气体的等熵过程
可逆 ds qR
T
ds 0 s
绝热
adiabatic isentropic
说明: (1) 不能说绝热过程就是等熵过程, 必须是可逆绝热过程才是等熵过程。
Reversible adiabatic
(2) 不仅 s 0 , ds 0 s 处处相等
理想气体 s 的过程方程
3)可逆过程
w pdv wt vdp
q Tds
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
p f (v) , T f ( p) , T f (v)
2) 根据已知参数及过程方程求未知参数 3) 用T - s 与 p - v 图表示 4) 求 u , h , s 5) 计算w , wt , q
工程热力学第3章课件
生
沸腾：液体表面和内部的汽化过程，只能在达到沸
点温度时才发生
汽化速度的大小取决于液体温度的高低
液化 物质从气态变为液态的相变过程，也称为凝结，液
化与汽化是物质相变的两种相反过程 凝结速度的大小取决于蒸汽的压力
饱和状态
水蒸气在密闭容器中，汽、液两相平衡共存的状 态．此时的平衡共存其实是一种汽化速度和凝结速度相 等的动态平衡．处于饱和状态的蒸汽为饱和蒸汽，液态 水为饱和水．
定容比热容(cv)：在定容情况下，单位质量的气体，温 度升高1K所吸收的热量
q du pdv,q dh vdp dv 0
cV
q dT v
du pdv dT v
u T v
cv
du dT
理想 气体
定压比热容（cp）：在定压情况下，单位质量的气体,温
度升高1K所吸收的热量
工质处于饱和状态时的压力和温度分别称为饱和压 力与饱和温度.饱和温度和饱和压力是一一对应的关 系，饱和压力愈高，对应的饱和温度也愈高．
➢ 水蒸气的定压产生过程
工程上所用的水蒸气是由锅炉在压力不变的情况下 产生的，水蒸气的发生过程，即是水的定压汽化过程． 在此过程中，工质会经过三个阶段、五种状态的变化．
➢ 理想气体的比热容
一．热容的定义及单位
物体温度升高1K所吸收的热量，用C表示,单位
J/K
C Q dT
分类：
质量比热：单位质量物质的热容量，用c表示，单位为 J/(kg·K)；
摩尔比热：单位mol物质的热容量，用cm表示，单位为 J/(mol·K)；
体积比热：标准状态下1m3物质的热容量，用c’表示， 单
t1
t2
q cdT
q c t2 t1
t2
沸腾：液体表面和内部的汽化过程，只能在达到沸
点温度时才发生
汽化速度的大小取决于液体温度的高低
液化 物质从气态变为液态的相变过程，也称为凝结，液
化与汽化是物质相变的两种相反过程 凝结速度的大小取决于蒸汽的压力
饱和状态
水蒸气在密闭容器中，汽、液两相平衡共存的状 态．此时的平衡共存其实是一种汽化速度和凝结速度相 等的动态平衡．处于饱和状态的蒸汽为饱和蒸汽，液态 水为饱和水．
定容比热容(cv)：在定容情况下，单位质量的气体，温 度升高1K所吸收的热量
q du pdv,q dh vdp dv 0
cV
q dT v
du pdv dT v
u T v
cv
du dT
理想 气体
定压比热容（cp）：在定压情况下，单位质量的气体,温
度升高1K所吸收的热量
工质处于饱和状态时的压力和温度分别称为饱和压 力与饱和温度.饱和温度和饱和压力是一一对应的关 系，饱和压力愈高，对应的饱和温度也愈高．
➢ 水蒸气的定压产生过程
工程上所用的水蒸气是由锅炉在压力不变的情况下 产生的，水蒸气的发生过程，即是水的定压汽化过程． 在此过程中，工质会经过三个阶段、五种状态的变化．
➢ 理想气体的比热容
一．热容的定义及单位
物体温度升高1K所吸收的热量，用C表示,单位
J/K
C Q dT
分类：
质量比热：单位质量物质的热容量，用c表示，单位为 J/(kg·K)；
摩尔比热：单位mol物质的热容量，用cm表示，单位为 J/(mol·K)；
体积比热：标准状态下1m3物质的热容量，用c’表示， 单
t1
t2
q cdT
q c t2 t1
t2
工程热力学第三章课件
四、焓（ Enthalpy ）及其物理意义
1 2 流动工质传递的总能量为：U mc mgz pV ( J ) 2 1 2 或 u c gz pv （J/kg） 2
焓的定义：h = u + pv H = U + pV
对理想气体：
( J/kg ) (J)
h = u + pv = u + RT＝f(T)
表面张力功、膨胀功和轴功等。 1.膨胀功（容积功）
无论是开口系统还是闭口系统，都有膨胀功；
闭口系统膨胀功通过系统界面传递，开口系统的膨胀 功是技术功的一部分，可通过其它形式（如轴）传递。 系统容积变化是做膨胀功的必要条件，但容积变化不 一定有膨胀功的输出。
2.轴功
系统通过机械轴与外界传递的机械功称为轴功。
第三节 闭口系统能量方程
一、闭口系统能量方程表达式 Q = dU + W (J)
Q = U + W (J)
Q W
q = du + w (J/kg)
q = u + w (J/kg)
对闭口系统而言，系统储存 能中的宏观动能和宏观位能 均不发生变化，因此系统总 储存能的变化就等于系统内 能的变化。即 ΔE= ΔU=U2-U1
p
3 4
2
1
v
对整个循环：∑∆u=0 或
du 0
因而q12 ＋ q23 ＋ q34 ＋ q41 ＝ w12 ＋ w23 ＋ w34 ＋ w41
即
q w
三、理想气体热力学能变化计算
对于定容过程， w = 0，于是能量方程为：
q v = duv=cvdTv
u cV ( )V T
1 2 1 2 Q (h2 c2 gz 2 )m2 (h1 c1 gz1 )m1 Ws dECV 2 2
高等工程热力学第三章
第三章 热力学函数与普遍关系式根据：热力学第一、第二定律 连续可微函数的数学性质 推导：各种热力学函数的微分性质 各种热力学函数的微分关系式适用于：状态连续变化的一切系统以及系统的全部状态 热力学普遍关系式作用：推导或者检验，内查或者外推 范围：简单可压缩系统§1 热力学特征函数及其在描述系统热力学性质中的意义一、热力学特征函数的概念由自然的或者适当的独立变量所构成的一些显函数，他们能够全面而确定地描述热力系统的平衡状态。
热力学特征函数：具有明确的物理意义、连续可微如：以S、V 为独立变量描述内能函数U=U(S，V)就是一个特征函数 全微分dU=TdS-pdV TdS 方程dV VU dS S U dU S V )()(∂∂+∂∂= 可知：p VUT S U S V −=∂∂=∂∂)( , )(则：s u h u pv u v v ∂⎛⎞=+=−⎜⎟∂⎝⎠ v u f u Ts u s s ∂⎛⎞=−=−⎜⎟∂⎝⎠ s vu u g h Ts u v s v s ∂∂⎛⎞⎛⎞=−=−−⎜⎟⎜⎟∂∂⎝⎠⎝⎠热力学能函数只有在表示成S 和V 的函数时才是特征函数。
U＝U(T,V)不能全部确定其他平衡性质，也就不是特征函数。
二、勒让德变换是否还有其他不同于S、V 的独立变量的特征函数吗？有，找出的方法 勒让德变换 设有函数：Y=Y(x 1,x 2,……,x m )全微分：dY=X 1dx 1+X 2dx 2+……+X m dx m 其中：m m x Y X x Y X x Y X ∂∂=∂∂=∂∂=, , , 2211这些偏导数都独立变量是x 1, x 2, ……, x m 的函数 引入函数：Y 1=Y-X 1x 1于是：dY 1=dY-X 1dx 1-x 1dX 1将dY代入：dY 1=-x 1dX 1+X 2dx 2+……+X m dx m 也是一个全微分：Y 1=Y 1(X 1, x 2, ……, x m ) 独立变量中用X 1取代了x 1可以证明：函数Y1和函数Y 具有同样多的信息 对比两个全微分：j i j i 11x 111() , ()Y YX x x X ≠≠∂∂==−∂∂x (互为负逆变换) 如果要互换独立变量和非独立变量的地位，只要应用式： ()i i i i i i X dx d X x x dX =−即可。
工程热力学第三章 热力学第一定律
能量守恒原理：进入 控制体的增量－控制 体输出的能量＝控制 体中储存能的增量
进入控制体的能量Q(h11 2c12gz1)m1
离开控制体的能量W s(h21 2c2 2gz2)m 2
控制体储存能变化： dE cv(EdE )cvE cv 根据热力学第一定律建立能量方程
Q(h11 2c1 2gz1)m 1(h21 2c2 2gz2)m 2W sdEcv Q(h21 2c2 2gz2)m 2(h11 2c1 2gz1)m 1W sdEcv
可逆过程能量方程
可逆过程能量方程 以下二式仅适用可逆过程：
q du pdv
2
q u pdv 1
闭口系统能量方程反映了热功转换的实质，是热 力学第一定律的基本方程式，其热量、内能和膨 胀功三者之间的关系也适用于开口系统
二、热力学第一定律在循环过程中的应用
q12 u2 u1 w12 q23 u3 u2 w23 q34 u4 u3 w34 q41 u1 u4 w41
h g i hi i 1
n
H n H i i 1
只有当混合气体的组成成分一定时，混合气体 单位质量的焓才是温度的单值函数
第六节 稳态稳流能量方程的应用
一、动力机
利用工质在机器中膨胀获得机械功的设备
由q
(h2
h1)
1 2
(c22
c12
)
g(z2
z1)
ws
g(z2 z1) 0
1 2
(c22
pv
对 移 动 1kg工 质 进 、 出 控 制 净 流 动 功
w
＝
f
p 2 v 2－
p1v1
流动功是一种特殊的功，其数值取决于控制体进出口
界面工质的热力状态
进入控制体的能量Q(h11 2c12gz1)m1
离开控制体的能量W s(h21 2c2 2gz2)m 2
控制体储存能变化： dE cv(EdE )cvE cv 根据热力学第一定律建立能量方程
Q(h11 2c1 2gz1)m 1(h21 2c2 2gz2)m 2W sdEcv Q(h21 2c2 2gz2)m 2(h11 2c1 2gz1)m 1W sdEcv
可逆过程能量方程
可逆过程能量方程 以下二式仅适用可逆过程：
q du pdv
2
q u pdv 1
闭口系统能量方程反映了热功转换的实质，是热 力学第一定律的基本方程式，其热量、内能和膨 胀功三者之间的关系也适用于开口系统
二、热力学第一定律在循环过程中的应用
q12 u2 u1 w12 q23 u3 u2 w23 q34 u4 u3 w34 q41 u1 u4 w41
h g i hi i 1
n
H n H i i 1
只有当混合气体的组成成分一定时，混合气体 单位质量的焓才是温度的单值函数
第六节 稳态稳流能量方程的应用
一、动力机
利用工质在机器中膨胀获得机械功的设备
由q
(h2
h1)
1 2
(c22
c12
)
g(z2
z1)
ws
g(z2 z1) 0
1 2
(c22
pv
对 移 动 1kg工 质 进 、 出 控 制 净 流 动 功
w
＝
f
p 2 v 2－
p1v1
流动功是一种特殊的功，其数值取决于控制体进出口
界面工质的热力状态
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
一 理想气体的模型
➢ 理想气体指分子间没有相互作用力、分 子是不具有体积的弹性质点的假想气体
➢ 实际气体是真实气体，在工程使用范围 内离液态较近，分子间作用力及分子本 身体积不可忽略，热力性质复杂，工程 计算主要靠图表
➢ 理想气体是实际气体p0的极限情况。
0
D(t1)
C(t2) t
=q02-q01
t2 cdt t1 cdt
0
0
c
t2 0
t2
c
t1 0
t1
c
t2 0
,
c
t1 0
表示温度自0C到t1和0C到t2的平均比热容.
c t2 q t1 t2 t1
t2 cdt
t1 t2 t1
0
cdt
t2 cdt
t1
0
t2 cdt
0
➢比热容、摩尔热容及体积热容三者之间的关 系：
Cm=Mc=0.0224141 C´
二、定压比热容及定容比热容
热量是过程量，因此比热容也与各过 程特性有关，不同的热力过程，比热容也 不相同：
➢定容比热容：可逆定容过程的比热容
cV
q
dT
v
du pdv dT v
u T
v
➢定压比热容：可逆定压过程的比热容
➢ 简化了物理模型，不仅可以定性分析气体某些 热现象，而且可定量导出状态参数间存在的简 单函数关系
➢ 在常温、常压下H2、O2、N2、CO2、CO、He及 空气、燃气、烟气等均可作为理想气体处理， 误差不超过百分之几。因此理想气体的提出具 有重要的实用意义。
二 理想气体状态方程式
理想气体在任一平衡状态时p、v、T之间关系
3-1 理想气体的概念
一 理想气体的模型
➢ 理想气体指分子间没有相互作用力、分 子是不具有体积的弹性质点的假想气体
➢ 实际气体是真实气体，在工程使用范围 内离液态较近，分子间作用力及分子本 身体积不可忽略，热力性质复杂，工程 计算主要靠图表
➢ 理想气体是实际气体p0的极限情况。
0
D(t1)
C(t2) t
=q02-q01
t2 cdt t1 cdt
0
0
c
t2 0
t2
c
t1 0
t1
c
t2 0
,
c
t1 0
表示温度自0C到t1和0C到t2的平均比热容.
c t2 q t1 t2 t1
t2 cdt
t1 t2 t1
0
cdt
t2 cdt
t1
0
t2 cdt
0
➢比热容、摩尔热容及体积热容三者之间的关 系：
Cm=Mc=0.0224141 C´
二、定压比热容及定容比热容
热量是过程量，因此比热容也与各过 程特性有关，不同的热力过程，比热容也 不相同：
➢定容比热容：可逆定容过程的比热容
cV
q
dT
v
du pdv dT v
u T
v
➢定压比热容：可逆定压过程的比热容
➢ 简化了物理模型，不仅可以定性分析气体某些 热现象，而且可定量导出状态参数间存在的简 单函数关系
➢ 在常温、常压下H2、O2、N2、CO2、CO、He及 空气、燃气、烟气等均可作为理想气体处理， 误差不超过百分之几。因此理想气体的提出具 有重要的实用意义。
二 理想气体状态方程式
理想气体在任一平衡状态时p、v、T之间关系
工程热力学第三章理想气体PPT课件
平均比热容 常用 qct
三 理想气体热力学能、焓、熵的变化量的 计算
1 热力学能和焓的计算
根据比定容热容可知
q (du pd) v du
cv
d
Tv
dT v dT
ducv dT u cvdT
这个结论对定容以外的热力过程是否适用？
P
1
热力学能是状态参数
2
ducv dT对任一热力过 程均成立
V
v2 T2 v1 T1
③过程中的能量变化
2
w pdv p(v2 v1 )
1
2
wt vdp 0
1
q h w t h c p(T 2 T 1)
2）定压过程
④ 过程曲线
s C
d scpd T Tscpln T C Tecp
指数曲线的斜率
T s
p
T cp
T s
v
T cv
p
T
scp
lnv2 v1
cv
lnp2 p1
四 理想气体混合物
理想气体性质：①混合气体内部无化学反应，成 分不变；②各组成气体都有理想气体的性质; ③混 合后仍具有理想气体的性质；④各组成气体彼此 独立，互不影响。
1 理想气体混合物的成分
绝对成份
项目
质量 kg 摩尔数 kmol 体积 m3
混合气体
m
n
V
气体在水中溶解量与水面上此气体的分压力 成正比 。加热水，使部分水汽化，增加水蒸汽 分压力。总压一定条件下，氧气分压力减小
2 理想气体混合物的基本定律
2）分体积和阿美格分体积定律
p
气体1
0 10
气体2
p
0 10
气体2
三 理想气体热力学能、焓、熵的变化量的 计算
1 热力学能和焓的计算
根据比定容热容可知
q (du pd) v du
cv
d
Tv
dT v dT
ducv dT u cvdT
这个结论对定容以外的热力过程是否适用？
P
1
热力学能是状态参数
2
ducv dT对任一热力过 程均成立
V
v2 T2 v1 T1
③过程中的能量变化
2
w pdv p(v2 v1 )
1
2
wt vdp 0
1
q h w t h c p(T 2 T 1)
2）定压过程
④ 过程曲线
s C
d scpd T Tscpln T C Tecp
指数曲线的斜率
T s
p
T cp
T s
v
T cv
p
T
scp
lnv2 v1
cv
lnp2 p1
四 理想气体混合物
理想气体性质：①混合气体内部无化学反应，成 分不变；②各组成气体都有理想气体的性质; ③混 合后仍具有理想气体的性质；④各组成气体彼此 独立，互不影响。
1 理想气体混合物的成分
绝对成份
项目
质量 kg 摩尔数 kmol 体积 m3
混合气体
m
n
V
气体在水中溶解量与水面上此气体的分压力 成正比 。加热水，使部分水汽化，增加水蒸汽 分压力。总压一定条件下，氧气分压力减小
2 理想气体混合物的基本定律
2）分体积和阿美格分体积定律
p
气体1
0 10
气体2
p
0 10
气体2
工程热力学_第3章——【精品资源汇】
18
t/ ℃ p/ MPa
0
20
50
100
120
0.0 006 112 0.0 023 385 0.0 123 446 0.1 013 325 0. 198 483
150 0.47 571
19
3–5 水定压加热汽化过程
一、水定压加热汽化过程
预热
汽化
过热
t < ts (a)
t = ts (b)
t = ts (c)
4
摩尔质量和摩尔容积 摩尔质量：1mol物质的质量，M。 摩尔容积：1mol物质占有的体积，Vm。 阿伏加德罗定律：在同稳同压下，各种气体的摩尔体积都 相等。
5
若以摩尔为单位，则状态方程式为： 对于1mol气体，有： PVm= RT R=Mr/1000*Rg，对于任何气体都相等，称为摩尔气体常数 。 R=8.314J/(mol•K) 对于n摩尔气体，有： PV=nRT。
2) h u pv u RgT
h hT dh cp dT
12
讨论： 如图：
Tb Tc Td
uab uac uad hab hac had
13
2. 热力学能和焓零点的规定 可任取参考点,令其热力学能为零,但通常取 0 K。
u
uT uT0 uT cV
T 0
T
h
hT
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。
液化：由气相到液相的过程
17
二、饱和状态
当汽化速度=液化速度时，系统 处于动态平衡，宏观上气、液两相 保持一定的相对数量—饱和状态。
饱和状态的温度—饱和温度， ts(Ts) 饱和状态的压力—饱和压力，ps
t/ ℃ p/ MPa
0
20
50
100
120
0.0 006 112 0.0 023 385 0.0 123 446 0.1 013 325 0. 198 483
150 0.47 571
19
3–5 水定压加热汽化过程
一、水定压加热汽化过程
预热
汽化
过热
t < ts (a)
t = ts (b)
t = ts (c)
4
摩尔质量和摩尔容积 摩尔质量：1mol物质的质量，M。 摩尔容积：1mol物质占有的体积，Vm。 阿伏加德罗定律：在同稳同压下，各种气体的摩尔体积都 相等。
5
若以摩尔为单位，则状态方程式为： 对于1mol气体，有： PVm= RT R=Mr/1000*Rg，对于任何气体都相等，称为摩尔气体常数 。 R=8.314J/(mol•K) 对于n摩尔气体，有： PV=nRT。
2) h u pv u RgT
h hT dh cp dT
12
讨论： 如图：
Tb Tc Td
uab uac uad hab hac had
13
2. 热力学能和焓零点的规定 可任取参考点,令其热力学能为零,但通常取 0 K。
u
uT uT0 uT cV
T 0
T
h
hT
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。
液化：由气相到液相的过程
17
二、饱和状态
当汽化速度=液化速度时，系统 处于动态平衡，宏观上气、液两相 保持一定的相对数量—饱和状态。
饱和状态的温度—饱和温度， ts(Ts) 饱和状态的压力—饱和压力，ps
工程热力学第三章理想气体的性质讲解
2. Three kinds of Specific heats based on different quantity units
基于不同物量单位的三种比热
(1) Specific heat based on mass(质量比热容)
1kg物体温度1K升高1K所吸收的热量，记作c， 单位为 J/kg•K
理想气体内能的计算
q = du + pdv
对理想气体的定容过程
q = du + pdv 又
du cvdT
理想气体 u f (T )
du cvdT
理想气体，任何过程
Enthalpy of Ideal-gas 理想气体的焓
q = du + pdv +vdp-vdp
=dh-vdp
对理想气体的定压过程
RmT
8.31431000 293.15
m PV 100120 140.3kg RT 0.287 298/15
§3.2 Specific Heats and Heat Capacity (比热和热容)
1. Definition of Specific heat 比热容（比热）的定义
Chapter 3. Properties and Processes of Ideal Gas
第3章 理想气体的性质和过程
3.1 Equation of State for Ideal Gas 理想气体的状态方程
3.2 Specific Heat of Ideal Gas 理想气体的比热
3.3 Internal energy, enthalpy and entropy of Ideal Gas
What kind of gas can be treated as Ideal Gas? 哪些气体可当作理想气体
- 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)。
能量转换与守恒定律指出：一切物质都具有能 量。能量既不可能创造，也不能消灭，它只能在一 定的条件下从一种形式转变为另一种形式。而在转 换中，能量的总量恒定不变。
热力学第一定律是能量转换和守恒定律 在热力学上的应用，确定了热能和机械能之 间的相互转换的数量关系。
热力学第一定律：热能和机械能在转移 和转换的过程中，能量的总量必定守恒。
二、焓是状态参数
hf(p,v), hf(p,T), hf(T,v)
2
h1a2 h1b2 1 dhh2h1 dh0
三、焓的意义
✓焓是物质进出开口系统时带入或带出的热 力学能与推动功之和，是随物质一起转移 的能量。
✓焓是一种宏观存在的状态参数，不仅在开 口系统中出现，而且在分析闭口系统时， 它同样存在。
宏观动能：
Ek
1 2
mc2f
重力位能： Ep mgz
系统的储存能
三、系统的总储存能（简称总能）
热力学能 U
宏观动能
Ek
宏观位能
EP
系统的储存能 E
即 EUEkEP
或
EU12mc2f mgz
1kg工质的总能为比总能：
eu12c2f gz
内能 宏观动能 宏观位能 储存能
UUkUp J
Ek
mc2 2
在作推动功时，工质的状态 没有改变（如图中的C点）， 因此推动功不会来自系统的 储存能－热力学能，而是系 统以外的物质，这样的物质 称为外部功源。 工质在传递推动功时只是单 纯地传递能量，像传输带一 样，能量的形态不发生变化。
pA lpVmpv
✓ 工质在流动时，总是从后面获得推动功，而对前面 作出推动功，进出系统的推动功之差称为流动功 （也是系统为维持工质流动所需的功）。
汽轮机简单模型
Wf p2V2p1V1(pV)
wf p2v2p1v1(pv)
工质从进口到出口，从状 态1膨胀到状态2，膨胀功 为w ，在不计工质的动能 与位能变化时，开系与外 界交换的功量应为膨胀功 与流动功之差w - ( pv )
四、 焓 一、焓的定义：
H U pV h u pv
焓的单位：J，比焓的单位：J/kg
问题: 能量是否还有其它的传递方式?
观察下面的过程,看热能是如何转换为功的
气缸
活塞
飞轮
热 源
工质、机器和热源组成的系统
假设过程是可逆的。 问题：过程可逆的条件是什么？
气缸
可逆过程模拟
活塞
飞轮
热 源
左点
p
1
v
气缸
活塞
续4飞1 轮
热 源
左止点
p
1
2
v
气缸
热 源
左止点
p
1
续4飞1 轮
2
v
气缸
热 源
作功： ✓ 借作功来传递能量总是和物体的宏观位移有关。 ✓ 作功过程中往往伴随着能量形态的变化。
气缸
飞
轮
热 源
传热：
左止点
✓ 借传热来传递能量不需要物体的宏观移动。
✓ 传热是相互接触的物体间存在温差时发生的 能量传递过程。
二、容积功
气缸
可逆过程的容积功在p—v图中的表示
续4飞1 轮
热 源
左止点
p
左止点
p
1
续4飞1 轮
2
v
气缸
热 源
左止点
p
1
续4飞1 轮
2
v
气缸
热 源
左止点
p
1
续4飞1 轮
2
v
气缸
热 源
左止点
p
1
续4飞1 轮
v
气缸
热 源
左止点
p
1
续4飞1 轮
v
气缸
热 源
左止点
p
1
续4飞1 轮
v
气缸
续4飞1 轮
热 源
左止点
p
1
右止点
2
v
气缸
续4飞1 轮
热 源
左止点
p
1
右止点
2
v
问题：左图中 阴影部分的面 积代表什么？
德育点：对学生进行能源的合理利用、节能及环 保等相关的可持续发展观念的教育。
重 点：热力学第一定律的实质，闭口、开口系 统热力学第一定律解析式的表述形式及适用条件， 在不同工程场合中的热工计算，及充气和放气过 程的计算。
难 点：热力学第一定律及其应用是本课程的重 点内容，应深刻理解这个定律的普遍适用性，牢 固掌握各种热力学第一定律表达式的适用条件， 并能将理论与工程实际相联系。
J
Ep mgz J
EUmc2 mgz 2
3-2 系统与外界传递的能量
一、作功与传热
✓ 作功和传热是能量传递的两种方式，因此功 量与热量都是系统与外界所传递的能量，其 值并不由系统的状态确定，而是与传递时所 经历的具体过程有关。所以，功量和热量不 是系统的状态参数，而是与过程特征有关的 过程量，称为迁移能。
热力系
内部能量
z 外部势能
一、热力学能(内能)
热力学能是储存在系统内部的能量， 它与系统内工质的内部粒子的微观运动和 粒子的空间位置有关，是下列各种能量的 总和：
✓ 分子热运动形成的内动能。它是温度的函数。
✓ 分子间相互作用形成的内位能。它是比体积 和温度的函数。
✓ 维持一定分子结构的化学能、原子核内部的 原子能及电磁场作用下的电磁能等。
1
右止点
2
2
w 1 pdv
v
p 1
2
2
w 1 pdv
v
强调：1. p v 图上曲线下面的面积代表容积功
2. dv 0有 w0 w称为膨胀功 dv 0 有 w0 w 称为压缩功
dv 0 有 w0
可
逆
ｐ
过 程
│
中
ｖ容
图积
上功
的在
表
示
三、随物质流传递的能量
✓ 工质在开口系统中流动而传递的功，叫推动功。
热力学能 比热力学能
符 号：
U
u
单 位： 焦耳（J）
J/kg
千焦(kJ)
kJ/kg
热力学能是状态参数，是热力状态的单值函数：
2
U 1
dUU2U1
Ñ dU 0
uuu2u1
Ñ du 0
二、外部储存能
需要用系统外的参考坐标系测量的参数来 表示的能量，称为外部储存能，它包括系统的 宏观动能和重力位能：
热
相应量
功
第一类永动机：不消耗能量而连续作功的设备。
3-1 热力学能和总能
➢能量是物质运动的度量，运动有各种不同 的形态，相应的就有各种不同的能量。
➢系统储存的能量称为储存能，它有内部储 存能与外部储存能之分。系统的内部储存 能即为热力学能，又称为内能。
下面的热力学系统具有哪些方面的能量?
cf
外部动能
第三章 热力学第一定律
教学目标：使学生深入理解并熟练掌握热力学第一定律 的内容和实质，能将工程实际问题建立热力学模型。 知识点：理解和掌握热力学第一定律基本表达式——基 本能量方程；理解和掌握闭口系、开口系和稳定流动能 量方程及其常用的简化形式；掌握能量方程的内在联系 与共性，热变功的实质。 能力点：培养学生正确、灵活运用基本能量方程，对工 程实际中的有关问题进行简化和建立模型的能力。培养 学生结合系统的特点推导出闭口系、开口系及稳定流动 过程能量方程的逻辑思维能力和演绎思维能力。