2热工第二章——工程热力学课件PPT

1.67
双原子
5 2 R0
7 2
R0
1.4
多原子 7 2 R0 9 2 R0 1.29
第二章 气体的热力性质
2.1理想气体与实际气体 2.2理想气体比热容 2.3实际气体状态方程 2.4对比态定律与压缩因子图
1) 范德瓦尔方程
通过对理想气体的两个假设进行修正，得到描述实际气 体性质的范德瓦尔方程
2.658kg
8314.3 293.15
28
第二章 气体的热力性质
2.1理想气体与实际气体 2.2理想气体比热容 2.3实际气体状态方程 2.4对比态定律与压缩因子图
§2.2理想气体比热
比热是计算内热能和焓的关键!!
q u
cv
( dT
)v
( T
)v
q h
cp
( dT
)p
( T
)p
Байду номын сангаас
cpdT cvdT RdT
c : 质量比热容
cp cv R
C’: 体积比热容 Cm: 摩尔比热容
c p cv 0 R c p,0 cv,0 M R R0
比热比k：定压比热与 定容比热的比值。
k c p cp c p,m cv cv cv,m
cv
R k 1
cp
kR k 1
(4) 定值比热，真实比热和平均比热
定值比热：根据分子运动论得出各理想气体的摩尔
比热均相等，称为定值比热。
分子运动论
Um
i 2
R0T
运动自由度
C v,m
dU m dT
i 2 R0
C p,m
dH m dT
d (U m R0T ) dT
i2 2
R0
单原子
Cv,m[kJ/kmol.K]
3 2
R0
Cp,m [kJ/kmol.K]
5 2
R0
k
理想气体，忽略分子体积，分子自由运动空间为v
实际气体，考虑分子体积，分子自由运动空间为v－b
分子运动引起的动压力为
pa
RT vb
理想气体，忽略分子作用力，对气体压力无影响
实际气体，考虑分子作用力，气体压力减小
分子作用力导致压力减小量为
pi
a 2
a v2
两个效应叠加，得到
RT a p v b v2
宏观试验与微观分析均可导出理想气体状态方程
pv RT
克拉贝龙方程
四种形式的理想气体状态方程
1 km ol : pVm R0T
状 态
n km ol : pV nR0T
方 1 kg : pv RT
程 m kg : pV m RT
注意:
摩尔容积Vm R0与R 统一单位
R04的)单通位是用km气ol，体为与常分数子量RM0对与应,气所以体理气常方数程中Rn是kmol!!
第二章 气体的热力性质
2.1理想气体与实际气体 2.2理想气体比热容 2.3实际气体状态方程 2.4对比态定律与压缩因子图
§2.4对比态定律与压缩因子图
压缩因子z 对比参数与对比态定律 压缩因子图
1) 压缩因子z的引入
实际气体状态方程 理想气体状态方程
复杂，不利于工程计算 简单，利于工程计算
为便于分析计算 理想气体（ideal gas）： 经过科学抽象的假想气体模型
假设条件 气体分子是弹性的、不占体积的质点 分子之间没有引力和斥力
理想气体可以用简单的状态方程描述，遵循克拉贝龙方程。
完全意义的理想气体是不存在的
2) 理想气体状态方程
Ideal-gas equation of state
R0——通用气体常数（Universal Gas constant）
R0 8314.3 [ J kmol K ]
与气体种类无关
R——气体常数（Gas constant）
R R0 M
[J / kg.K ]
与气体种类有关 M-----Molar mass
例如
R空 气
R0 M 空气
8314.3 28.97
用理想气体 状态方程计 算实际气体
z表示实际气体性质对理 想气体的偏离程度，是状 态函数。
不能直接利用，需修正
v=zvid pv=zRT
287
J kg K
气体方程计算时注意事项
压力为绝对压力 采用热力学温标，温度单位为K 统一单位，最好采用国际单位
V=1m3的容器有N2，温度为20 ℃ ，压力表读数 1000mmHg，pb=1atm，求N2质量。
m
pV RT
pV R0 T
M
(1000 1) 1.013105 1.0
760
理想气体u和h仅仅是温度的单一函数!
定容 q du 定压 q dh
du cvdT dh cpdT
§2.2理想气体比热
R R0 M
[J / kg.K ]
1) 理想气体比热
比热：单位物量的物体，温度升高或降低1K所吸收或
放出的热量
C q
dt
根据热量和物量单位的不同，比热又可分为：
c : 质量比热容 Cm: 摩尔比热容 C’: 体积比热容
kJ kg K
kJ kmol K
kJ Nm3 K
kJ kg oC
kJ kmol oC
kJ Nm3 oC
Cm=M·c=22.414C’
(3) 定压比热与定容比热的关系
定容过程： 定压过程：
q du pdv
qv cvdT
qp cpdT
qp qv [ pdv]p d ( pv)p
工程热力学
Engineering Thermodynamics
北京航空航天大学
第二章 气体的热力性质
2.1理想气体与实际气体 2.2理想气体比热容 2.3实际气体状态方程 2.4对比态定律与压缩因子图
§2.1理想气体与实际气体
实际气体（real gas）：真实工质，热力状态不能用简单方程描述。