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null第三章 理想气体的性质与过程第三章 理想气体的性质与过程Properties and Process of the Ideal-Gas火力发电装置火力发电装置锅 炉汽轮机发电机给水泵凝汽器过热器ws = h1 - h2ws = h1 - h2 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 热力学的研究 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 工程热力学的研究内容 1、能量转换的基本定律 2、工质的基本性质与热力过程3、热功转换设备、工作原理4、化学热力学基础工程热力学的两大类工质工程热力学的两大类工质 1、理想气体（ ideal gas） 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（ real gas） 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§3-1 理想气体状态方程 §3-1 理想气体状态方程 理想气体定义：凡遵循克拉贝龙(Clapeyron)方程的气体四种形式的克拉贝龙方程： Rm 与R 摩尔容积Vm状态方程统一单位Ideal-gas equation of state摩尔容积Molar specific volume (Vm)摩尔容积Molar specific volume (Vm)阿伏伽德罗假说 Avogadro’s hypothesis: 相同 p 和 T 下各理想气体的 摩尔容积Vm相同 在标准状况下Vm常用来 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示数量 Rm与R的区别 Rm与R的区别Rm——通用气体常数R——气体常数 M-----Molar mass例如Universal Gas constant与气体种类无关Gas constant与气体种类有关计算时注意事项计算时注意事项 1、绝对压力2、温度单位 K3、统一单位（最好均用国际单位）计算时注意事项实例计算时注意事项实例 V=1m3的容器有N2，温度为20 ℃ ，压力表读数1000mmHg，pb=1atm，求N2质量。1）2）3）4）理想气体模型Model of ideal-gas理想气体模型Model of ideal-gas1. 分子之间没有作用力 2. 分子本身不占容积 但是, 当实际气体 p 很小, V 很大, T不太低时, 即处于远离液态的稀薄状态时, 可视为理想气体。 现实中没有理想气体哪些气体可当作理想气体哪些气体可当作理想气体 当实际气体 p 很小, V 很大, T不太低时, 即处于远离液态的稀薄状态时, 可视为理想气体。 T>常温，p<7MPa 的双原子分子理想气体O2, N2, Air, CO, H2如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气等三原子分子（H2O, CO2)一般不能当作理想气体特殊可以，如空调的湿空气，高温烟气的CO2 §3-2 (比)热容Specific Heats§3-2 (比)热容Specific Heats计算内能, 焓, 热量都要用到热容定义: 比热容单位物量的物质升高1K或1oC所需的热量The energy required to raise the temperature of a unit mass of a substance by one degree§3-2 (比)热容Specific Heats§3-2 (比)热容Specific Heats 比热容c : 质量比热容 Cm: 摩尔比热容C’: 容积比热容Cm=M·c=22.414C’比热容是过程量还是状态量?比热容是过程量还是状态量?Ts(1)(2)1 Kc1c2用的最多的某些特定过程的比热容定容比热容定压比热容定容比热容cv定容比热容cv任意准静态过程u是状态量，设 定容Specific heat at constant volume定压比热容cp定压比热容cp任意准静态过程h是状态量，设 定压Specific heat at constant pressurecv和cp的说明cv和cp的说明1、 cv 和 cp ，过程已定, 可当作状态量 。2、前面的推导没有用到理想气体性质3、 h、u 、s的计算要用cv 和 cp 。适用于任何气体。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焓的增加量常见工质的cv和cp的数值常见工质的cv和cp的数值0oC时：cv,air= 0.716 kJ/kg.K cp,air= 1.004 kJ/kg.Kcv,O2= 0.655 kJ/kg.K cp,O2= 0.915 kJ/kg.K1000oC时：cv,air= 0.804 kJ/kg.K cp,air= 1.091 kJ/kg.Kcv,O2= 0.775 kJ/kg.K cp,O2= 1.035 kJ/kg.K25oC时：cv,H2O= cp,H2O= 4.1868 kJ/kg.K§3-3 理想气体的u、h、s和热容§3-3 理想气体的u、h、s和热容一、理想气体的u 1843年焦耳实验，对于理想气体p v T 不变 理想气体的内能u理想气体的内能u理气绝热自由膨胀 p v T 不变 理想气体内能的物理解释理想气体内能的物理解释内能＝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? 如何求理想气体的内能 uT理想气体u只与T有关理想气体内能的计算理想气体内能的计算理想气体 实际气体理想气体的焓理想气体的焓理想气体实际气体理想气体h只与T有关理想气体的熵理想气体的熵熵的定义: 可逆过程 理想气体pv = RT仅可逆适用？理想气体的热容理想气体的热容一般工质: 理想气体：迈耶公式Mayer’s formula令比热比作业作业3-1 3-5 3-10 3-1210月9日 (周四)的课理想气体的热容理想气体的热容一般工质: 理想气体：迈耶公式Mayer’s formula令比热比§3-4 理想气体热容、u、h和s的计算§3-4 理想气体热容、u、h和s的计算1、按定比热 2、按真实比热计算3、按平均比热法计算理想气体热容的计算 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ：h、u 、s的计算要用cv 和 cp1、按定比热计算理想气体热容1、按定比热计算理想气体热容分子运动论运动自由度单原子双原子多原子Cv,m[kJ/kmol.K]Cp,m [kJ/kmol.K]k1.671.41.292、按真实比热计算理想气体的热容2、按真实比热计算理想气体的热容根据实验结果整理 理想气体3、按平均比热计算理想气体的热容3、按平均比热计算理想气体的热容t t2 t1 c (cp ,cv) 附表3，4，5，6 c=f (t) 摄氏℃求O2在100-500℃平均定压热容理想气体 u的计算理想气体 u的计算1. 2. cv 为真实比热3. cv 为平均比热4. 若为空气，直接查 附表2理想气体 h的计算理想气体 h的计算1. 2. cp 为真实比热3. cp 为平均比热4. 若为空气，直接查 附表2理想气体s的计算理想气体s的计算1、若定比热理想气体 s的计算理想气体 s的计算2、真实比热取基准温度 T0若为空气，查 附表2得理想气体变比热 s 过程理想气体变比热 s 过程已知p1,T1,T2 , 求p2若是空气，查附表2理想气体变比热 s 过程理想气体变比热 s 过程定义vr用得较少，自学相对压力已知p1,T1,T2 ,查附表2，得pr(T1)和pr(T2)，求p2§3-5 研究热力学过程的目的与方法§3-5 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，进行热力计算研究热力学过程的对象与方法研究热力学过程的对象与方法对象方法抽象分类 2) 可逆过程 (不可逆再修正)基本过程研究热力学过程的依据研究热力学过程的依据2) 理想气体3)可逆过程 1) 热一律稳流研究热力学过程的步骤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5) 计算w , wt , q3) 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§3-6 理想气体的等熵过程§3-6 理想气体的等熵过程(2) 不仅 , s 处处相等 绝热可逆s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。adiabaticisentropicReversible adiabatic 理想气体 s 的过程方程理想气体 s 的过程方程当理想气体理想气体 s 的过程方程理想气体 s 的过程方程理想气体变比热 s 过程理想气体变比热 s 过程若已知p1,T1,T2 , 求p2自学理想气体 s  u,  h,  s,的计算理想气体 s  u,  h,  s,的计算 内能变化焓变化熵变化 状态参数的变化与过程无关理想气体 s w,wt ,q的计算理想气体 s w,wt ,q的计算 膨胀功 w技术功 wt热量 q§3-7 理想气体热力过程的综合分析§3-7 理想气体热力过程的综合分析理想气体的多变过程 (Polytropic process)过程方程n是常量， 每一过程有一 n 值nn = ks理想气体 n w,wt ,q的计算理想气体 n w,wt ,q的计算多变过程比热容多变过程与基本过程的关系多变过程与基本过程的关系(1) 当 n = 0 (2) 当 n = 1(3) 当 n = k (4) 当 n =  pTsvnpTsvisothermalisentropicisobaricisochoric理想气体基本过程的计算理想气体基本过程的计算 基本过程的计算是我们的基础，要非常清楚，非常熟悉。基本要求：拿来就会算参见书上表3－4 公式汇总理想气体 过程的p-v,T-s图理想气体 过程的p-v,T-s图斜率上凸?下凹？sTvpppp理想气体 过程的p-v,T-s图理想气体 过程的p-v,T-s图斜率上凸?下凹？sTvpppvvv理想气体 过程的p-v,T-s图理想气体 过程的p-v,T-s图斜率上凸?下凹？sTvp ppt 关于艾滋病ppt课件精益管理ppt下载地图下载ppt可编辑假如ppt教学课件下载triz基础知识ppt vvTT理想气体 过程的p-v,T-s图理想气体 过程的p-v,T-s图sTvpppsvvTTss理想气体基本过程的p-v,T-s图理想气体基本过程的p-v,T-s图sTvpppvvTTssu在p-v,T-s图上的变化趋势u在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpuT=u>0u>0h在p-v,T-s图上的变化趋势h在p-v,T-s图上的变化趋势sTvphT=u>0u>0h>0h>0w在p-v,T-s图上的变化趋势w在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt在p-v,T-s图上的变化趋势wt在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0q在p-v,T-s图上的变化趋势q在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0Tq>0u,h,w,wt,q在p-v,T-s图上的变化趋势u,h,w,wt,q在p-v,T-s图上的变化趋势sTvpu>0u>0h>0h>0w>0w>0wt>0wt>0q>0u,h↑(T↑) w↑(v↑) wt↑(p↓) q↑(s↑)q>0p-v,T-s图练习（1）p-v,T-s图练习（1）sTvp压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？p-v,T-s图练习（2）p-v,T-s图练习（2）sTvp膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？p-v,T-s图练习（3）p-v,T-s图练习（3）sTvp膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？§3-8 活塞式压气机的压缩过程分析§3-8 活塞式压气机的压缩过程分析压气机的作用生活中：自行车打气。工业上：锅炉鼓风、出口引风、炼钢、燃气轮机、制冷空调等等型式结构活塞式(往复式)离心式 ，涡旋轴流式，螺杆连续流动压力范围通风机鼓风机压缩机出口当连续流动Fan CompressorFanner 活塞式压气机的压气过程活塞式压气机的压气过程理论压气功(可逆过程)指什么功目的：研究耗功，越少越好技术功wtMinimizing work input 可能的压气过程 可能的压气过程(1)、特别快，来不及换热。(2)、特别慢，热全散走。(3)、实际压气过程是 作业作业3-16 3-17 3-20 3-21 三种压气过程的参数关系 三种压气过程的参数关系 三种压气过程功的计算 三种压气过程功的计算最小重要启示两级压缩中间冷却分析两级压缩中间冷却分析有一个最佳增压比 省功Work saved最佳增压比的推导最佳增压比的推导 省功最佳增压比的推导最佳增压比的推导 省功欲求w分级最小值，可证明 若m级最佳增压比分级压缩的其它好处分级压缩的其它好处 润滑油要求t<160~180℃,高压压气机必须分级分级压缩的级数分级压缩的级数省功分级降低出口温多级压缩达到 无穷多级(1)不可能实现(2)结构复杂(成本高)一般采用 2 ~ 4 级压缩压气机的设计计算压气机的设计计算需要压气机，想设计一台已知 ：要求：配马达功率， 出口温度。？？根据经验，有无冷却水套假定 ，理论功压气机的设计计算压气机的设计计算实际过程有摩擦机械效率经验值70％压气机的校核计算压气机的校核计算已有压气机，实测要求：压气机效率太低，则压气机报废或修理活塞式压气机的余隙影响活塞式压气机的余隙影响避免活塞与进排气阀碰撞，留有空隙Clearance volume活塞式压气机的余隙影响活塞式压气机的余隙影响活塞排量研究VC对耗功和产气量的影响新气量 产气量有效吸气容积余隙容积VC对理论压气功的影响余隙容积VC对理论压气功的影响设12和43两过程n相同余隙容积VC对理论压气功的影响余隙容积VC对理论压气功的影响余隙对单位产气量耗功不影响余隙容积VC对产气量的影响余隙容积VC对产气量的影响定义容积效率令余隙比工程上一般＝0.03~0.08Volumetric efficiency余隙容积VC对产气量的影响余隙容积VC对产气量的影响讨论：余隙影响例题余隙影响例题已知：求（1）有余隙时的排气量和耗功 （2）无余隙时的排气量和耗功解：（1）有效容积例题(1)有余隙影响例题(1)有余隙影响余隙影响例题余隙影响例题解：（2）无余隙时的排气量和耗功第三章 小结 Summary第三章 小结 Summary1、什么样的气体是理想气体？2、理想气体状态方程的正确使用3、理想气体比热、内能、焓的的特点和计算4、理想气体各种可逆过程的特性， 参数变化，功，热的计算。5、p-v图，T-s图上的表示6、压气机热力过程的分析方法第三章 讨论习题课第三章 讨论习题课教材思考题10教材思考题10s在u-v图上画出 加热， 加热， 加热 膨胀，定比热，理想气体vpTq=u+w教材思考题10教材思考题10p加热斜率为正的直线v加热教材思考题10教材思考题10v加热上凸?下凹？作图练习题（1）作图练习题（1）s比较：作图练习题（2）作图练习题（2）比较：作图练习题（3）作图练习题（3）比较：计算练习题（1）计算练习题（1）同种气体，TA=TB=T0=288K突然拔掉销钉，经很长时间，TA=TB=T0I. 活塞无摩擦，完全导热求：1）活塞移动距离L2）A气体对B气体传热QAA气体对B气体作功WA3）气缸与外界换热QA+B4） SA ,SB , SA+BII. 活塞有摩擦，完全导热， 且经历准静态等温过程1)~4) I. 活塞无摩擦，完全导热1) I. 活塞无摩擦，完全导热1)解：1）活塞移动距离LA和B质量和温度不变 I. 活塞无摩擦，完全导热2)3) I. 活塞无摩擦，完全导热2)3)解：2） QA，WA突然，不是准静态无法确定3） QA+B I. 活塞无摩擦，完全导热4) I. 活塞无摩擦，完全导热4)解：4） SA ,SB, SA+B 讨论：QA+B=0 SA +B >0QA，WA 无法求SA可求S状态参数 II. 活塞有摩擦，导热，准静态等温 II. 活塞有摩擦，导热，准静态等温解：1）活塞移动距离LA和B质量和温度不变I. II. 距离L相等 II. 活塞有摩擦，导热, T II. 活塞有摩擦，导热, T 解：2） QA，WA摩擦耗功3） QA+B II. 活塞有摩擦，导热, T II. 活塞有摩擦，导热, T 解：4） SA ,SA , SA+B 讨论：非巧合 SA＋B由摩擦不可逆引起作 业作 业3-11 3-13 3-14 3-19 若压气机缸套中……,求压气机必需的功率,可能达到的最高压力 4-1计算练习题（2）计算练习题（2）教材3－13题氧气瓶，V=0.04m3, p1=147.1bar , t1=t0=20℃迅速放气， p2=73.55bar求：T2，放出的质量mp2 ,V已知， 先求T2取氧气瓶为开口系， 试用开口系能量方程求T2m1m2m取氧气瓶为开口系取氧气瓶为开口系开口系能量方程f(T2)有无过程方程？？？？是不是可逆不敢确定取氧气瓶为开口系取氧气瓶为开口系气体减少， dm本身为正u,h,m指瓶中气体状态对于理想气体，cv=Const取氧气瓶为开口系取氧气瓶为开口系绝热钢瓶放气，瓶内气体遵循特例？计算练习题（3）计算练习题（3）一小瓶氦气，初温为TA，小瓶绝热，保温箱初为真空，由于小瓶漏气，某时刻，小瓶内温度为TA’，箱内氦气温度为TB。氦气为理想气体，试分析TA，TA’，TB的大小关系。TBTA解：将TA，TA’，TB联系取保温箱为系统较好计算练习题（3）计算练习题（3）TBTA解：取保温箱为系统小瓶内气体遵循焓第三章 完 End of Chapter Three第三章 完 End of Chapter Three