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03第三章 热能转换物质的热力性和热力过程

2011-03-02 50页 ppt 4MB 30阅读

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03第三章 热能转换物质的热力性和热力过程nullnull第三章 热能转换物质的热力性 和热力过程 第三章 热能转换物质的热力性和热力过程 第三章 热能转换物质的热力性和热力过程 一 理想气体1、宏观定义2、微观定义假定:(1) 气体分子是些弹性的、不占体积的质点; (2) 气体分子间没有相互作用力。 理想气体是一种实际上不存在的假想气体,它是压力趋近于零,比体积趋近近于无穷大时的极限状态。但工程中很多气体远离液态时,接近于理想气体的假设条件。第一节 理想气体的热力性质二 理...
03第三章 热能转换物质的热力性和热力过程
nullnull第三章 热能转换物质的热力性 和热力过程 第三章 热能转换物质的热力性和热力过程 第三章 热能转换物质的热力性和热力过程 一 理想气体1、宏观定义2、微观定义假定:(1) 气体分子是些弹性的、不占体积的质点; (2) 气体分子间没有相互作用力。 理想气体是一种实际上不存在的假想气体,它是压力趋近于零,比体积趋近近于无穷大时的极限状态。但工程中很多气体远离液态时,接近于理想气体的假设条件。第一节 理想气体的热力性质二 理想气体状态方程二 理想气体状态方程单位:p-Pa; v-m3/kg; T-K; Rg-J/(kg.K) Rg为气体常数,它与气体的种类有关,常用气体的气体常数请看p250附录A-2 若物质的质量m以kg为单位,物质的量n以mol为单位,用M表示物质的摩尔质量,则1mol气体的体积以Vm表示,对式(3-2)两边同乘以M得对式(3-2)两边同乘以M得 所以MRg与物质的种类无关。(也与状态无关)令R= MRg , R 称为摩尔气体常数。取标准状态参数得由于1摩尔的任何气体在压力 p ,温度 T 的状态下的摩尔体积相等。理想气体状态方程可有以下四种形式:理想气体状态方程可有以下四种形式:三 理想气体的比热容三 理想气体的比热容1、比热容的定义 1kg物质升高1K所需的热量称为比热容,单位J/(kg.K),以c表示,1mol物质的比热容称为摩尔热容,单位J/(mol.K),符号为Cm 比热 c 应与过程有关,不同的过程比热容不同。工程中常用的有比定容比热容和比定压比热容。2、理想气体的定压比热容和定容比热容2、理想气体的定压比热容和定容比热容应用第一定律,并假定过程可逆则有: 热力学能包含内动能和内位能。对于理想气体其分子间无作用力,所理想气体的热力学能只含有内动能,而内动能只于温度有关,所以理想气体的热力学能是温度的单值函数, 即u= u(T), 而h=u+pv=u+RgT, 所以理想气体的焓也是温度的单位函数,即h=h(T).3、理相气体定压比热容与定容比热容的关系3、理相气体定压比热容与定容比热容的关系上式乘摩尔质量M,则有:式(3-16)和(3-16a)称为迈耶公式。(1)、迈耶公式*(2)、比热容比4、理想气体比热容的计算4、理想气体比热容的计算(1)、真实比热容 附录A-3(p250)中给出了真实摩尔定压比热容的无量纲四次方关系式。(2)、平均比热容表(2)、平均比热容表对于一个定压过程,如果要计算过程的吸热量,则(3)、平均比热容直线关系(3)、平均比热容直线关系 上式称为比热容的线性关系。附录A-5p252给出了一些常用气体的平均比热容直线关系式。4、定值比热容4、定值比热容由些得出理想气体的摩尔定容比热容,定压比热容的比热容比。i 是分子运动的自由度,单原子 i =3,双原子 i=5,多原子取i=7i 是分子运动的自由度,单原子 i =3,双原子 i=5,多原子取i=7理想气体定值摩热容和比热容比[R=8.3143J/(mol.K)]四 理想气体的热力学能、焓和熵四 理想气体的热力学能、焓和熵由上式可得1、热力学能与焓当比热容取定值时2、状态参数熵2、状态参数熵下标rev表示可逆,可逆时有当比热容取定值时(不讲变比热容熵差计算)五 理想气体混合物五 理想气体混合物1、理想气体的分压力定律 及分容积律p1、p2、p3称为分压力,并有上式称为道尔顿分压力定律。由质量守恒得:状态方程(1)、分压力定律(2)、理想气体的分容积定律(2)、理想气体的分容积定律V1、V2、V3称为分容积,并有上式称为亚美格分容积定律。质量守恒状态方程2、混合物的成分2、混合物的成分(1)质量成分(2)摩尔成分(3)容积成分由式(b)、(d)及(f)可得:3、混合气体的折合摩尔质量和折合气体常数3、混合气体的折合摩尔质量和折合气体常数由式(f)可知,理想气体混合物也满足状态方式pV=nRT。对于理想气体混合物仿照纯质理想气体得到下式Meq称为混合气体的折合摩尔质量。由摩尔成分的定义可得:折合气体常数Rg,eq式(a)或式(c)求得折合气体常数Rg,eq可写成4、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵4、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵1kg混合物吸收的热量应等于各组分吸收热量之和,即定压比热容和定容比热容可写成:根据比热容的定义式得(1)、比热容(2)、热力学能和焓(2)、热力学能和焓null(3)、混合气体的熵请看思考题请看思考题第二节 理想气体的热力过程第二节 理想气体的热力过程一 研究热力过程的目的及一般方法1、目的2、一般方法 (1)、对实际热力过程进行分析,将各种过程近似地概括为几种典型过程,即定容、定压、定温和绝热过程。为使问题,暂不考虑实际过程中的不可逆的耗损而作为可逆过程。 揭示过程中工质状态参数的变化规律以及能量转换情况,进而找出影响转化的主要因素。(2)、用简单的热力学方法对四种基本热力过程进行分析计算。(3)、考虑不可逆耗损再借助一些经验系数进行修正。本章分析理想气体热力过程的具体方法本章分析理想气体热力过程的具体方法1)、根据过程特点确定过程方程式,得到 p=f (v). 2)、用过程方程和状态方程,计算初、终态参数。 3)、在p-v、T-s图上画出过程曲线。 4)、确定工质的初、终态比热学能、比焓、比熵的变化。 5)、计算过程中膨胀功、技术功和过程热量。本节研究理想气体的可逆过程。二 四个基本热力过程分析二 四个基本热力过程分析1、定容过程(1)、过程方程(2)、初、终态参数间的关系(3)、在p-v、T-s图(4)、初、终态热学能、比焓、比熵的变化(4)、初、终态热学能、比焓、比熵的变化(5)、膨胀功、技术功和热量2、定压过程2、定压过程(1)、过程方程(2)、初、终态参数间的关系(3)、在p-v、T-s图(4)、初、终态热学能、比焓、比熵的变化(4)、初、终态热学能、比焓、比熵的变化(5)、膨胀功、技术功和热量3、定温过程3、定温过程(1)、过程方程(2)、初、终态参数间的关系(3)、在p-v、T-s图(4)、初、终态热学能、比焓、比熵的变化(4)、初、终态热学能、比焓、比熵的变化(5)、膨胀功、技术功和热量4、定熵过程4、定熵过程定熵过程=绝热过程+可逆过程对于理想气体可逆绝热过程(定熵过程),由第一定律得: 令κ=γ, κ称为过程指数。定熵过程的过程指数等于比热比。 令κ=γ, κ称为过程指数。定熵过程的过程指数等于比热比。对于一般气体的可逆绝热过程(定熵过程)有(1)、定熵过程方程(2)、初、终态参数间的关系(3)、在p-v、T-s图(3)、在p-v、T-s图(4)、初、终态热学能、比焓、比熵的变化(4)、初、终态热学能、比焓、比熵的变化(5)、膨胀功、技术功和热量对于可逆过程,还可得:技术功技术功对于可逆过程,可得:三 多变过程分析三 多变过程分析1、多变过程方程2、初、终态参数间的关系3、初、终态热学能、比焓、比熵的变化3、初、终态热学能、比焓、比熵的变化4、膨胀功、技术功和热量技术功技术功过程热量过程热量cn 称为多过程的比热容5、在p-v、T-s图5、在p-v、T-s图 多变过程方程式为 pvn=常数,这里n为变量,n取不同的可得到不同的过程。当n=0时,p=常数,则为定压过程 当n=1时,pv=常数,则为定温过程 当n=κ时,pv κ =常数,则为定熵过程 当n=∞时,v =常数,则为定容过程 因此,把多变过程表示在p-v图上时,要选画出四个基本热力过程,然后再根据 n 值的大小画出相应的多变过程。四个基本热力过程四个基本热力过程多变过程多变过程 在p-v、T-s图上用Δ T 的正负判断Δu 、Δh的正负, 用Δs正负判断 q 的正负;用Δv的正负判断 w 的正负。热力过程表热力过程计算公式表null请看思考题请看思考题第三节 水 蒸 气第三节 水 蒸 气一 水蒸气的定压发生过程五个状态五个状态a点:过冷和水(未饱和液体)b点: 饱和水(液体)c点: 湿饱和蒸气 d点: 干饱和蒸气 e点: 过热蒸气(过热度Δt = t – ts)两条线饱和液体线A-C饱和气体线B-C临界点C  (一个点 )pcr=22.064MPa Tcr=647.14K vcr=0.003106m3/kg一点、两线、三区、五个状态二 水和水蒸气的状态参数二 水和水蒸气的状态参数pcr = 22.064 MPa Tcr = 647.14K vcr = 0.003106 m3/kg1、临界点参数2、三相点参数3、零点的ttp= 0.01 ℃ ptp= 611.659 Pa 以水的三相点状态下的饱和液体为基准点,并规定:饱和压力与饱和温度饱和压力与饱和温度饱和压力 ps 与饱和温度 ts 一一对应,即 ps=f ( ts ) 称为蒸气压方程 临界现象降温法测量现象降温法测量现象 物质的相图(p) 物质的相图(p)null三 水和水蒸气的表和图三 水和水蒸气的表和图1、水和水蒸气表(1)、饱和水与饱和蒸汽热力性质表表 在饱和线上,只有一个独立变量,可以饱和温度或饱和压力为自变量来设计表格。这样就有两种形式的饱和水与饱和蒸汽热力性质表。饱和液体的参数用 ' 表示;饱和气体的参数用 " 表示。(1)饱和水与饱和蒸汽表(以温度排列)(1)饱和水与饱和蒸汽表(以温度排列)(2)饱和水与饱和蒸汽表(以压力排列)(2)饱和水与饱和蒸汽表(以压力排列)在湿饱和蒸气区, 定义干度 x在湿饱和蒸气区, 定义干度 x湿饱和蒸气的状态参数为:(2)、未饱和水与过热蒸汽热力性质表表(2)、未饱和水与过热蒸汽热力性质表表 在未饱和区和过热区,有两个独立变量,可以温度和压力为自变量来设计表格。nullnull2、水蒸气的图2、水蒸气的图(1) p--v图(定性分析)(2) T--s图(定性分析)(3 ) h -- s图 (定量分析)(3 ) h -- s图 (定量分析)null基本方程可逆过程四 水蒸气基本热力过程1、定容过程2、定压过程3、定温过程4、定熵过程第四节 湿 空 气第四节 湿 空 气湿空气:干空气: 干空气 + 水蒸气氧气 + 氮气  湿空气可作为理想气体混合物,所以,它具有理想气体混合物的所有特性。如:状态方程;分压力;各种成分表示方法等。一 湿空气的状态参数 一 湿空气的状态参数 1、温度:t , T 2、压力:总压力:p , 干空气的分压力 pa ,水蒸气的分压力 pv p = pa + pv饱和湿空气: 湿空气中的水蒸气处于饱和状态. ρs未饱和湿空气: 湿空气中的水蒸气处于过热状态.ρvρv < ρs=ρ"vv > vs = v "null3、露点温度3、露点温度水蒸气分压力下的饱和温度称为湿空气的露点温度。td = f ( pv )4、相对湿度4、相对湿度湿空气的绝对湿度定义为: ρv 同一温度下,饱和湿空气的绝对湿度为 ρs= ρ"相对湿度定义为: 值的大小反映了湿空气干燥的程度,同时也反映了湿空气吸收水分有能力5、湿空气的含湿量5、湿空气的含湿量 若湿空气中的干空气质量为 ma,水蒸气的质量为mv,则含湿量的定义为6、湿空气的焓6、湿空气的焓湿空气的总焓为 H,干空气污染的焓为 Ha,水蒸气的焓为 Hv,则二 相对湿度的测量二 相对湿度的测量湿空气的状态参数有 在 p、 t 确定之后,后五个参数只有一个独立变量,也就是五个中只要知道一个参数,状态就确定了。用干湿球温度计可以测量相对湿度φ干湿球温度计测量相对湿度的原理干湿球温度计测量相对湿度的原理干湿球温度计测量相对湿度的原理干湿球温度计测量相对湿度的原理湿球温度 tw 也是状态参数湿球温度 tw 也是状态参数相对湿度越下,湿球温度越低。实际应用中,列出 t ,Δt 的表格,可得到相对湿度的值。三 湿空气的焓湿图 (h—d)三 湿空气的焓湿图 (h—d)四 湿空气的热力过程四 湿空气的热力过程1、加热过程 2、冷却过程 3、冷却除湿过程 4、绝热加湿过程 5、绝热混合过程 思考题(97)思考题(97)
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