气体状态方程课件.ppt

1、School of Engineering湖州师范学院工学院 气体的气体的、和和这三个参数表征气体处于某种状态。气体这三个参数表征气体处于某种状态。气体从一种状态变化到另一种状态称为从一种状态变化到另一种状态称为。气体状态方程描述气。气体状态方程描述气体在状态变化以后或在变化过程中，当处于平衡时，这些参数之间体在状态变化以后或在变化过程中，当处于平衡时，这些参数之间的关系。本节介绍几种常见的状态变化过程的关系。本节介绍几种常见的状态变化过程。School of Engineering湖州师范学院工学院 不计不计的气体称为理想气体。的气体称为理想气体。可近似视为可近似视为。一定质量的理想气体在状

2、态变化的一定质量的理想气体在状态变化的，其，其为：为：常常数数 TpVRTp RTpv 式中式中 气体绝对压力，单位为气体绝对压力，单位为；气体体积，单位为气体体积，单位为；气体的热力学温度，单位为气体的热力学温度，单位为；气体的单位质量体积，单位为气体的单位质量体积，单位为 ；气体的密度，单位为气体的密度，单位为；气体常数，单位为气体常数，单位为；干空气，干空气，；水蒸气，水蒸气，。School of Engineering湖州师范学院工学院 在气体的在气体的、保持不变（保持不变（）的条件下，所进行的状态）的条件下，所进行的状态变化过程，称为变化过程，称为。等容过程状态方程。等容过程状态方程

3、 为：为：常常数数 Tp2211TpTp 或式中式中 、分别为起始状态和终止状态下的热力分别为起始状态和终止状态下的热力 学温度，单位为学温度，单位为；、分别为起始状态和终止状态下的绝对分别为起始状态和终止状态下的绝对 压力，单位为压力，单位为。School of Engineering湖州师范学院工学院在等容过程中，气体对外不做功。因此，气体随温度升高，其压力和热力学能（即内能）均增加。单位质量气体所增加的单位质量气体所增加的为：为：21(-)VVEc T T式中式中 质量定容热容；对于空气，质量定容热容；对于空气，。School of Engineering湖州师范学院工学院在气体压力保持

4、不变（在气体压力保持不变（）的条件下，一定质量气体所进行）的条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为的状态变化过程，称为。等压过程状态方程为：。等压过程状态方程为：常常数数 Tv2211TvTv 或式中式中 、分别为起始状态和终止状态下的单位质量体积，单分别为起始状态和终止状态下的单位质量体积，单 位为位为。School of Engineering湖州师范学院工学院在等压过程中，气体的热力学能发生变化；气体温度升高，体积膨胀，对外做功。单位质量气体所作的单位质量气体所作的为：为：212121d()()vpvWp vp vvR TT单位质量气体获得或释放的单位质量气体获得或释放的为：为：

5、)(12TTcQpp 式中式中 质量定压热容，对于空气，质量定压热容，对于空气，。School of Engineering湖州师范学院工学院 在气体温度保持不变（在气体温度保持不变（）的条件下，一定质量气体所进行）的条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为的状态变化过程，称为。当气体状态变化很慢时，可视为。当气体状态变化很慢时，可视为等温变化过程，如气动系统中的等温变化过程，如气动系统中的、等等。为：为：常数常数 pv2211vpvp 或School of Engineering湖州师范学院工学院在等温过程中，气体的热力学能不发生变化，加入气体的热量全部变作膨胀功。单位质量气体所做的单

6、位质量气体所做的为：为：212221112112ppvpppvpvvRTvpWvvTlnlnlnd School of Engineering湖州师范学院工学院 在在条件下，一定质量气体所进行的状态变条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为化过程，称为。当气体状态变化很快，可视为绝热变化。当气体状态变化很快，可视为绝热变化过程，如气动系统的过程，如气动系统的、。在绝热过程中，气体靠消耗自身的热力学能对外做功，其在绝热过程中，气体靠消耗自身的热力学能对外做功，其、和和三个参数均为变量三个参数均为变量。绝热过程状态方程为：常常数数 pv 2211vpvp 常常数数 p2121pp或或1211

7、2vvTT11212ppTT式中式中 等熵指数（又称绝热指数），等熵指数（又称绝热指数），；对于空气，；对于空气，。/pVcc School of Engineering湖州师范学院工学院单位质量气体的单位质量气体的（或（或）为：为：)(f1211211111TTRppvpW School of Engineering湖州师范学院工学院在没有任何制约条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，在没有任何制约条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为称为。严格地讲，气体状态变化过程大多属于多变过。严格地讲，气体状态变化过程大多属于多变过程；程；、这四种变化过程不过是多变过程的这四种变化过程不过

8、是多变过程的特例而已特例而已。多变过程状态方程为：pvn=常数p1v1n=p2v2n或12111212 nnnvvppTT式中式中 多变指数；对于空多变指数；对于空 气，气，在研究气缸的起动和，在研究气缸的起动和 活塞运动速度时，可取活塞运动速度时，可取。School of Engineering湖州师范学院工学院单位质量气体所做的功单位质量气体所做的功为：为：)(1211211111TTnRppnvpWnn School of Engineering湖州师范学院工学院 由空气压缩机向气罐充气，使罐内绝对压力由由空气压缩机向气罐充气，使罐内绝对压力由升升高到高到，罐内空气温度从室温，罐内空气温

9、度从室温上升为上升为。充气结。充气结束后，罐内温度又渐渐降至室温。空气压力变成束后，罐内温度又渐渐降至室温。空气压力变成。已知气源温。已知气源温度度，试求，试求 和和值值。此为一个复杂的状态变化过程，解题时可先视为此为一个复杂的状态变化过程，解题时可先视为，再看作再看作。1）由绝热过程状态方程）由绝热过程状态方程得得 11.411.422110.265(27315)K380.5K0.1pTTp所以所以 School of Engineering湖州师范学院工学院2）充气结束后为等容降温过程，罐内气体的温度由）充气结束后为等容降温过程，罐内气体的温度由降降到到，压力从，压力从降至降至，根据等容过

10、，根据等容过程状态方程程状态方程，则有，则有MPa.MPa.2053802731526501212 TTppSchool of Engineering湖州师范学院工学院 前已指出，当气体流速较低时，流体运动学和动力学的三个基本前已指出，当气体流速较低时，流体运动学和动力学的三个基本方程，对于气体和流体是完全相同的。但当气体流速较高（方程，对于气体和流体是完全相同的。但当气体流速较高（）时，气体的）时，气体的将对流体运动产生较大影响。下面介将对流体运动产生较大影响。下面介绍在这种情况下的气体流动基本方程绍在这种情况下的气体流动基本方程。School of Engineering湖州师范学院工学院

11、根据根据，气体在管道内作，气体在管道内作时，时，即即222111vAvA 式中式中 、截面截面1、2处气体的密度；处气体的密度；、截面截面1、2的面积；的面积；、截面截面1、2处气体的平均流速处气体的平均流速。School of Engineering湖州师范学院工学院若不计能量损失和位能变化（下同），则若不计能量损失和位能变化（下同），则下可压缩气体下可压缩气体的能量方程的能量方程 为：为：212122222111vpvp 式中式中 等熵指数。其余符号意义同等熵指数。其余符号意义同。同理，同理，下可压缩气体的能量方程为：下可压缩气体的能量方程为：212122222111vpnnvpnn Sc

12、hool of Engineering湖州师范学院工学院，下气体的能量方程为：下气体的能量方程为：212122222111vpLvp 211212212211vvppL )(School of Engineering湖州师范学院工学院下气体的能量方程为：下气体的能量方程为：212122222111vpnnLvpnn n211212211211vvpppnnLnn n式中式中 、分别为绝热、多变过程中，流体机械对单位质量分别为绝热、多变过程中，流体机械对单位质量 气体所做的全功，单位为气体所做的全功，单位为。若在若在和和中去掉中去掉 项，剩下的便项，剩下的便是流体机械对单位质量气体所做的压缩功是流体机械对单位质量气体所做的压缩功。