气体和蒸汽的性质课件.ppt
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- 气体 蒸汽 性质 课件
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1、QW 膨胀中的燃气膨胀中的燃气刚性容器刚性容器W=0要实现能量转换:要实现能量转换:内因内因工质的热力性质(本章)工质的热力性质(本章)外因外因工质的热力过程(下一章)工质的热力过程(下一章)缺一不可。缺一不可。一、理想气体一、理想气体(perfectgas、idealgas、permanentgas)理想气体的基本假设理想气体的基本假设1、分子为不占体积的弹性质点、分子为不占体积的弹性质点2、除碰撞外分子间无作用力、除碰撞外分子间无作用力理想气体是实际气体在理想气体是实际气体在低压高温低压高温时的抽象时的抽象)(Tuu热力学中,把完全符合热力学中,把完全符合 及热力学能仅为温度的及热力学能仅
2、为温度的函数函数 的气体,称为的气体,称为理想气体理想气体;否则称为实际气体。;否则称为实际气体。TRpvg)(Tuu 理想气体:氧气、氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、空气、理想气体:氧气、氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、空气、燃气、烟气燃气、烟气(在通常使用的温度、压力下)(在通常使用的温度、压力下)实际气体:氨、氟里昂、蒸汽动力装置中的水蒸气实际气体:氨、氟里昂、蒸汽动力装置中的水蒸气gpVmR TPam3kg气体常数气体常数,单位为单位为J/(kgK)KR=MRg=8.314 5 J/(molK)不同物量下理想气体的状态方程式不同物量下理想气体的状态方程式nRTpVRTpVTmRpVTR
3、pvmggm kg 理想气体1 kg 理想气体n mol 理想气体1 mol 理想气体三、为什么要讨论不存在的理想气体三、为什么要讨论不存在的理想气体?在工程中具有很重要的实用价值和理论意义。在工程中具有很重要的实用价值和理论意义。在通常的工作参数范围内,按理想气体性质在通常的工作参数范围内,按理想气体性质来计算气体工质的热力性质具有足够的精确度,来计算气体工质的热力性质具有足够的精确度,其误差在工程上往往是允许的。对于一般的气体其误差在工程上往往是允许的。对于一般的气体热力发动机和热工设备中的气体工质,在无特殊热力发动机和热工设备中的气体工质,在无特殊精确度要求的情况下,多可按理想气体性质进
4、行精确度要求的情况下,多可按理想气体性质进行热力计算。热力计算。考察按理想气体状态方程求得的空气在表列温度、压力条件下的比体考察按理想气体状态方程求得的空气在表列温度、压力条件下的比体积积v,并与实测值比较。空气气体常数,并与实测值比较。空气气体常数Rg=287.06 J/(kgK)g3287.06 3000.84992m/kg101325R Tvp计算依据计算依据相对误差相对误差=%02.084925.084925.084992.0测测vvv(1)温度较高,随压力增大,误差增大温度较高,随压力增大,误差增大;(2)虽压力较高,当温度较高时误差还不大,但温度较低,虽压力较高,当温度较高时误差还
5、不大,但温度较低,则误差极大则误差极大;(3)压力低时,即使温度较低误差也较小。)压力低时,即使温度较低误差也较小。本例说明:本例说明:低温高压时,应用理想气体假设有较大误差。低温高压时,应用理想气体假设有较大误差。理想气体是实际气体在理想气体是实际气体在低压高温低压高温时的抽象时的抽象.例例1 1 已知氧气瓶的容积已知氧气瓶的容积 ,瓶内氧气温度为,瓶内氧气温度为2020,安装在瓶上的压力表指示的压力为,安装在瓶上的压力表指示的压力为1515MpaMpa,试求,试求瓶内氧气的质量是多少?瓶内氧气的质量是多少?331040mVPap666101.15101.01015其中:KT29327320
6、kgTRpVmg93.72938.2591040101.1536解:解:)(8.259328314KkgJRg氧气氧气kmolkgM32于是:TRPVmTmRpVgg注意:注意:1、单位换算、单位换算2、表压力与绝对、表压力与绝对压力的关系。压力的关系。例例2 2 刚性容器中原先有压力为刚性容器中原先有压力为p p1 1、温度为、温度为T T1 1的一定质量的一定质量的某种气体,已知其气体常数为的某种气体,已知其气体常数为R Rg g。后来加入了。后来加入了3kg3kg的的同种气体,压力变为同种气体,压力变为p p2 2、温度仍为、温度仍为T T1 1。试确定容器的体。试确定容器的体积积V V
7、和原先的气体质量和原先的气体质量m m1 1。解:解:111TRmVpg充气前:112)3(TRmVpg充气后:1113TRTRmgg113TRVpg1213ppTRVg1211211111133pppppTRTRpTRVpmggg从中求解。据题意,联立方程,单位物量物体在准静态过程中温度升高单位物量物体在准静态过程中温度升高1K1K(或(或1 1 C C)所需要的热量称为所需要的热量称为“比热容比热容”。dTqc千摩尔比热容:千摩尔比热容:质量比热容:质量比热容:体积比热容:体积比热容:)(KkgkJc)(3KmJkc)(KkmolJkcm三者的换算关系:三者的换算关系:ccMcm4.222
8、1cdTq标准状态下 比定容热容:比定容热容:)()(KkgJkdTqcvv0dv定容过程定容过程duqv)(vvdTduc)(理想气体理想气体)(Tuu dTducvpdvduq 比定压热容:比定压热容:)()(KkgJkdTqcpp0dp 定压过程定压过程dhqp)(ppdTdhc)()(ThRTupvuhdTdhcpvdpdhq机械喷射式柴油机理想循环的机械喷射式柴油机理想循环的P P v v 图图 q1=q1v+q1p而:而:q1v=cv(T3-T2)q1p=cp(T4-T3)另外:另外:q2=cv(T5-T1)v为什么要提出比热容的概念?为什么要提出比热容的概念?Q=mcTv为什么又
9、要进一步提出比定压热容、为什么又要进一步提出比定压热容、比定容热容的概念?比定容热容的概念?二、工程计算中比热容的三种处理方法:二、工程计算中比热容的三种处理方法:v作为温度的函数,用于精确计算。作为温度的函数,用于精确计算。v平均比热容,用于较精确的计算。平均比热容,用于较精确的计算。v作为常数,用于近似计算,在常温下比较作为常数,用于近似计算,在常温下比较符合。符合。曲线关系曲线关系直线关系直线关系1、真实比热容作为温度的函数,用于精确计算。、真实比热容作为温度的函数,用于精确计算。3322100TaTaTaacp3322100TaTaTaacV 理想气体的比热不仅与过程有关,而且随温度变
10、化。通常理想气体的比热不仅与过程有关,而且随温度变化。通常根据实验数据将其表示为温度的函数:根据实验数据将其表示为温度的函数:利用真实比热容计算热量:利用真实比热容计算热量:TTaTaTaaTcqpd)(d3322121021021)(2)(21221120TTaTTa)(4)(34142331322TTaTTa真实比热适用于大温差、计算精度要求高的场合。真实比热适用于大温差、计算精度要求高的场合。ct012ABD(t1)C(t2)cp0=a0+a1T+a2T2+(1)(1)曲线关系曲线关系 21ttcdtq面积ABCDA=面积1BC01-面积1AD01ct012ABD(t1)C(t2)c=b
11、0+b1t+b2t2+=q02-q011200ttcdtcdt212100ttctct2121()ttctt211200,00ttccCtCt表示温度自到 和到 的平均比热容.(2)(2)直线关系直线关系 2112()2ttbcatt22111221()()()2ttttbqcdtabt dtatttt2121()ttcttctc=a+bt t1 t23.3.定值比热容定值比热容)(12ttcq)(9.20,KkmolkJcmp单原子气体单原子气体:双原子气体:双原子气体:)(3.29,KkmolkJcmp三原子气体:三原子气体:)(7.37,KkmolkJcmp212121Tdsqpvdhq
12、pdvuqpvT=常数sT温度相同的状态点(可能压力和比体积不同)其热力学能和焓温度相同的状态点(可能压力和比体积不同)其热力学能和焓相同。相同。理想气体的等温线即为等热力学能线、等焓线。理想气体的等温线即为等热力学能线、等焓线。2p2pP=常数112v2vv=常数22)(Tuu)(ThTRupvuhg,同温度范围内所有过程初、终状态热力学能变化量相同,焓变化量都相同。同温度范围内所有过程初、终状态热力学能变化量相同,焓变化量都相同。理想气体理想气体)(Tuu dTducv)(ThTRupvuhgdTdhcp前面已经得到的结果:前面已经得到的结果:所以有:所以有:dTcduvdTcdhp)(1
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