工程热力学_曾丹苓_第五章气体的热力性质
工程热力学课件完整版
第三章 理想气体的性质
基本要求： 1、熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式； 2、正确理解理想气体比热容的概念，熟练应用比热容计算理想 气体热力学能、焓、熵及过程热量； 3、掌握有关理想气体的术语及其意义； 4、掌握理想气体发生过程； 5、了解理想气体热力性质图表的结构，并能熟练应用它们获得 理想气体的相关状态参数。
T
不可逆过程的熵增（过程角度）
q
T
0
克劳休斯积分不等式（循环角度）
dsiso 0
孤立系统角度
ds sf sg 非孤立系统角度
熵、热力学第二定律的数学表达式
1. 熵的定义
ds qre
T
2. 循环过程的熵
3. 可逆过程的熵变
qre Tds
ds 0,则 q 0 可逆过程中ds 0,则 q 0
dv
q cndT Tds
T s
n
T cn
T ,定容过程 cV
T ，定压过程 cp
4个基本过程中的热量和功的计算
2
2
1、定容过程
w pdv 0 1
wt 1 vdp v( p2 p1)
2、定压过程
qv u cv (T2 T1)
2
w 1 pdv p(v2 v1)
热力学上统一规定：外界向系统传热为正，系统向外界传热为负。
可逆过程的热量
T
1
B
qre = Tds
T
A
2
q
ds qrev
T
S1
S dS S2
q “+”
q “-”
热力循环
功：工质从某一初态出发，经历一系列热力状态后，又回到原来 初态的热力过程称为热力循环，即封闭的热力过程，简称循环。
工程热力学-气体的热力性质和热力过程
mi Mi ni M i xi 因 i mmix nmix M mix M mix
i M mix xi M i i Mmix xi Mi
混合气体的平均摩尔质量
M mix xi Mi
3-2
理想混合气体
容积成分与 4.容积成份与摩尔成份之间的关系 摩尔成分之 间的关系 ni RT / pmix ni Vi xi 即 xi i i Vmix nmix RT / pmix nmix
单位 kJ/(kmol K) C Mc 22.4c '
3-3 气体的热力性质
2.比热容与过程的关系 1) 定容比热容
比热容与过程的关系
q du pdv u cV T T T V V V
定容过程的热量
即
p2 v2 s cV ln c p ln p1 v1
3-3 气体的热力性质
小结
1. 理想气体状态方程 2. 理想气体内能的变化量 3. 理想气体焓的变化量
pV nRT
小结
u cV T
h c p T
4. 理想气体熵的变化量
T2 p2 s c p ln Rg ln T1 p1 T2 v2 s cV ln Rg ln T1 v1
qV du cV dT qV cV dT
2) 定压比热容
q dh vdp h cp T p T p T p
定压过程的热量
q p dh c p dT q p c p dT
t1 0 0
t2
c1
真实气体在重力场中做功与过程有关
∫dS
=
∫
dQ T
=
∫
dW T
≠0
(32)
5.结束语
以上分析可以看出，气体做功和热量的进出与做功的过程有关，主要是分子相互作用的影响造 成的，在重力作用下，比较明显的表达出来。当没有重力这种效应应该存在，通过对不同过程 的比较，可以选择最好过程，可以提高热力学实践的效果。
(27)
根据前面的计算可以判断,(27)式也不成立.,这样
∂P(h1) / ∂V2 − ∂P(h2) / ∂V1 ≠ 0
(28)
所以真实气体在重力场中做功与过程有关,做功的循环积分不为 0,
∫ dW = ∫ P(h1) * dV1 + P(h2) * dV2 ≠ 0
(29)
4.真实气体在重力场中熵的循环积分不为 0
参考文献
[1] 缪波， 相互作用下的热力学， 中国科技论文在线()， 2006.1 [2] 缪波，非均匀静电场和静磁场对体系热平衡的影响，中国科技论文在线() ，2006.4 [3] 张三慧，大学物理学， 高等教育出版社， 1999.07 [4] 曾丹苓，工程热力学， 高等教育出版社， 1995.07
虽然上面只考虑气体压强一个修正项，实际气体还要复杂得多，还要增加更多的修正项，
增加的部分不会改变上述的论点。下面讨论熵的循环积分，由热力学第1定律，得
∫ dS
=
∫
dQ T
=
∫
dE
+ dW T
=
∫
dE T
+
∫
dW T
(30)
-4-
上述过程是等温变化.,显然
(1)
这里ρ的单位是摩尔/立方米，后面要用到的一个密度ρ’,单位是千克/立方米。两者之间的关系
(完整版)第5章大气热力学
cp
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在等压情况下，单位质量空气，温度升高一度所需要吸收
的热量称为定压比热 cp
这是热力学第一定律在气象上的应用形式之二，也是常 用的热流量方程。
对于气块来说，此式表示气块从外界获得热量 或改变气块的外压强，都能使气块的温度发生改 变。
例如，在绝热过程中气块作上升运动时（dp<0） 则会引起气块的温度降低，作下降运动时（dp>0） 则会引起气块的温度增高。
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δQ= Cν dT+pdν
其中Cv是定容比热，v是比容 这是热力学第一定律在气象上的应用形式之一，也 称为热流量方程。
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δQ= cν dT+pdν
ν=RT/p
pdν+νdp=RdT
δQ=（cν +R）dT-vdp
δQ=（cν +R）dT- RTdp/p
在等压情况下，dp=0
123(T0
Td 0 )(m)
即 Zc≈123（T0-Td0）米
(T0-Td0):地面的温度露点差； 即估算抬升凝结高度Zc是从T0按干绝热上升，与从 Td0按等饱和比湿线上升，两线的交点。 有时误差很大
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3 饱和湿空气的绝热过程
可逆湿绝热过程和假绝热过程 湿绝热垂直减温率
焚风 假相当位温和假湿球位温
pe z
eg
缺陷
a) 气块是封闭系统的假定不合实际情况 b) 环境大气静力平衡的假定实际上未考虑气块移动造 成的环境大气的运动，与实际不符。
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2 .2 大气中的干绝热过程
绝热过程：
系统与外界无热量交换的过程叫绝热过程。
干绝热过程:
工程热力学与传热学(中文) 第5章 水蒸气和湿空气
p
pcr
C
a4
b4
a3 b3
a2 b2
a1 b1
A 0
Tcr
d4 e4
d3 e3
d2
e2
d1
e1
B v
T C
b4 b3 b2
a3 a2
b1
a4 a1 A 0
pcr
Tcr
d4 d3
e4e3 e2
d2
e1
d1
B s
pcr 22.064MPa, tcr 373.99C, vcr 0.003106m3 / kg,
✓饱和液体 (saturated liquid)：饱和状态下的液体； ✓饱和蒸气 (saturated vapor)：饱和状态下的蒸气； ✓饱和温度和饱和压力：
特点： （1）汽液共存； （2）汽液同温； （3）饱和压力随饱和温度的升高而增大，
两者一一对应。
6. 湿饱和蒸汽 (wet vapor)： 是饱和蒸汽与饱和液体的混合物． 二者处于两相平衡。
工程热力学与传热学
工程热力学 第五章 水蒸气与湿空气
水蒸气
内容要求:
❖ 掌握水蒸气的定压产生过程； ❖ 分析确定水蒸气的状态； ❖ 了解水蒸气的热力过程； ❖ 掌握蒸汽热力性质图表的结构和应用
蒸气：泛指刚刚脱离液态或比较接近液态的 气态物质。是一种实际气体。
常用蒸气：水蒸气，氨蒸气，氟里昂蒸气。
水蒸气特点： 人类在热力发动机中最早广泛使用的工质。
来源丰富，无毒无味，比热容大，传热好，有良 好的膨胀和载热性能，不污染环境。
热工计算： 不能按理想气体处理。状态方程式，比热的函
数关系以及有关热工计算的经验公式都比较复杂。 采用查图查表方法—— 蒸气的热力性质图表。
工程热力学(第五版)课后习题答案(全章节)
工程热力学(第五版)习题答案工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社第二章 气体的热力性质2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。
解：（1）2N 的气体常数2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J ∙（2）标准状态下2N 的比容和密度1013252739.296⨯==p RT v ＝0.8kg m /3 v 1=ρ＝1.253/m kg（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积MvMv ＝pT R 0＝64.27kmol m /3 2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。
试求被压入的CO2的质量。
当地大气压B ＝101.325 kPa 。
解：热力系：储气罐。
应用理想气体状态方程。
压送前储气罐中CO2的质量 压送后储气罐中CO2的质量 根据题意容积体积不变；R ＝188.9Bp p g +=11 （1） Bp p g +=22（2） 27311+=t T（3） 27322+=t T（4）压入的CO2的质量)1122(21T p T p R v m m m -=-=（5）将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kPa ，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题1000)273325.1013003.99(287300)1122(21⨯-=-=-=T p T p R v m m m ＝41.97kg2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa 的空气3 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。
《工程热力学》知识点整理(完整版)-第五版
第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。
边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。
外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。
闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。
开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。
绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。
孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。
单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。
复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。
单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。
多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。
均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。
非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。
热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。
平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。
状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。
如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。
基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。
温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。
热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。
压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。
相对压力：相对于大气环境所测得的压力。
工程热力学第三版第五章曾丹苓答案
工程热力学第三版第五章曾丹苓答案第一题问题：为什么工程热力学中熵函数可以视为状态参量？在工程热力学中，熵函数是一个很重要的物理量，它可以用于描述系统的无序程度和能量分布均匀程度。
熵函数被定义为系统的状态参量，因为它只取决于系统的初始状态和终态，并且与路径无关。
其原因可以从以下两个方面解释：1.熵函数的数学性质：熵函数具有可加性和广延性的数学性质。
对于一个复合系统，其熵等于各个组成部分的熵之和。
这个性质导致熵函数可以作为状态参量来描述系统的热力学状态。
2.熵函数与平衡态：在平衡态下，系统的熵函数达到最大值，这也是热力学第二定律的表述之一。
因此，熵函数可以作为判断系统是否处于平衡态的指标。
综上所述，由于熵函数具有可加性、广延性和与平衡态的关系，使得熵函数在工程热力学中可以被视为状态参量。
问题：怎样理解熵的微观本质？熵在工程热力学中是一个非常重要的概念，它可以用来描述系统的无序程度和能量分布均匀程度。
从微观的角度来理解熵的本质，可以有以下几个方面的解释：1.微观粒子的随机运动：根据统计力学的角度，熵可以理解为微观粒子的随机运动的度量。
微观粒子的随机运动越强烈，系统的熵越大，即系统的无序程度越高。
2.能量的分布均匀性：熵还可以理解为系统中能量的分布均匀程度的度量。
当系统中能量更加均匀地分布时，系统的熵将会增加。
3.系统的信息量：熵还可以解释为系统中所包含的信息量。
当一个系统的状态可能性更多时，它所包含的信息量也就越大，此时系统的熵也会增加。
因此，从微观角度来理解，熵可以看作是微观粒子的随机运动、能量分布均匀性和系统的信息量所耦合的结果。
问题：什么是可逆过程和不可逆过程？在工程热力学中，可逆过程和不可逆过程是描述系统变化方式的两个重要概念。
可逆过程是指系统从一个热力学平衡态通过一系列连续的无限小的热力学平衡态经过的过程。
在可逆过程中，系统的每一个状态都可以与外界的环境达到瞬时的热力学平衡。
可逆过程是理论上的概念，意味着系统在整个过程中没有任何内部或外部的不均匀分布或不均匀性。
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工程热力学_曾丹苓_第五章气体的热力性质
第五章气体的热力性质（4+实验2学时）
1. 教学目标及基本要求
掌握从热力学一般关系出发，导出理想气体特性的方法；
熟悉理想气体性质（特性）；
认识实际气体性质的复杂性，了解实际气体性质的研究方法；
掌握气体性质图表的查用方法；
熟悉通用压缩因子图的使用。
2. 各节教学内容及学时分配
5-1 理想气体性质（1学时）
5-2 理想气体比热容及参数计算（1学时）
5-3 实际气体状态方程（1学时）
5-4 实际气体的比热容及焓、熵函数（0.5学时）
★本章小结（0.5学时）
** 实验课：空气c p(t)测定（2学时）
3. 重点难点
理想气体特性；平均比热容；对比态状态方程。
4. 教学内容的深化和拓宽
范德瓦尔方程的理论意义。
5. 教学方式
讲授，讨论，.ppt，例题
6. 教学过程中应注意的问题
本章没有太难的内容。
注意提醒学生：关于气体性质，要用宏观描述；平均比热容不能用于计算熵；
理想气体的熵并非温度的单值函数！
7. 思考题和习题
思考题：教材的课后自检题（部分在课堂上讨论）
习题：教材习题5，8，12，13，16（可变）
8. 师生互动设计
讲授中启发讨论：
新工质（如新的制冷剂），无物性资料，怎么办？（对照第四章的同一问题）
不用微观模型，理想气体的性质如何描述？
9. 讲课提纲、板书设计
第五章气体的热力性质
理想气体微观模型：分子无体积；分子间无作用力
理想气体宏观模型：用宏观热力性质描述（本章内容）
实际气体：分子自身占有体积；分子间有作用力
p →0时，实际气体→理想气体
工程上，通常的参数范围内（相对温度来说压力很低，或相对压力来说温度很高时），一般的气体工质常可作理想气体处理（但饱和态附近的气体，例如湿蒸汽，不能当作理想气体）
实际气体性质：可在理想气体基础上加以修正（本章内容）
5-1 理想气体性质
一、理想气体状态方程（Clapeyron 方程）
m kg （n mol ） pV = mR g T = nRT
1 kg pv = R g T
1 mol pV m = RT
R g —气体常数，J/(kg ·K)
R = 8314 J/(kmol ·K) —通用气体常数（据Avogadro 假说）
R g = R /M
M = m /n kg/kmol —千摩尔质量
二、理想气体的热系数特性
αV = 1/T β = 1/T κT = 1/p c V = c V (T ) c p = c p (T ) c p – c V = R g μJ = 0
三、理想气体的u 、h 特性
du= c V (T )dT
u = u (T ) dh= c p (T )dT h = h (T )
四、理想气体的s
ds (T , v ) = c V dT/T+R g dv/v
ds (T , p ) = c p dT/T–R g dp/p
5-2 理想气体c V 、c p 及?u 、?h 、?s 计算一、比热容的单位及换算
名称符号
单位质量比热容 c V c p
J/(kg ·K) 摩尔热容 C V ,m C p,m
J/(kmol ·K) 体(容)积热容C’V C’p J/(m3·K)
二、c V (T )、c p (T )函数—查表（注意单位换算）
dT T c h h h dT T c u u u T T p T T V )( , )(1
21212211221∫∫=?=?=?= 三、近似计算：定值比热容—查表（注意单位换算）
12121212/ln /ln /ln /ln , p p R T T c v v R T T c s T
c h T c u g p g V p V ?=+=??=??=?
四、平均比热容
注意：根据定义，平均比热容不能用于?s 计算！
5-3 实际气体状态方程
纯实验的方法（不可靠）×
实验得到热系数，再按热力学关系得到状态方程√
理论分析(对理想气体做修正)，实验确定修正系数或常数√
对比态方法（基于相似理论）√
修正：系数=实际/理想，余量=实际–理想
一、范德瓦尔状态方程
范德瓦尔气体：考虑实际气体分子占有体积（使活动空
间↓）；分子间有作用力（使撞击容器壁的力↓，撞击力的
减小∝正在撞击器壁的分子数和未撞击器壁的分子数）：
p = R g T / (v – b ) –a ρ2 = R g T / (v – b ) – a /v 2用摩尔参数表达为 RT b V V a p V a b V RT p m m m m = +??=)( )(22或写成V m 的三次方程为 pV m 3 – (pb + RT )V m 2 + aV m – ab = 0
★ .ppt 图示：范德瓦尔方程的意义：物质集态变化
二、RK （瑞里奇-邝）方程，BB （贝蒂-布里奇曼）方程
三、Virial （维里）方程（幂级数形式）
四、对比态方程，通用压缩因子图
物理现象相拟；热力学相似；对比参数；对应定律
对比态状态方程 z = f (p r , T r )
5-4 实际气体的比热容及焓、熵函数
用热力学一般关系导得气体热力学能、焓、熵计算式的方法。
★本章小结
计算气体热力性质的几种方法：
视气体为理想气体（简单）
用实际气体状态方程计算（复杂）
用气体热力性质图表（要插值）
用通用参数修正图（缺乏资料时用）
[例] 分别用理想气体、范氏方程、通用压缩因子图、蒸汽图表，计算过热蒸汽的v。
并比较之。