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1、第二章 气体的热力性质 理想气体与实际气体 理想气体比热容 混合气体的性质 实际气体状态方程 对比态定律与压缩因子图,本章基本要求,4掌握混合气体分压力、分容积的概念,1 掌握理想气体状态方程的各种表述形式， 并应用理想气体状态方程及理想气体定值 比热进行各种热力计算,2掌握理想气体平均比热的概念和计算方法,3理解混合气体性质,本章重点,1 理想气体的热力性质,2 理想气体状态参数间的关系,3 理想气体比热,-1 理想气体与实际气体,一、理想气体的基本假设 分子为不占体积的弹性质点 除碰撞外分子间无作用力 理想气体定义：忽略气体分子间相互作用力和分子本身体积影响,仅具有弹性质点的气体，,理想气
2、体是实际气体在低压高温时的抽象,氩、氖、氦、氢、氧、氮、一氧化碳等临界温度低的单原子或双原子气体，在温度不太低、压力不太高时均远离液态，接近理想气体假设条件。 工程中常用的氧气、氮气、氢气、一氧化碳等及其混合空气、燃气、烟气等工质，在常温、常压下都可作为理想气体处理。,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,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
3、, 可视为理想气体。,哪些气体可当作理想气体,T常温，p7MPa 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，如空调的湿空气，高温烟气的CO2 ，可以,二、理想气体状态方程式,V：nKmol气体容积m3；,V：质量为mkg气体所占的容积；,P：绝对压力Pa ；v：比容m3/kg； T：热力学温度K,状态方程,Vm：摩尔容积m3/kmol； RO：通用气体常数，J/kmolK；,1kmol: pVm=ROT,nkmol: pV=nROT,Ro(或Rm）与R的区别,Rm通用气体
4、常数 (与气体种类无关),R气体常数 (随气体种类变化),M-摩尔质量,例如,三、状态方程的应用,1 求平衡态下的参数,2 两平衡状态间参数的计算,3 标准状态与任意状态或密度间的换算,4 求气体体积膨胀系数,计算时注意事项,1、绝对压力,2、温度单位 K,3、统一单位（最好均用国际单位）,-2 理想气体比热容,计算内能, 焓, 热量都要用到比热,定义: 比热,单位物量的物质升高1K或1oC所需的热量,c : 质量比热容,Mc :摩尔比热容,c: 体积比热容,Mc = 22.4c 或 c=c0,一、比热容的定义与单位,按过程,质量定压热容（比定压热容） (constant pressure s
5、pecific heat capacity per unit of mass) 质量定容热容（比定容热容） (constant volume specific heat capacity per unit of mass),及,二、气体定压比热容与定容比热容,定容比热：在定容情况下，单位物量的物体，温度变化1K（1）所吸收或放出的热量，称为该物体的定容比热。 定压比热：在定压情况下，单位物量的物体，温度变化1K（1）所吸收或放出的热量，称为该物体的定压比热。,定压质量比热： 在定压过程中，单位质量的物体，当其温度变化1K（1）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定压质量比热。 “cp” 定压
6、容积比热： 在定压过程中，单位容积的物体，当其温度变化1K（1）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定压容积比热。 定压摩尔比热： 在定压过程中，单位摩尔的物体，当其温度变化1K（1）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定压摩尔比热。,定容质量比热： 在定容过程中，单位质量的物体，当其温度变化1K（1）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定容质量比热 定容容积比热： 在定容过程中，单位容积的物体，当其温度变化1K（1）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定容容积比热。 定容摩尔比热： 在定容过程中，单位摩尔的物体，当其温度变化1K（1）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定容摩尔比热
7、。,定压比热容与定容比热容的关系,迈耶公式（Mayers formula）,三、.利用比热容计算热量,原理:,对cn作不同的技术处理可得精度不同的热量计算方法: 真实比热容积分 利用平均比热表 定值比热容,3、定值比热容,理想气体分子中原子数相同的气体，其摩尔比热容都相等。,例2-1在燃气轮机装置中，用从燃气轮机中排出的乏气对空气进行加热(加 热在空气回热器中进行)，然后将空气送人燃烧室。若空气在回热器中， 从127定压加热到327。试按下列要求计算对每公斤空气所加入的热量。,解答（1）按定值比热容计算,查表4-1，双原子的空气的定压摩尔热容为,（2）按真实比热容计算,查附表2有,（3）按平均
8、比热容计算,根据附表5查得空气的平均比定压热容为,用线性内插法，得,2-3 混合气体的性质,对理想混合气体的假定: 1、 混合气体内部无化学反应，成分不变； 2 、各组元气体都有理想气体的性质; 3 、混合后仍具有理想气体的性质； 4 、各组元气体彼此独立，互不影响。 当理想混合气体处于平衡状态时,各组元气体具有相同的温度、且占据相同的容积。,混合气体的分压力 :,维持混合气体的温度和容积不变时，各组成气体所具有的压力,道尔顿分压定律 : 混合气体的总压力p等于各组成气体分压力pi之总和.,一、混合气体的分压力和道尔顿定律,二、混合气体的分容积和阿密盖特分容积定律,维持混合气体的温度和压力不变
9、时，各组成气体所具有的容积。 阿密盖特(Amagat)分容积定律： 混合气体的总容积V等于各组成气体分容积Vi之和。 即,混合气体的分容积 :,分容积定律,三、混合气体的成分表示方法及换算,混合气体的质量成分：混合气体中某组元气体的质量与混合气体总质量的比值称为混合气体的质量成分。,混合气体的容积成分：混合气体中某组元气体的分容积与混合气体总容积的比值称为混合气体的容积成分。,混合气体的摩尔成分：混合气体中某组元气体的摩尔数与混合气体总摩尔数的比值称为混合气体的摩尔成分。,容积成分与摩尔成分关系：,质量成分与容积成分：,四、混合气体的折合分子量和气体常数,（一）、折合分子量 、如已知各组成气体
10、的容积成分及其分子量 、如已知各组成气体的质量成分及其分子量,（二）、折合气体常数,、若已求出混合气体折合分子量或已知各组成气体的质量成分及气体常数 、若已知各组成气体的容积成分及气体常数,五、分压力的确定,某组成气体的分压力等于混合气体的总压力与该组成气体容积成分的乘积 分压力与组成气体的质量成分的关系：,六、混合气体的比热容,混合气体的质量比热容为： 混合气体的容积比热容为： 混合气体的摩尔比热容：,七、混合气体的热力学能、焓和熵,热力学能、焓和熵都是具有可加性的物理量，所以混合气体的热力学能、焓和熵等于各组成气体的热力学能、焓和熵之和，即,或,或,或,本章应注意的问题,2考虑比热随温度变
11、化后，产生了多种计算理想气体热 力参数变化量的方法，要熟练地掌握和运用这些方法， 必须多加练习才能达到目的。,1运用理想气体状态方程确定气体的数量和体 积等，需特别注意有关物理量的含义及单位的选取。,3在非定值比热情况下,理想气体内能、焓变化量的计算 方法，理想混合气体的分量表示法，理想混合气体相 对分子质量和气体常数的计算。,2-4 实际气体状态方程,理想气体,实际气体,压缩因子(compressibility)Z,1 =1 1,氢不同温度时压缩因子与压力关系,理想气体状态方程用于实际气体偏差,范德瓦尔方程,a,b物性常数,内压力,气态物质较小； 液态，如水20时1.05108Pa,Vmb分
12、子自由活动的空间,co2的p-v图,范氏方程： 1）定性反映气体 p-v-T关系； 2）远离液态时， 即使压力较高，计 算值与实验值误差 较小。如N2常温下 100MPa时无显著误 差。在接近液态时， 误差较大，如CO2常 温下5MPa时误差约 4%，100MPa时误差 35%； 3）巨大理论意义,本章应注意的问题,2考虑比热随温度变化后，产生了多种计算理想气体热 力参数变化量的方法，要熟练地掌握和运用这些方法， 必须多加练习才能达到目的。,1运用理想气体状态方程确定气体的数量和体 积等，需特别注意有关物理量的含义及单位的选取。,3在非定值比热情况下,理想气体内能、焓变化量的计算 方法，理想混合气体的分量表示法，理想混合气体相 对分子质量和气体常数的计算。,