《工程熱力學(xué)》第三章-工質(zhì)的熱力性質(zhì)

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1、3 氣體與蒸氣的熱力性質(zhì)氣體與蒸氣的熱力性質(zhì)（工質(zhì)的熱力性質(zhì)）（工質(zhì)的熱力性質(zhì)）3.1 理想氣體及其狀態(tài)方程理想氣體及其狀態(tài)方程一、理想氣體一、理想氣體 氣體分子是完全彈性的、不占據(jù)體積的質(zhì)氣體分子是完全彈性的、不占據(jù)體積的質(zhì) 點(diǎn)，分子之間不存在相互作用力。點(diǎn)，分子之間不存在相互作用力。 實(shí)際氣體均不是理想氣體，但實(shí)際氣體均不是理想氣體，但 p較低，較低，v 很很 大，大， T 不太低時(shí)，即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀不太低時(shí)，即處于遠(yuǎn)離液態(tài)的稀薄狀 態(tài)時(shí)，可視為理想氣體。態(tài)時(shí)，可視為理想氣體。 理想氣體遵循理想氣體遵循克拉貝龍克拉貝龍（Clapeyron）方程。方程。二、二、 理想氣體狀態(tài)方程（理想

2、氣體狀態(tài)方程（克拉貝龍方程克拉貝龍方程）RTpv mRTpV mpVnR Tmm pVR TRm通用氣體常數(shù)通用氣體常數(shù)R氣體常數(shù)氣體常數(shù) mkJ/kg KRRM與氣體種類無關(guān)與氣體種類無關(guān)與氣體種類有關(guān)，與氣體種類有關(guān)，M是氣體的分子量。是氣體的分子量。m8.314 kJ/kmol KR 常見氣體常見氣體R的值見的值見P223附表附表31kmol氣體氣體Vm摩爾容積摩爾容積 阿伏伽德羅假說阿伏伽德羅假說 ：相同壓力：相同壓力 p 和溫度和溫度 T 下各理想氣體的摩爾容積下各理想氣體的摩爾容積Vm相同。相同。在標(biāo)準(zhǔn)狀況在標(biāo)準(zhǔn)狀況 下下0322.414/mVmkmol 注意：狀態(tài)方程中單位要統(tǒng)一

3、。注意：狀態(tài)方程中單位要統(tǒng)一。p為絕對(duì)為絕對(duì)壓力，壓力，kPa；T為熱力學(xué)溫度，為熱力學(xué)溫度，K；N為為kmol。0273.15TK501.01325 10pPa例例1：體積為：體積為0.0283m3的瓶?jī)?nèi)裝有氧氣，的瓶?jī)?nèi)裝有氧氣， 壓力壓力為為6.865105Pa，溫度為，溫度為 294K。發(fā)生泄漏后，。發(fā)生泄漏后， 壓力降至壓力降至 4.901105Pa才被發(fā)，而溫度未才被發(fā)，而溫度未 變。問至發(fā)現(xiàn)為止，共漏去多少變。問至發(fā)現(xiàn)為止，共漏去多少kg 氧氣？氧氣？例例2：某電廠有三臺(tái)鍋爐合用一個(gè)煙囪，：某電廠有三臺(tái)鍋爐合用一個(gè)煙囪， 每臺(tái)鍋爐每秒產(chǎn)生煙每臺(tái)鍋爐每秒產(chǎn)生煙氣氣73m3（已折（已折

4、 算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積），煙囪出算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積），煙囪出 口處的煙氣溫度為口處的煙氣溫度為100，壓力近似，壓力近似 為為101.33kPa，煙氣流速為，煙氣流速為30m/s，求，求 煙囪的出口直徑。煙囪的出口直徑。例例3：在直徑為：在直徑為d=40cm的活塞上放置的活塞上放置mb=3000kg的重物，氣缸內(nèi)盛有溫度為的重物，氣缸內(nèi)盛有溫度為T1=18、質(zhì)量為、質(zhì)量為m=2.12kg的空氣。對(duì)汽缸加熱后，氣體容積增的空氣。對(duì)汽缸加熱后，氣體容積增加到原來的加到原來的2倍。設(shè)大氣壓力為倍。設(shè)大氣壓力為pb=0.1MPa，求，求空氣的初態(tài)比體積、終態(tài)比體積、終態(tài)壓力和終空氣的初態(tài)比體積、終態(tài)

5、比體積、終態(tài)壓力和終態(tài)溫度?？諝獍蠢硐霘怏w計(jì)算，且其氣體常數(shù)態(tài)溫度?？諝獍蠢硐霘怏w計(jì)算，且其氣體常數(shù)R=0.287kJ/(kgK)。 3.2 熱熱容、內(nèi)能和焓容、內(nèi)能和焓計(jì)算內(nèi)能、焓、熱量都要用到熱容。計(jì)算內(nèi)能、焓、熱量都要用到熱容。定義定義: : 熱容熱容物質(zhì)的溫度升高物質(zhì)的溫度升高1K或或1所需的熱量稱為熱容。所需的熱量稱為熱容。QCdT熱容單位：熱容單位：J/K， kJ/K 3.2.1 熱容和比熱容熱容和比熱容定義：定義： 比熱容比熱容單位物量的物質(zhì)升高單位物量的物質(zhì)升高1K或或1所需的熱量。所需的熱量。qcdTc : 質(zhì)量比熱容質(zhì)量比熱容 kJkg KCm: 千千摩爾比熱容摩爾比熱容k

6、Jkmol Kc: 容積比熱容容積比熱容3kJNmKCm=Mc=22.414ckJkg3.2.2 比定容熱容和比定壓熱容比定容熱容和比定壓熱容 由于熱量由于熱量q是過程量，比熱容是過程量，比熱容c也與過程有關(guān)。也與過程有關(guān)。 在熱力學(xué)中，用的最多的是某些特定過程的比在熱力學(xué)中，用的最多的是某些特定過程的比熱容：比定壓熱容熱容：比定壓熱容cp 、比定容熱容、比定容熱容cv ?？赡孢^程，有：可逆過程，有：qdupdvdhvdpu、h是狀態(tài)量，設(shè)是狀態(tài)量，設(shè) ),(vTfu ( , )hf T pvTuududTdvTvvTvuuuqdTpdvdTTvT定容過程，定容過程，dv = 0則則 vvvq

7、ucdTT所以所以同理同理pThhdhdTdpTpppThhhqdTv dpdTTpT定壓過程，定壓過程，dp = 0pppqhcdTT所以所以cv和和cp的說明的說明1. u、h都是狀態(tài)參數(shù)，都是狀態(tài)參數(shù)， cv 和和 cp也是狀態(tài)參數(shù)。也是狀態(tài)參數(shù)。2 . 前面前面的推導(dǎo)沒有用到理想氣體性質(zhì)，則的推導(dǎo)沒有用到理想氣體性質(zhì)，則3. h、u 、s的計(jì)算要用的計(jì)算要用cv 和和 cp 。vvucT適用于任何氣體。適用于任何氣體。pphcTcv物理意義：物理意義： v 時(shí)時(shí)1kg工質(zhì)升高工質(zhì)升高1K內(nèi)能內(nèi)能u的增加量。的增加量。cp物理意義：物理意義： p 時(shí)時(shí)1kg工質(zhì)升高工質(zhì)升高1K焓焓h的增

8、加量。的增加量。3.2.3 內(nèi)能和焓內(nèi)能和焓定容過程定容過程vTvTuuududTdvc dTdvTvvdTcduvpdhc dT定壓過程定壓過程pTTphhhdhdTdpc dTdpTpp上述各式都是從定義出發(fā)的，適用于一切工質(zhì)。上述各式都是從定義出發(fā)的，適用于一切工質(zhì)。3.3 理想氣體的內(nèi)能、焓和比熱容理想氣體的內(nèi)能、焓和比熱容3.3.1 理想氣體內(nèi)能和焓的理想氣體內(nèi)能和焓的特性特性 氣體內(nèi)能包括內(nèi)動(dòng)能（只與溫度有關(guān)）和內(nèi)氣體內(nèi)能包括內(nèi)動(dòng)能（只與溫度有關(guān)）和內(nèi) 位能（只與比體積有關(guān)），則位能（只與比體積有關(guān)），則 理想氣體分子間無相互作用力，不存在內(nèi)位理想氣體分子間無相互作用力，不存在內(nèi)位

9、 能，因此理想氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)，即能，因此理想氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)，即),( Tvfu ( )uf T 0Tuv RTupvuh )(Tfh 0Thp則則所以所以vTvuududTdvc dTTv根據(jù)焓的定義根據(jù)焓的定義( )uf T則焓也是溫度的單值函數(shù)，即則焓也是溫度的單值函數(shù)，即所以所以pTphhdhdTdpc dTTp 和和 對(duì)實(shí)際氣體只適用于定對(duì)實(shí)際氣體只適用于定 容、定壓過程，對(duì)理想氣體適用于任何過程。容、定壓過程，對(duì)理想氣體適用于任何過程。 對(duì)于理想氣體，內(nèi)能和焓是只與溫度有關(guān)的狀對(duì)于理想氣體，內(nèi)能和焓是只與溫度有關(guān)的狀 態(tài)參數(shù)，只要溫度一定，不管其它狀態(tài)參數(shù)如態(tài)參數(shù)，只要溫

10、度一定，不管其它狀態(tài)參數(shù)如 何，內(nèi)能和焓就確定了（盡管狀態(tài)不同）。何，內(nèi)能和焓就確定了（盡管狀態(tài)不同）。dTcduvdTcdhp3.3.2 理想氣體的比熱容理想氣體的比熱容一般工質(zhì)：一般工質(zhì)： 理想氣體：理想氣體：vducdTpv d upvd uRTdhccRdTdTdT邁耶公式邁耶公式vvucTpphcTpdhcdTpvccRdTcduvdTcdhp所以所以p,mv,mmccR相應(yīng)相應(yīng)所以所以vpccmvmpvpcccck,cp、cv、R、k只有兩個(gè)是獨(dú)立的。只有兩個(gè)是獨(dú)立的。v1Rckp1kRck令絕熱指數(shù)（比熱容比）令絕熱指數(shù)（比熱容比）則則 理想氣體比熱容與溫度的關(guān)系理想氣體比熱容與

11、溫度的關(guān)系 理想氣體的內(nèi)能和焓只是溫度的單值函數(shù)，理想氣體的內(nèi)能和焓只是溫度的單值函數(shù)，則比定壓熱容和比定容熱容也只是溫度的單值則比定壓熱容和比定容熱容也只是溫度的單值函數(shù)。函數(shù)。23,0123p mCaaTa Ta T23,0123v mmCaaTa Ta TR 式中式中 為只與氣體種類有關(guān)的常為只與氣體種類有關(guān)的常數(shù)，常見氣體的這些常數(shù)列于數(shù)，常見氣體的這些常數(shù)列于223頁(yè)的附表頁(yè)的附表2。0123aaaa， ， ， 理想氣體內(nèi)能和焓的（變化）計(jì)算理想氣體內(nèi)能和焓的（變化）計(jì)算 按比定值熱容計(jì)算，按比定值熱容計(jì)算， 即即 c = constdTcduvdTcdhp21vuc dT 21ph

12、c dT 理想氣體理想氣體則則)(12TTcuv)(12TTchp 注意：溫度不高，溫度變化范圍小，精度要注意：溫度不高，溫度變化范圍小，精度要求不高時(shí)應(yīng)用；求不高時(shí)應(yīng)用；常采用常采用298K（25 ）時(shí)的實(shí)驗(yàn)）時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為比定值熱容數(shù)據(jù)作為比定值熱容。則則 按比熱容經(jīng)驗(yàn)公式積分計(jì)算按比熱容經(jīng)驗(yàn)公式積分計(jì)算22230123111phc dTaaTa Ta TdTM 2211()()pucR dThR TT 利用平均比熱容表計(jì)算利用平均比熱容表計(jì)算21221100210021tttttppppptc dtc dthc dtc dtc dttttt 令令 稱為稱為0t之間的平均比定壓熱容，則之

13、間的平均比定壓熱容，則 常見氣體的平均比定壓熱容、平均比定常見氣體的平均比定壓熱容、平均比定容熱容見容熱容見224、225頁(yè)的附表頁(yè)的附表4和和5。212100ttpphctct 212100ttvvuctct 00ttppc dtct同理同理 若已知若已知 、 而而 ，則用插入法，則用插入法10tpc20tpc12,tt t2110010021ttttppppcccctttt 利用氣體熱力性質(zhì)表中的利用氣體熱力性質(zhì)表中的h，u計(jì)算計(jì)算 若已知?dú)怏w在各溫度下的內(nèi)能和焓值，即可若已知?dú)怏w在各溫度下的內(nèi)能和焓值，即可方便地算出方便地算出u、h 。 幾種常見氣體的幾種常見氣體的u、h值見值見2262

14、35頁(yè)的附頁(yè)的附表表612。)()(12TuTuu)()(12ThThh例例4：在燃?xì)廨啓C(jī)裝置中，用從燃?xì)廨啓C(jī)中排出的乏氣對(duì)：在燃?xì)廨啓C(jī)裝置中，用從燃?xì)廨啓C(jī)中排出的乏氣對(duì) 空氣進(jìn)行加熱（加熱在空氣回?zé)崞髦羞M(jìn)行），然后空氣進(jìn)行加熱（加熱在空氣回?zé)崞髦羞M(jìn)行），然后 將加熱后的空氣送入燃燒室進(jìn)行燃燒。若空氣在回將加熱后的空氣送入燃燒室進(jìn)行燃燒。若空氣在回 熱器中，從熱器中，從127定壓加熱到定壓加熱到327。試按下列比熱。試按下列比熱 容值計(jì)算對(duì)每容值計(jì)算對(duì)每kg空氣所加入的熱量?？諝馑尤氲臒崃?。 （1）按真實(shí)比熱容計(jì)算（經(jīng)驗(yàn)公式）；）按真實(shí)比熱容計(jì)算（經(jīng)驗(yàn)公式）； （2）按平均比熱容表計(jì)算；）按

15、平均比熱容表計(jì)算； （3）按定值比熱容計(jì)算；）按定值比熱容計(jì)算； （4）按空氣的熱力性質(zhì)計(jì)算。）按空氣的熱力性質(zhì)計(jì)算。 真實(shí)比熱容、平均比熱容表及氣體熱力性質(zhì)表真實(shí)比熱容、平均比熱容表及氣體熱力性質(zhì)表 是表述比熱容隨溫度變化的曲線關(guān)系；是表述比熱容隨溫度變化的曲線關(guān)系； 平均比熱容表和氣體熱力性質(zhì)表都是根據(jù)比熱平均比熱容表和氣體熱力性質(zhì)表都是根據(jù)比熱 容的精確數(shù)值編制的，因此可以求得最可靠的容的精確數(shù)值編制的，因此可以求得最可靠的 結(jié)果；結(jié)果； 按真實(shí)比熱容計(jì)算的結(jié)果，相對(duì)誤差在按真實(shí)比熱容計(jì)算的結(jié)果，相對(duì)誤差在1%左右；左右； 定值比熱容是近似計(jì)算，誤差較大，但由于其定值比熱容是近似計(jì)算，誤

16、差較大，但由于其 計(jì)算簡(jiǎn)便，在計(jì)算精度要求不高，或氣體溫度不計(jì)算簡(jiǎn)便，在計(jì)算精度要求不高，或氣體溫度不 太高且變化范圍不大時(shí)，比熱容均按定值比熱容太高且變化范圍不大時(shí)，比熱容均按定值比熱容 處理。處理。3.4 理想氣體的熵理想氣體的熵 可逆過程熵的定義：可逆過程熵的定義： qdsTTdsqdupdvdhvdp vppvdTdvdTdpdvdpdscRcRccTvTpvp dupdhvdsdvdpTTTT又理想氣體：又理想氣體： pv = RT 的微分形式的微分形式則則dpdvdTpvT 利用氣體性質(zhì)表利用氣體性質(zhì)表222222111111lnlnlnlnlnlnvppvTvTpvpscRcRc

17、cTvTpvp 按比定值熱容計(jì)算，即按比定值熱容計(jì)算，即cv、cp為常數(shù)為常數(shù)222222vppv111111lnlndTvdTpdvdpscRcRccTvTpvp 以第二個(gè)式子為例，以第二個(gè)式子為例，取基準(zhǔn)溫度取基準(zhǔn)溫度 T000( )TpTdTcf TsT210021lnTTpsssRp 則則 幾種常見氣體的幾種常見氣體的 值見值見226235頁(yè)的附表頁(yè)的附表612。0Ts例例5：已知某理想氣體的比定容熱容：已知某理想氣體的比定容熱容 cv=a+bT，其中，其中a、b為常數(shù)，為常數(shù)，T為絕為絕 對(duì)溫度。試導(dǎo)出其內(nèi)能、焓、熵的對(duì)溫度。試導(dǎo)出其內(nèi)能、焓、熵的 計(jì)算式。計(jì)算式。3.5 理想氣體混

18、合物理想氣體混合物 混合氣體：多種單一氣體組成的混合態(tài)氣體，混合氣體：多種單一氣體組成的混合態(tài)氣體， 它們之間處于無化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定態(tài)，如空氣。它們之間處于無化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定態(tài)，如空氣。 組分：組成混合氣體的各單一氣體，如空氣中組分：組成混合氣體的各單一氣體，如空氣中的氮?dú)?。的氮?dú)狻?理想氣體混合物：各組分均為理想氣體。理想氣體混合物：各組分均為理想氣體。 3.5.1 理想氣體混合物的成分理想氣體混合物的成分 各組分在混合氣體中所占的數(shù)量比率稱為混各組分在混合氣體中所占的數(shù)量比率稱為混合氣體的成分。合氣體的成分。 按照所用單位的不同，有質(zhì)量成分、摩爾成按照所用單位的不同，有質(zhì)量成分、摩爾成分、容積

19、成分三種表示方法。分、容積成分三種表示方法。 質(zhì)量成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）質(zhì)量成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）xi 質(zhì)量守恒定律：混合氣體的總質(zhì)量等于各組分質(zhì)量守恒定律：混合氣體的總質(zhì)量等于各組分質(zhì)量之和，即：質(zhì)量之和，即：121nniimmmmm 第第i種組分的質(zhì)量種組分的質(zhì)量mi與總質(zhì)量與總質(zhì)量m的比值稱為的比值稱為該組分的質(zhì)量成分該組分的質(zhì)量成分xi ，即，即iimxm 摩爾成分（摩爾分?jǐn)?shù)）摩爾成分（摩爾分?jǐn)?shù)）yi121nniiNNNNN 第第i種組分的摩爾數(shù)種組分的摩爾數(shù)Ni與總摩爾數(shù)與總摩爾數(shù)N的比值的比值稱為該組分的摩爾成分稱為該組分的摩爾成分yi ，即，即iiNyN 各組分處于混合氣體的壓力各組分處于混

20、合氣體的壓力p、溫度、溫度T條件條件下，單獨(dú)占有的容積稱為該組分的分容積下，單獨(dú)占有的容積稱為該組分的分容積Vi 。 則則121nniiVVVVV 各組分分容積各組分分容積Vi與總?cè)莘e與總?cè)莘eV的比值稱為該的比值稱為該組分的容積成分組分的容積成分ri ，即，即iiVrV 容積成分（體積分?jǐn)?shù)）容積成分（體積分?jǐn)?shù)）ri上式稱為分容積定律（阿馬伽定律）。上式稱為分容積定律（阿馬伽定律）。 三種成分之間的換算關(guān)系三種成分之間的換算關(guān)系iiiiNVyrNV可以看出可以看出1111nnniiiiiixyr且且由于由于iiimN M則則111iiiiiiiinnniiiiiiiiiN N MmNMyMxmN

21、MN N MyM11/iiiiiinniiiiiiNmMxMyNmMxM3.5.2 道爾頓分壓定律道爾頓分壓定律 分壓力（分壓）分壓力（分壓）pi ：各組分單獨(dú)處于混合氣：各組分單獨(dú)處于混合氣體的溫度體的溫度T、容積、容積V 下所呈現(xiàn)下所呈現(xiàn)出來的壓力。出來的壓力。 道爾頓分壓定律道爾頓分壓定律 分壓力、分體積、摩爾成分、體積成分之間分壓力、分體積、摩爾成分、體積成分之間的關(guān)系的關(guān)系121niniippppppiiiipNyrpNiipy p3.5.3 理想氣體混合物的平均理想氣體混合物的平均 分子量和氣體常數(shù)分子量和氣體常數(shù) 混合氣體的平均分子量（折合分子量，平均摩爾混合氣體的平均分子量（折

22、合分子量，平均摩爾量，摩爾質(zhì)量）：將混合氣體當(dāng)作一種假想的單量，摩爾質(zhì)量）：將混合氣體當(dāng)作一種假想的單一氣體處理，其分子數(shù)（摩爾數(shù)）和質(zhì)量均與實(shí)一氣體處理，其分子數(shù)（摩爾數(shù)）和質(zhì)量均與實(shí)際混合氣體相同，其質(zhì)量與摩爾數(shù)之比定義為分際混合氣體相同，其質(zhì)量與摩爾數(shù)之比定義為分子量。子量。 混合氣體常數(shù)：假想氣體的氣體常數(shù)混合氣體常數(shù)：假想氣體的氣體常數(shù)11niiniiiiN MmMy MNNMRRM1iiiiiniiiyMyMxMyM3.5.4 理想氣體混合物的比熱容、理想氣體混合物的比熱容、 內(nèi)能、焓和熵內(nèi)能、焓和熵 比熱容比熱容 iicxcmimiCyC iicyc 混合氣體的比熱容為單位物量混

23、合氣體溫混合氣體的比熱容為單位物量混合氣體溫度升高度升高1oC所需的熱量。所需的熱量。則則 內(nèi)能、焓和熵內(nèi)能、焓和熵 在壓力在壓力 p、溫度、溫度 T 狀態(tài)下的理想氣體混合物狀態(tài)下的理想氣體混合物中，任一組分所處的狀態(tài)，相當(dāng)于它在分壓中，任一組分所處的狀態(tài)，相當(dāng)于它在分壓 pi 、溫度溫度 T 狀態(tài)條件下單獨(dú)存在的狀態(tài)。狀態(tài)條件下單獨(dú)存在的狀態(tài)。 可采用單一理想氣體的關(guān)系式計(jì)算各組分在可采用單一理想氣體的關(guān)系式計(jì)算各組分在pi 、T 狀態(tài)下的各熱力參數(shù)，而混合氣體的廣度狀態(tài)下的各熱力參數(shù)，而混合氣體的廣度參數(shù)等于各組分相應(yīng)參數(shù)之和。參數(shù)等于各組分相應(yīng)參數(shù)之和。 內(nèi)能內(nèi)能()iiiUUmu ()

24、iiiUUmu )(iiuxmUu )(iiuxu 焓焓()iiiHHmh ()iiiHHmh )(iihxmHh )(iihxh 熵熵()iiiSSms ()iiiSSms )(iisxmSs )(iisxs例例6：0.25kg的的CO在閉口系統(tǒng)中由在閉口系統(tǒng)中由p1=0.25MPa、t1=120膨脹到膨脹到p2=0.125MPa、t2=25，做出膨脹功，做出膨脹功W=8.0kJ。已知環(huán)境溫度。已知環(huán)境溫度t0=25，CO的氣體常數(shù)的氣體常數(shù)R=0.297kJ/(kgK)，定容比熱容，定容比熱容cv=0.747kJ/(kgK)，試計(jì)算過程熱量，并判斷該過程是否可逆。試計(jì)算過程熱量，并判斷該過

25、程是否可逆。例例7：空氣是氧和氮的混合物，其組成近：空氣是氧和氮的混合物，其組成近 似為似為1kmol氧對(duì)應(yīng)于氧對(duì)應(yīng)于3.1894kmol氮，氮， 求空氣的摩爾質(zhì)量，氣體常數(shù)及質(zhì)量求空氣的摩爾質(zhì)量，氣體常數(shù)及質(zhì)量 分?jǐn)?shù)。分?jǐn)?shù)。例例8：煙囪每秒排出絕對(duì)壓力為：煙囪每秒排出絕對(duì)壓力為0.11MPa、溫、溫 度為度為300的煙氣的煙氣30m3，由煙氣分析儀測(cè)，由煙氣分析儀測(cè) 得煙氣體積分?jǐn)?shù)為得煙氣體積分?jǐn)?shù)為 ， ， ， 。試求每秒排出煙。試求每秒排出煙 氣的質(zhì)量以及各組成氣體的質(zhì)量。氣的質(zhì)量以及各組成氣體的質(zhì)量。104. 02COV052. 02OV099. 02OHV745. 02NV3.6 實(shí)際

26、氣體與理想氣體的偏離實(shí)際氣體與理想氣體的偏離（1）分子不占有體積）分子不占有體積（2）分子之間沒有作用力）分子之間沒有作用力實(shí)際氣體實(shí)際氣體pvRT理想氣體兩個(gè)假定：理想氣體兩個(gè)假定：pvRT為反映實(shí)際氣體與理想氣體的偏離程度為反映實(shí)際氣體與理想氣體的偏離程度定義壓縮因子定義壓縮因子pvZRT1Z 1Z 壓縮因子的物理意義壓縮因子的物理意義相同相同T，p下理下理想想氣體的比容氣體的比容表明實(shí)際氣體難于壓縮表明實(shí)際氣體難于壓縮0( ,)( ,)pvvv T pZRTRTv T pp0vv1Z Z 反映實(shí)際氣體壓縮性的大小，反映實(shí)際氣體壓縮性的大小，壓縮壓縮的難易程度的難易程度 表明實(shí)際氣體表明實(shí)

27、際氣體易易于壓縮于壓縮0vv1Z Z 取決于氣體的種類和狀態(tài)取決于氣體的種類和狀態(tài)3.7 對(duì)比態(tài)定律與普遍化壓縮因子對(duì)比態(tài)定律與普遍化壓縮因子 3.7.1 臨界狀態(tài)臨界狀態(tài)的概念的概念 安德魯斯安德魯斯用用CO2作出作出了一系列等溫壓縮曲線表了一系列等溫壓縮曲線表示在示在 p v 圖上。圖上。 T1、T2 、 TC、T3、T4是等溫線，這種等溫線是等溫線，這種等溫線可分為三類。可分為三類。 當(dāng)當(dāng)T31.1 （對(duì)應(yīng)圖上的（對(duì)應(yīng)圖上的T3、T4） 無論氣體壓力升高至多高，也不可能使無論氣體壓力升高至多高，也不可能使 CO2變?yōu)橐后w。變?yōu)橐后w。 隨著溫度的升高，等溫線趨于等軸雙曲隨著溫度的升高，等溫

28、線趨于等軸雙曲 線，氣體的性質(zhì)接近理想氣體性質(zhì)。線，氣體的性質(zhì)接近理想氣體性質(zhì)。 把把p v圖上的拐點(diǎn)連接起來圖上的拐點(diǎn)連接起來 飽和曲線：飽和曲線：HHCLL曲線，又稱為相變界線。曲線，又稱為相變界線。 CLL飽和液體線，左側(cè)為未飽和液相區(qū)飽和液體線，左側(cè)為未飽和液相區(qū) CHH飽和蒸汽線，右側(cè)為過熱蒸氣區(qū)飽和蒸汽線，右側(cè)為過熱蒸氣區(qū) 飽和液體線和飽和蒸汽線之間為氣液共存飽和液體線和飽和蒸汽線之間為氣液共存 區(qū)區(qū)飽和區(qū)，濕蒸氣區(qū)飽和區(qū)，濕蒸氣區(qū) 每種物質(zhì)都有與二氧化碳相似的規(guī)律，各自臨每種物質(zhì)都有與二氧化碳相似的規(guī)律，各自臨 界狀態(tài)及其所對(duì)應(yīng)的臨界狀態(tài)參數(shù)不同。界狀態(tài)及其所對(duì)應(yīng)的臨界狀態(tài)參數(shù)不

29、同。 223頁(yè)附表頁(yè)附表3 常用氣體的臨界狀態(tài)參數(shù)值常用氣體的臨界狀態(tài)參數(shù)值3.7.2 對(duì)比態(tài)定律對(duì)比態(tài)定律 臨界狀態(tài)是各物質(zhì)的共性（每種物質(zhì)的臨界參數(shù)臨界狀態(tài)是各物質(zhì)的共性（每種物質(zhì)的臨界參數(shù) 不同）不同） 以臨界點(diǎn)作為描述物質(zhì)熱力狀態(tài)的一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，以臨界點(diǎn)作為描述物質(zhì)熱力狀態(tài)的一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)， 從而構(gòu)造出無因次狀態(tài)參數(shù)從而構(gòu)造出無因次狀態(tài)參數(shù)對(duì)比參數(shù)對(duì)比參數(shù) 對(duì)比壓力對(duì)比壓力 對(duì)比溫度對(duì)比溫度 對(duì)比比體積對(duì)比比體積 對(duì)比參數(shù)反映物質(zhì)所處狀態(tài)偏離臨界狀態(tài)的程度對(duì)比參數(shù)反映物質(zhì)所處狀態(tài)偏離臨界狀態(tài)的程度crppp crTTT crvvv 以對(duì)比參數(shù)表示狀態(tài)方程以對(duì)比參數(shù)表示狀態(tài)方程 對(duì)比態(tài)方程對(duì)比

30、態(tài)方程 凡是遵循同一對(duì)比態(tài)方程的任何物質(zhì)，如果其凡是遵循同一對(duì)比態(tài)方程的任何物質(zhì)，如果其 Tr、pr、vr 中有兩個(gè)對(duì)應(yīng)相等，則另一個(gè)也對(duì)應(yīng)中有兩個(gè)對(duì)應(yīng)相等，則另一個(gè)也對(duì)應(yīng) 相等，這些物質(zhì)也就處于相同的對(duì)應(yīng)狀態(tài)，這就相等，這些物質(zhì)也就處于相同的對(duì)應(yīng)狀態(tài)，這就 是是對(duì)比態(tài)定律對(duì)比態(tài)定律。 服從對(duì)比態(tài)定律，并能滿足同一對(duì)比態(tài)方程的服從對(duì)比態(tài)定律，并能滿足同一對(duì)比態(tài)方程的 各種物質(zhì)，稱為熱力學(xué)上相似的物質(zhì)。各種物質(zhì)，稱為熱力學(xué)上相似的物質(zhì)。,0rrrfp T v3.7.3 普遍化壓縮因子普遍化壓縮因子Z,0rrrfp T v另一形式的另一形式的對(duì)比態(tài)方程對(duì)比態(tài)方程,rrrvfp TCCrrrrCCr

31、rp vp vp vpvZZRTRTTT1,rrCZfp TZ2,rrCZfp T Z大多數(shù)物質(zhì)大多數(shù)物質(zhì)0.260.28CZ取取ZC為某常數(shù)為某常數(shù)3,rrZfp T 工程實(shí)際中，取工程實(shí)際中，取Zc0.27，已知，已知pr ，Tr 即可計(jì)即可計(jì)算出算出 Z。應(yīng)用狀態(tài)方程應(yīng)用狀態(tài)方程pv=ZRT，就可計(jì)算實(shí)際，就可計(jì)算實(shí)際氣體的狀態(tài)參數(shù)。氣體的狀態(tài)參數(shù)。 類似理想氣體狀態(tài)方程，形式簡(jiǎn)單；類似理想氣體狀態(tài)方程，形式簡(jiǎn)單； 有一定的計(jì)算精度；有一定的計(jì)算精度； 在缺乏數(shù)據(jù)，又無相應(yīng)狀態(tài)方程時(shí)，用于在缺乏數(shù)據(jù)，又無相應(yīng)狀態(tài)方程時(shí)，用于 氣體性質(zhì)估算。氣體性質(zhì)估算。 Z(pr，Tr)圖圖 通通過實(shí)驗(yàn)

32、將過實(shí)驗(yàn)將繪制成圖，即可方便地繪制成圖，即可方便地確定壓縮因子確定壓縮因子Z的值。的值。 P53圖圖3-5，P249251附圖附圖1(a,b,c)。3,rrZfp T例例9：管路中輸送：管路中輸送9.5MPa、55的乙烷，若乙的乙烷，若乙 烷在定壓下溫度升高到烷在定壓下溫度升高到110，為保證原，為保證原 來輸送的質(zhì)量流量，試用壓縮因子圖計(jì)來輸送的質(zhì)量流量，試用壓縮因子圖計(jì) 算乙烷氣的流速應(yīng)提高多少？算乙烷氣的流速應(yīng)提高多少？3.9 純物質(zhì)相變區(qū)的狀態(tài)純物質(zhì)相變區(qū)的狀態(tài) 及參數(shù)坐標(biāo)及參數(shù)坐標(biāo)圖圖水蒸汽是實(shí)際氣體的代表水蒸汽是實(shí)際氣體的代表水蒸汽水蒸汽在空氣中含量極小，當(dāng)作在空氣中含量極小，當(dāng)作

33、理想氣體理想氣體一般情況下，為一般情況下，為實(shí)際氣體實(shí)際氣體，使用圖表，使用圖表 18世紀(jì)，蒸汽機(jī)的發(fā)明，是唯一工質(zhì)世紀(jì)，蒸汽機(jī)的發(fā)明，是唯一工質(zhì) 直到內(nèi)燃機(jī)發(fā)明，才有燃?xì)夤べ|(zhì)直到內(nèi)燃機(jī)發(fā)明，才有燃?xì)夤べ|(zhì)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì)目前仍是火力發(fā)電、核電、供暖、化工的工質(zhì) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 便宜，易得，無毒，膨脹性能好，傳熱便宜，易得，無毒，膨脹性能好，傳熱 性能好性能好 是其它實(shí)際氣體的代表是其它實(shí)際氣體的代表3.9.1 p-T-v三維坐標(biāo)圖三維坐標(biāo)圖物質(zhì)的三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)物質(zhì)的三種聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)熱力學(xué)面：以熱力學(xué)面：以p,v,T 表示表示的物質(zhì)各種狀態(tài)的曲面

34、的物質(zhì)各種狀態(tài)的曲面水的三態(tài)：冰、水、蒸汽水的三態(tài)：冰、水、蒸汽水的熱力學(xué)面水的熱力學(xué)面兩相區(qū)兩相區(qū)單相區(qū)單相區(qū)液液pvT六個(gè)區(qū)：三個(gè)單相區(qū)、三個(gè)兩相區(qū)六個(gè)區(qū)：三個(gè)單相區(qū)、三個(gè)兩相區(qū)液液-氣氣固固-氣氣固固-液液pvT固固氣氣飽和線、三相線和臨界點(diǎn)飽和線、三相線和臨界點(diǎn)pv飽和氣線飽和氣線三相線三相線飽和液線飽和液線飽和固線飽和固線T臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)四條線：三條飽和線、一條三相線；一個(gè)點(diǎn)：四條線：三條飽和線、一條三相線；一個(gè)點(diǎn)：臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)水的水的臨界臨界點(diǎn)狀點(diǎn)狀態(tài)態(tài)是飽和液體線與飽和氣體線的交點(diǎn)是飽和液體線與飽和氣體線的交點(diǎn)是氣液兩相共存的最高溫度、最高壓力點(diǎn)是氣液兩相共存的最高溫度

35、、最高壓力點(diǎn)此時(shí)液相和氣相沒有差別此時(shí)液相和氣相沒有差別臨臨界界點(diǎn)點(diǎn)coc3c22.12MPa647.30K (374.15 C)m0.00317kgpTv溫度大于臨界點(diǎn)，不可能液化溫度大于臨界點(diǎn)，不可能液化 6個(gè)區(qū)：氣、液、固、固個(gè)區(qū)：氣、液、固、固-液、氣液、氣-液、氣液、氣-固；固； 3條線：?jiǎn)蜗鄥^(qū)與兩相共存區(qū)分界線：飽和液條線：?jiǎn)蜗鄥^(qū)與兩相共存區(qū)分界線：飽和液 體線、飽和蒸氣線、飽和固體線；體線、飽和蒸氣線、飽和固體線； 1個(gè)臨界點(diǎn)：飽和液體線和飽和蒸氣線的交點(diǎn)；個(gè)臨界點(diǎn)：飽和液體線和飽和蒸氣線的交點(diǎn)； 1條三相線：表征固、液、氣三相共存狀態(tài)條三相線：表征固、液、氣三相共存狀態(tài) 的線。

36、的線。3.9.2 p-T 圖圖將將 p-T-v 曲面投影到曲面投影到 p-T 面得到面得到 p-T 圖。圖。 氣化線：飽和液體線和飽和蒸氣線重合為汽化線，代氣化線：飽和液體線和飽和蒸氣線重合為汽化線，代 表整個(gè)液表整個(gè)液- -氣共存區(qū)；氣共存區(qū)； 升華線：飽和固體線和飽和蒸氣線重合為升華線，代升華線：飽和固體線和飽和蒸氣線重合為升華線，代 表整個(gè)氣表整個(gè)氣- -固共存區(qū)；固共存區(qū)； 熔化線（凝固線）：液熔化線（凝固線）：液- -固共存區(qū)的投影線；固共存區(qū)的投影線； 臨界點(diǎn)：臨界點(diǎn)：溫度最高溫度最高點(diǎn)點(diǎn)TC （發(fā)生氣液轉(zhuǎn)變）；（發(fā)生氣液轉(zhuǎn)變）； 三相點(diǎn)：汽化線、升華線、熔化線的三相點(diǎn)：汽化線、升

37、華線、熔化線的交點(diǎn)（交點(diǎn)（ ptp ，Ttp ）。純物質(zhì)的純物質(zhì)的 p-T 相圖相圖ppTT液液液液氣氣氣氣固固固固水水一般物質(zhì)一般物質(zhì)三相點(diǎn)三相點(diǎn)三相點(diǎn)三相點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)升華線升華線升華線升華線凝固線凝固線凝固線凝固線汽化線汽化線汽化線汽化線 三條線將三條線將 p-T 圖分為三個(gè)區(qū)域：氣、液、固圖分為三個(gè)區(qū)域：氣、液、固 TTtp 當(dāng)凝固時(shí)體積減小時(shí)當(dāng)凝固時(shí)體積減小時(shí)液氣、液氣、 固液轉(zhuǎn)變固液轉(zhuǎn)變 當(dāng)凝固時(shí)體積增大時(shí)當(dāng)凝固時(shí)體積增大時(shí)液氣轉(zhuǎn)變；液氣轉(zhuǎn)變； TTc 單一氣體單一氣體 不同物質(zhì)有不同的三相點(diǎn)不同物質(zhì)有不同的三相點(diǎn)思考題思考題沒有。沒有。t374.15 有有2. 有沒有

38、有沒有500C的水的水？1. 北方冬天晾在外邊的衣服，北方冬天晾在外邊的衣服，是否經(jīng)過液相是否經(jīng)過液相3. 有沒有有沒有-3 的蒸汽的蒸汽？3.9.3 p-v圖和圖和T-s圖圖 工程上所用的水蒸汽通常是水定壓沸騰汽工程上所用的水蒸汽通常是水定壓沸騰汽 化而產(chǎn)生的；化而產(chǎn)生的； 為形象起見，假設(shè)是在汽缸內(nèi)進(jìn)行定壓為形象起見，假設(shè)是在汽缸內(nèi)進(jìn)行定壓 加熱；加熱； 設(shè)汽缸內(nèi)有設(shè)汽缸內(nèi)有1kg 0.01的純水，通過增減活的純水，通過增減活 塞塞上重物可使水在指定壓力下定壓吸熱。上重物可使水在指定壓力下定壓吸熱。水的定壓加熱過程水的定壓加熱過程t tsv vv = vv = vv v v未飽和水未飽和水

39、飽和水飽和水飽和濕蒸汽飽和濕蒸汽飽和干蒸汽飽和干蒸汽過熱蒸過熱蒸汽汽h hh = hh = hh h hs ss = ss = ss s s水預(yù)熱水預(yù)熱汽化汽化過熱過熱（a）（b）（c）（d）（e） 當(dāng)水溫低于壓力當(dāng)水溫低于壓力p對(duì)應(yīng)的飽和溫度對(duì)應(yīng)的飽和溫度ts時(shí)稱為過冷時(shí)稱為過冷 水或未飽和水，水或未飽和水，圖圖（a）所示。所示。 對(duì)未飽和水加熱，水溫逐漸升高，水的比體積對(duì)未飽和水加熱，水溫逐漸升高，水的比體積 稍有增大。稍有增大。 當(dāng)水溫達(dá)到壓力當(dāng)水溫達(dá)到壓力p對(duì)應(yīng)的飽和溫度對(duì)應(yīng)的飽和溫度ts時(shí)，水開時(shí)，水開 始沸騰，稱為飽和水，始沸騰，稱為飽和水，圖（圖（b）所示。所示。 水在定壓下從未

40、飽和狀態(tài)加熱到飽和狀態(tài)稱為水在定壓下從未飽和狀態(tài)加熱到飽和狀態(tài)稱為 預(yù)熱階段預(yù)熱階段，所需的熱量稱為，所需的熱量稱為液體熱液體熱。 對(duì)飽和溫度的水繼續(xù)加熱，水開始沸騰汽化，這對(duì)飽和溫度的水繼續(xù)加熱，水開始沸騰汽化，這 時(shí)飽和壓力不變，飽和溫度也不變時(shí)飽和壓力不變，飽和溫度也不變蒸汽和水蒸汽和水 的混合物稱為濕飽和蒸汽（簡(jiǎn)稱濕蒸汽），的混合物稱為濕飽和蒸汽（簡(jiǎn)稱濕蒸汽），圖（圖（c） 所示。所示。 隨著加熱過程的進(jìn)行，水逐漸減少，蒸汽逐漸增隨著加熱過程的進(jìn)行，水逐漸減少，蒸汽逐漸增 多，直至水全部變成蒸汽多，直至水全部變成蒸汽這時(shí)的蒸汽稱為干這時(shí)的蒸汽稱為干 飽和蒸汽（簡(jiǎn)稱飽和蒸汽），飽和蒸汽（

41、簡(jiǎn)稱飽和蒸汽），圖圖（d）所示。所示。 在由飽和水定壓加熱為干飽和蒸汽的過程中，在由飽和水定壓加熱為干飽和蒸汽的過程中， 工質(zhì)的比體積隨蒸汽增多而迅速增大，但汽、工質(zhì)的比體積隨蒸汽增多而迅速增大，但汽、 液溫度不變，所吸收的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝肿拥囊簻囟炔蛔?，所吸收的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝肿拥?內(nèi)位能的增加及比體積的增加對(duì)外作出的膨脹內(nèi)位能的增加及比體積的增加對(duì)外作出的膨脹 功。這一階段稱為汽化階段，該過程吸收的熱功。這一階段稱為汽化階段，該過程吸收的熱 量稱為量稱為汽化潛熱汽化潛熱。 對(duì)飽和蒸汽繼續(xù)定壓加熱，蒸汽溫度升高，比體對(duì)飽和蒸汽繼續(xù)定壓加熱，蒸汽溫度升高，比體 積增大，這時(shí)的蒸汽稱為過熱蒸汽，

42、積增大，這時(shí)的蒸汽稱為過熱蒸汽，圖圖（e）所示。所示。 過熱蒸汽的溫度超過飽和溫度的值稱為過熱蒸汽的溫度超過飽和溫度的值稱為過熱度過熱度； 過熱過程中蒸氣吸收的熱量稱為過熱過程中蒸氣吸收的熱量稱為過熱熱過熱熱，該階段，該階段 為為過熱階段過熱階段。cpcTcTTcpp3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e1c1a1b1d1epv 改變壓力改變壓力p ，重復(fù)上述試驗(yàn)過程，得到水重復(fù)上述試驗(yàn)過程，得到水的的p-v、T-s圖。圖。ACBACB3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e1c1a1b1d1ecTcTT cppTscpp-v圖，圖，T-s圖上的水蒸汽定壓加熱過程圖上的水蒸汽定壓加熱過程在在

43、p-v 、 T-s 圖上，可以看到物質(zhì)相變的規(guī)律：圖上，可以看到物質(zhì)相變的規(guī)律： 一點(diǎn)一點(diǎn)：臨界點(diǎn)：臨界點(diǎn)C 二線：飽和液體線，飽和蒸汽線二線：飽和液體線，飽和蒸汽線 三區(qū)：未飽和液體區(qū)，飽和液體線左側(cè)；三區(qū)：未飽和液體區(qū)，飽和液體線左側(cè)； 蒸汽區(qū)，飽和蒸汽線右側(cè)；蒸汽區(qū)，飽和蒸汽線右側(cè)； 濕蒸汽區(qū)，飽和液體線和飽和蒸汽線之間。濕蒸汽區(qū)，飽和液體線和飽和蒸汽線之間。 五態(tài)：未飽和液態(tài)、飽和液態(tài)、濕蒸汽態(tài)、五態(tài)：未飽和液態(tài)、飽和液態(tài)、濕蒸汽態(tài)、 飽和蒸汽態(tài)、過熱蒸汽態(tài)飽和蒸汽態(tài)、過熱蒸汽態(tài)3.9.4 濕蒸汽狀態(tài)參數(shù)的確定濕蒸汽狀態(tài)參數(shù)的確定 汽汽- -液共存區(qū)的濕蒸汽實(shí)際上是飽和液體和干液共存區(qū)

44、的濕蒸汽實(shí)際上是飽和液體和干飽和蒸汽的混合物。飽和蒸汽的混合物。 濕蒸汽的壓力和溫度是一一對(duì)應(yīng)的，兩者不再濕蒸汽的壓力和溫度是一一對(duì)應(yīng)的，兩者不再相互獨(dú)立；為確定濕蒸汽的狀態(tài)，引入干相互獨(dú)立；為確定濕蒸汽的狀態(tài)，引入干度度x作為作為補(bǔ)充參數(shù)。補(bǔ)充參數(shù)。 飽和液體飽和液體 x=0； 飽和蒸汽飽和蒸汽 x=1； 濕蒸汽濕蒸汽 0 x1lvvmmmx 濕蒸汽的狀態(tài)參數(shù)可按飽和液體和飽和蒸汽濕蒸汽的狀態(tài)參數(shù)可按飽和液體和飽和蒸汽 所占比例組合，即杠桿規(guī)則來確定所占比例組合，即杠桿規(guī)則來確定(1)()vx vxvvx vv (1)()ux uxuux uu (1)()hx hxhhx hh (1)()s

45、rsx sxssx sssxTxsxhxrup v 則干則干度度xvvuuxvvuu hhsshhss3.9.5 液體和蒸汽圖表液體和蒸汽圖表 水和水蒸汽的水和水蒸汽的狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)p、v、t、h、s等均能從水等均能從水蒸汽圖、表中查得蒸汽圖、表中查得，而，而u可按可按 u = hpv 計(jì)算計(jì)算得到得到 在焓熵圖中還能查得在焓熵圖中還能查得干度干度x值值 水水及水蒸汽的及水蒸汽的h、s、u在熱工計(jì)算中不必求其絕在熱工計(jì)算中不必求其絕對(duì)值，而僅需求其增加或減少的數(shù)值，故可規(guī)定對(duì)值，而僅需求其增加或減少的數(shù)值，故可規(guī)定一任意基準(zhǔn)一任意基準(zhǔn)點(diǎn)。點(diǎn)。 水蒸汽表水蒸汽表 飽和水和干飽和蒸汽表飽和水和干

46、飽和蒸汽表 按溫度排序按溫度排序 236頁(yè)附表頁(yè)附表13 按壓力排序按壓力排序 237頁(yè)附表頁(yè)附表14 未飽和水和過熱蒸汽表未飽和水和過熱蒸汽表 239頁(yè)附表頁(yè)附表15 濕蒸汽參數(shù)由干度濕蒸汽參數(shù)由干度x計(jì)算計(jì)算另：液體的可壓縮性很小，所以未飽和液體的另：液體的可壓縮性很小，所以未飽和液體的h、s、u可近似于同溫下飽和液體的可近似于同溫下飽和液體的 、 、 值。值。 suh T-s圖圖 定干度線定干度線 定壓線定壓線 濕蒸汽濕蒸汽區(qū)區(qū)等溫線等溫線 過熱蒸汽過熱蒸汽區(qū)區(qū)右上傾斜右上傾斜 在詳圖上還有在詳圖上還有定定v線、定線、定u線線水蒸汽的水蒸汽的Ts 圖圖 h-s圖圖 T-s圖以面積表示熱和

47、功，而圖以面積表示熱和功，而 h-s圖以線段長(zhǎng)度表示圖以線段長(zhǎng)度表示熱和功，更方便。熱和功，更方便。 在濕蒸氣區(qū)有定壓線和定干度線，在過熱區(qū)有定在濕蒸氣區(qū)有定壓線和定干度線，在過熱區(qū)有定壓線和定溫線。壓線和定溫線。 定壓線在濕蒸汽區(qū)為直線，斜率為定壓線在濕蒸汽區(qū)為直線，斜率為 ；過；過熱區(qū)定壓加熱溫度升高，斜率增加；交界處，直線熱區(qū)定壓加熱溫度升高，斜率增加；交界處，直線曲線斜率相等，直線為曲線的切線。曲線斜率相等，直線為曲線的切線。phTs 圖圖311 純物質(zhì)的純物質(zhì)的h-s圖圖 利用利用h-s圖能求圖能求得全部參數(shù)，比得全部參數(shù)，比較方便，但缺點(diǎn)較方便，但缺點(diǎn)是不易讀出精確是不易讀出精確數(shù)

48、值。在要求高數(shù)值。在要求高度精確的計(jì)算中，度精確的計(jì)算中，以查表為宜。以查表為宜。圖圖312 純物質(zhì)的純物質(zhì)的 lnp-h 圖圖例例10：利用水蒸汽表判斷下列各點(diǎn)的：利用水蒸汽表判斷下列各點(diǎn)的狀態(tài)，并確定狀態(tài)，并確定其其h、s、x值。值。（1）（2）（3）（4）（5）MPap2Ct 3009pMPakgmv/017. 03MPap5 . 09 . 0 xMPap1Ct175MPap1kgmv/2404. 03例例11：某鍋爐每小時(shí)生產(chǎn)：某鍋爐每小時(shí)生產(chǎn)10000kg的蒸汽，蒸汽的表的蒸汽，蒸汽的表壓力壓力pg=2.4MPa，溫度，溫度t1=350。設(shè)鍋爐給水的溫度。設(shè)鍋爐給水的溫度為為t2=4

49、0，鍋爐效率，鍋爐效率B=0.78。煤的發(fā)熱量（熱值）。煤的發(fā)熱量（熱值）為為qP=2.97104kJ/kg。求每小時(shí)鍋爐的煤耗量是多。求每小時(shí)鍋爐的煤耗量是多少？已知：汽鍋內(nèi)水的加熱和汽化、以及蒸汽的過少？已知：汽鍋內(nèi)水的加熱和汽化、以及蒸汽的過熱都在定壓下進(jìn)行。熱都在定壓下進(jìn)行。 鍋爐效率的定義為鍋爐效率的定義為 B水和蒸汽所吸收的熱量燃料燃燒時(shí)釋放的熱量3.10 濕空氣濕空氣 濕空氣：含有水蒸汽的空氣，即干空氣和水濕空氣：含有水蒸汽的空氣，即干空氣和水 蒸汽的混合物。蒸汽的混合物。 干空氣：完全不含水蒸汽的空氣干空氣：完全不含水蒸汽的空氣。 干空氣的組成和成分通常是一定的，可以干空氣的組

50、成和成分通常是一定的，可以 當(dāng)作一種當(dāng)作一種“單一氣體單一氣體”。 大氣中總是含有一些水蒸汽。大氣中總是含有一些水蒸汽。 濕空氣是理想氣體的混合物，但濕空氣中水蒸汽濕空氣是理想氣體的混合物，但濕空氣中水蒸汽 在適當(dāng)條件下會(huì)發(fā)生相變。在適當(dāng)條件下會(huì)發(fā)生相變。 兩個(gè)假設(shè)：兩個(gè)假設(shè)： 濕空氣中水蒸汽凝聚成的液相水或固相冰中，濕空氣中水蒸汽凝聚成的液相水或固相冰中， 不含有空氣；不含有空氣； 空氣的存在不影響水蒸汽與凝聚相的相平衡，空氣的存在不影響水蒸汽與凝聚相的相平衡， 相平衡溫度為水蒸汽分壓力所對(duì)應(yīng)的溫度。相平衡溫度為水蒸汽分壓力所對(duì)應(yīng)的溫度。3.10.1 壓力和溫度壓力和溫度 濕空氣的壓力，按理

51、想氣體，符合分壓定律濕空氣的壓力，按理想氣體，符合分壓定律 p = pa + pst 濕空氣中的水蒸汽，由于其含量不同（表現(xiàn)為分濕空氣中的水蒸汽，由于其含量不同（表現(xiàn)為分壓的高低）以及溫度的不同，可處于壓的高低）以及溫度的不同，可處于 過熱狀態(tài)過熱狀態(tài)未飽和濕空氣未飽和濕空氣 飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)飽和濕空氣飽和濕空氣飽和蒸汽飽和蒸汽1、未飽和濕空氣、未飽和濕空氣未飽和濕空氣未飽和濕空氣和和飽和濕空氣飽和濕空氣過熱蒸汽過熱蒸汽水蒸汽水蒸汽干空氣干空氣過熱水蒸汽過熱水蒸汽pst vTspstps加入水蒸汽加入水蒸汽，pst2、飽和濕空氣、飽和濕空氣干空氣干空氣飽和水蒸汽飽和水蒸汽pst ps(T) ，

52、 v vTsps 溫度一定，飽和濕空氣中溫度一定，飽和濕空氣中水蒸汽含量達(dá)到最大值，不能水蒸汽含量達(dá)到最大值，不能再加入水蒸汽；繼續(xù)增加水含再加入水蒸汽；繼續(xù)增加水含量，會(huì)有水滴析出。量，會(huì)有水滴析出。濕空氣從未飽和到飽和的途徑濕空氣從未飽和到飽和的途徑1、 T不變，加水蒸汽不變，加水蒸汽pst3、 pst 不變，不變，Ta b2、 pst ， Ta cTspstpsabdca d結(jié)露結(jié)露Td 露點(diǎn)溫度露點(diǎn)溫度結(jié)露與露點(diǎn)結(jié)露與露點(diǎn) 露點(diǎn)是在一定的露點(diǎn)是在一定的 pst下未飽和濕空氣冷卻達(dá)到飽下未飽和濕空氣冷卻達(dá)到飽和濕空氣，即將結(jié)出露珠時(shí)的溫度和濕空氣，即將結(jié)出露珠時(shí)的溫度Td Ts( pst

53、 )。達(dá)。達(dá)到露點(diǎn)后繼續(xù)降溫，將有水滴析出。到露點(diǎn)后繼續(xù)降溫，將有水滴析出。pst濕潤(rùn)的夏天水管上常出現(xiàn)水珠濕潤(rùn)的夏天水管上常出現(xiàn)水珠? 冷水管冷水管 t=20oCpst=0.04bar大氣溫度大氣溫度t=32oCtd=28.98oC干燥的冬天，干燥的冬天，td 0.0oC，結(jié)霜，結(jié)霜 Tsd結(jié)霧？結(jié)霧？3.10.2 濕度濕度 絕對(duì)濕度絕對(duì)濕度 每立方米濕空氣中含有水蒸汽的質(zhì)量稱為絕每立方米濕空氣中含有水蒸汽的質(zhì)量稱為絕對(duì)濕度，其值等于濕空氣中水蒸汽的密度對(duì)濕度，其值等于濕空氣中水蒸汽的密度st。 絕對(duì)濕度只能說明濕空氣在既定條件下所含絕對(duì)濕度只能說明濕空氣在既定條件下所含水蒸汽的數(shù)量，不能說

54、明濕空氣在該溫度下的干水蒸汽的數(shù)量，不能說明濕空氣在該溫度下的干濕程度。濕程度。1ststpvRT 相對(duì)濕度相對(duì)濕度 濕空氣中水蒸汽的濕空氣中水蒸汽的分壓分壓pst與同溫度下水蒸汽飽與同溫度下水蒸汽飽和壓力和壓力ps之比，稱為相對(duì)濕度之比，稱為相對(duì)濕度 。 =0 為干空氣為干空氣 =1 為飽和濕空氣為飽和濕空氣 01為未飽和濕空氣為未飽和濕空氣 相對(duì)濕度表明了濕空氣與同溫下飽和濕空氣的相對(duì)濕度表明了濕空氣與同溫下飽和濕空氣的偏離程度，反映了濕空氣的吸濕能力。偏離程度，反映了濕空氣的吸濕能力。 越小越小空氣越干燥空氣越干燥吸水能力吸水能力 越大越大空氣越濕潤(rùn)空氣越濕潤(rùn)吸水能力吸水能力sstpp

55、空氣相對(duì)濕度的確定空氣相對(duì)濕度的確定干濕球溫度計(jì)干濕球溫度計(jì) 兩只溫度計(jì)兩只溫度計(jì) 干球溫度計(jì)干球溫度計(jì) 普通溫度計(jì)普通溫度計(jì) 濕球溫度計(jì)濕球溫度計(jì) 感溫球上包有浸在水中感溫球上包有浸在水中 的濕紗布的濕紗布 濕球溫度濕球溫度tw 、干球溫度、干球溫度t、相對(duì)濕度、相對(duì)濕度間的關(guān)間的關(guān) 系，見系，見66頁(yè)頁(yè)圖圖3-15 tw、t、 已知兩個(gè)，可求第三個(gè)已知兩個(gè)，可求第三個(gè) 含濕量含濕量 對(duì)定量濕空氣而言，它所包含的干空氣的質(zhì)對(duì)定量濕空氣而言，它所包含的干空氣的質(zhì)量是不變的。量是不變的。 濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與所含干濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與所含干空氣質(zhì)空氣質(zhì)量之比，即量之比，即1kg干空氣

56、所含有的水蒸汽的質(zhì)量稱為干空氣所含有的水蒸汽的質(zhì)量稱為含濕量含濕量。含濕量又叫比濕度，用。含濕量又叫比濕度，用d 表示。表示。stststststststststst8.314/188.314/290.6220.622/( )622/( )aaaaaaaaaastssstssp VmR Tp RpMpMpdp Vmp RpMpMpR Tpppkg kg ag kg apppppp 3.10.3 焓、熵、比體積焓、熵、比體積 焓：包括干空氣的焓和水蒸汽的焓之和。焓：包括干空氣的焓和水蒸汽的焓之和。astaaststHHHm hm hstastastaadhhhmmhmHh001. 0kJ/( )

57、kJ kg a以以1kg干空氣為基準(zhǔn)，則干空氣為基準(zhǔn)，則工程上，取工程上，取273K時(shí)時(shí)飽和水的焓飽和水的焓 hs=0干空氣的焓干空氣的焓 ha=0 且按比定值熱容計(jì)算干空氣、過熱蒸汽的焓，且按比定值熱容計(jì)算干空氣、過熱蒸汽的焓，又：又：0oC時(shí)飽和蒸汽焓為時(shí)飽和蒸汽焓為2501.6kJ/kg。1.0040.001 (2501.61.859 )htdt/( )kJ kg a干空氣的焓干空氣的焓1.004apahc ttst2501.6 1.859ht水蒸汽的焓水蒸汽的焓溫度溫度 t 下下1.004/packJkg K1.859/pstckJkg K所以所以 熵：熵：包括干空氣的熵和水蒸汽的熵之

58、和。包括干空氣的熵和水蒸汽的熵之和。ststaastasmsmSSS stastastadsssmmss001. 0 2211lnlnpTpscRTp /kJ K/( )kJkg a K以以1kg干空氣為基準(zhǔn)干空氣為基準(zhǔn)又又 取取273K、100kPa下的熵為零，且按比定值熱下的熵為零，且按比定值熱容計(jì)算，則代入容計(jì)算，則代入273K時(shí)的比熱容和氣體常數(shù)，得時(shí)的比熱容和氣體常數(shù)，得331.004 1.859 10ln0.287 0.4615 10ln273100Tpdd123123ln)104615. 0287. 0(ln)10859. 1004. 1 (ppdTTds0.001lnln0.0

59、01lnln273100273100astpaapststTpTpssdscRd cR 比容積：以比容積：以1kg干空氣為基準(zhǔn)的比容積干空氣為基準(zhǔn)的比容積1maaamR TVmRTvmmpm MpaaaaaNm Mpy pppNMm分壓定律分壓定律則，比體積則，比體積mamaaaaaaaaRmR TR TmTMvm M p Mmp Mp例例12：壓力為：壓力為100kPa，溫度為，溫度為30，相對(duì)濕度為，相對(duì)濕度為 60%的濕空氣經(jīng)絕熱節(jié)流至的濕空氣經(jīng)絕熱節(jié)流至50kPa。試求節(jié)。試求節(jié) 流后空氣的相對(duì)濕度（濕空氣按理想氣體處流后空氣的相對(duì)濕度（濕空氣按理想氣體處 理，理，30時(shí)水蒸汽的飽和壓

60、力為時(shí)水蒸汽的飽和壓力為4.241kPa）。）。3.10.4 焓濕圖焓濕圖 在一定的總壓在一定的總壓p下，濕空氣的狀態(tài)可用下，濕空氣的狀態(tài)可用t、d、 pst、td、tw等參數(shù)表示。這些參數(shù)中，只有兩個(gè)是獨(dú)等參數(shù)表示。這些參數(shù)中，只有兩個(gè)是獨(dú)立參數(shù)，其他的參數(shù)可以用這兩個(gè)參數(shù)確定，從而對(duì)立參數(shù)，其他的參數(shù)可以用這兩個(gè)參數(shù)確定，從而對(duì)濕空氣的熱力過程進(jìn)行分析計(jì)算。但計(jì)算過程較為繁濕空氣的熱力過程進(jìn)行分析計(jì)算。但計(jì)算過程較為繁瑣，因此工程上大量采用濕空氣圖。常用的線圖有焓瑣，因此工程上大量采用濕空氣圖。常用的線圖有焓濕圖（濕圖（hd圖）、溫濕圖（圖）、溫濕圖（td圖）、焓溫圖（圖）、焓溫圖（ht圖

61、）等，這里主要介紹圖）等，這里主要介紹hd圖。圖。 hd圖是根據(jù)式（圖是根據(jù)式（3-90）和式（）和式（3-93）繪制的。）繪制的。 圖中縱坐標(biāo)是濕空氣的焓圖中縱坐標(biāo)是濕空氣的焓h，單位，單位kJ/kg(a)，橫坐標(biāo)是含濕量橫坐標(biāo)是含濕量d，g/kg(a) 。為使各曲線簇不太。為使各曲線簇不太擁擠，兩坐標(biāo)夾角為擁擠，兩坐標(biāo)夾角為135。 hd圖由下列線群組成：圖由下列線群組成： 定焓線定焓線h：一組與橫坐標(biāo)成：一組與橫坐標(biāo)成135的平行直線。的平行直線。 定含濕量線定含濕量線d：一組垂直于橫坐標(biāo)的直線群。：一組垂直于橫坐標(biāo)的直線群。 在一定壓力下，在一定壓力下，d 和和 td 均由均由 pst

62、 確定，所以定確定，所以定d 線線也是定也是定 td 線和定線和定 pst 線，只是線，只是 d 由橫坐標(biāo)查出，由橫坐標(biāo)查出，td 由由過定過定d線與線與1 1交點(diǎn)的定溫線讀出，而交點(diǎn)的定溫線讀出，而pst 根據(jù)式根據(jù)式3-90得得 由水蒸汽分壓線上讀出。由水蒸汽分壓線上讀出。622stpdpd 定干球溫度線（等定干球溫度線（等 t 線）線） 由式由式 3-93 知，知，t 一定時(shí)，一定時(shí)，h 與與 d 為線性為線性關(guān)系，所以關(guān)系，所以定定 t 線為一組互不平行的斜直線。線為一組互不平行的斜直線。 定相對(duì)濕度線（等定相對(duì)濕度線（等線）線） 等等線是一組上凸的曲線。線是一組上凸的曲線。 1 1的

63、等的等 線稱線稱為臨界線，它將為臨界線，它將hd圖圖分成兩部分。上部是未分成兩部分。上部是未飽和濕空氣，飽和濕空氣，1； 1上上的各點(diǎn)是飽和濕的各點(diǎn)是飽和濕空氣；臨界線以下沒有實(shí)際意義?？諝?；臨界線以下沒有實(shí)際意義。 0為干為干空氣狀態(tài)，此時(shí)空氣狀態(tài)，此時(shí)d=0，和縱坐標(biāo)線重合。，和縱坐標(biāo)線重合。 定熱濕比線定熱濕比線 過程的焓差與含濕量差之比為熱濕比過程的焓差與含濕量差之比為熱濕比，即，即 h - d圖上任意一條直線都是定圖上任意一條直線都是定線，線，是直線是直線的斜率。如果已知過程的初始狀態(tài)和的斜率。如果已知過程的初始狀態(tài)和值，再知道值，再知道終態(tài)的某個(gè)參數(shù)，就能確定終了狀態(tài)及其參數(shù)。終態(tài)

64、的某個(gè)參數(shù)，就能確定終了狀態(tài)及其參數(shù)。 2121hhhddd 注意：焓濕圖是在一定壓力下繪制的，不同注意：焓濕圖是在一定壓力下繪制的，不同的壓力對(duì)應(yīng)不同的焓濕圖。（附圖的壓力對(duì)應(yīng)不同的焓濕圖。（附圖6，0.1MPa） h-d 圖的應(yīng)用圖的應(yīng)用 根據(jù)濕空氣的兩個(gè)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)，可在根據(jù)濕空氣的兩個(gè)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)，可在h-d圖上圖上確定其他狀態(tài)參數(shù)。確定其他狀態(tài)參數(shù)。 并非所有狀態(tài)參數(shù)都是獨(dú)立的。例如并非所有狀態(tài)參數(shù)都是獨(dú)立的。例如 td與與d、pst 和和 d、td與與pst 、 tw與與h都不是獨(dú)立的，它們?cè)谕疾皇仟?dú)立的，它們?cè)谕坏纫坏?d 線或等線或等 h 線上，因此在線上，因此在hd圖上無

65、法用它圖上無法用它們確定濕空氣的狀態(tài)。們確定濕空氣的狀態(tài)。 可以確定狀態(tài)的兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)通常有：可以確定狀態(tài)的兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)通常有：t和和，t和和d，t和和tw，td和和h等。等。例例13：有：有100m3的濕空氣，其參數(shù)為大氣壓的濕空氣，其參數(shù)為大氣壓力力p=0.1MPa，溫度，溫度t1=35，=0.7。 （1）試求其）試求其td 、d、ma、mst； （2）將空氣定壓冷卻至）將空氣定壓冷卻至t2=5，試確定被，試確定被冷凝的水蒸汽量冷凝的水蒸汽量 mst 。例例14：房間的容積為：房間的容積為50m3，室內(nèi)空氣溫度為，室內(nèi)空氣溫度為30，相，相對(duì)濕度為對(duì)濕度為60%，大氣壓力，大氣壓力pb=0

66、.1013MPa。求濕空氣的。求濕空氣的露點(diǎn)溫度露點(diǎn)溫度td，含濕量，含濕量d，干空氣的質(zhì)量，干空氣的質(zhì)量ma，水蒸汽的質(zhì)，水蒸汽的質(zhì)量量mst及濕空氣的焓值及濕空氣的焓值H。若濕空氣定壓冷卻到。若濕空氣定壓冷卻到10，求冷凝水量求冷凝水量mst 和放熱量和放熱量Q。本本 章章 小小 結(jié)結(jié)一、理想氣體及其狀態(tài)方程一、理想氣體及其狀態(tài)方程 理想氣體：氣體分子是完全彈性的、不占據(jù)理想氣體：氣體分子是完全彈性的、不占據(jù)體積的質(zhì)點(diǎn)，分子之間不存在相互作用力。體積的質(zhì)點(diǎn)，分子之間不存在相互作用力。 理想氣體狀態(tài)方程：理想氣體狀態(tài)方程：RTpv mRTpV TNRpVmmm pVR T二、二、熱熱容、內(nèi)能和焓容、內(nèi)能和焓物質(zhì)溫度升高物質(zhì)溫度升高1K或或1oC所需的熱量稱為熱容。所需的熱量稱為熱容。QCdTJ/K， kJ/K 比熱容：?jiǎn)挝晃锪康奈镔|(zhì)升高比熱容：?jiǎn)挝晃锪康奈镔|(zhì)升高1K或或1oC所需的熱量。所需的熱量。c : 質(zhì)量比熱容質(zhì)量比熱容 Cm: 千千摩爾比熱容摩爾比熱容c: 容積比熱容容積比熱容Cm=Mc=22.414cvvvqucdTT上述式子適用于任何氣體。上述式子適用于任何氣體。pppq