1、第三章 理想气体的性质与过程,Properties and Process of the Ideal-Gas,火力发电装置,锅炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,ws = h1 - h2,ws = h1 - h2,工程热力学的研究内容,1、能量转换的基本定律,2、工质的基本性质与热力过程,3、热功转换设备、工作原理,4、化学热力学基础,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,
2、3-1 理想气体状态方程,理想气体定义：,凡遵循克拉贝龙(Clapeyron)方程的气体,四种形式的克拉贝龙方程：,Rm 与R,摩尔容积Vm,状态方程,统一单位,Ideal-gas equation of state,摩尔容积Molar specific volume (Vm),阿伏伽德罗假说 Avogadros hypothesis: 相同 p 和 T 下各理想气体的摩尔容积Vm相同,在标准状况下,Vm常用来表示数量,Rm与R的区别,Rm通用气体常数,R气体常数,M-Molar mass,例如,Universal Gas constant,与气体种类无关,Gas constant,与气体种类
3、有关,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）,计算时注意事项实例,V=1m3的容器有N2，温度为20 ，压力表读数1000mmHg，pb=1atm，求N2质量。,1）,2）,3）,4）,1. 分子之间没有作用力 2. 分子本身不占容积,但是, 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, 可视为理想气体。,理想气体模型Model of ideal-gas,现实中没有理想气体,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, 可视为理想气体。,哪些气体可当作理想气体,T常温，p0,u0,h在
4、p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,h,T,=,u0,u0,h0,h0,w在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,wt在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,wt0,wt0,q在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,wt0,wt0,q0,T,q0,u,h,w,wt,q在p-v,T-s图上的变化趋势,s,T,v,p,u0,u0,h0,h0,w0,w0,wt0,wt0,q0,u,h(T) w(v) wt(p) q(s),q0,p-v,T-s图练习（1）,s,
5、T,v,p,压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？,p-v,T-s图练习（2）,s,T,v,p,膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？,p-v,T-s图练习（3）,s,T,v,p,膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？,3-8 活塞式压气机的压缩过程分析,压气机的作用,生活中：自行车打气。,工业上：锅炉鼓风、出口引风、炼钢、燃气轮机、制冷空调等等,型式结构,活塞式(往复式),离心式 ，涡旋,轴流式，螺杆,连续流动,压力范围,通风机,鼓风机,压缩机,出口当连续流动,Fan,Compressor,Fanner,理论压气功(可逆过程),指什么功,目的：研究耗功，越少越好,活塞式压气机的压气过程
6、,技术功wt,Minimizing work input,(1)、特别快，来不及换热。,(2)、特别慢，热全散走。,(3)、实际压气过程是,可能的压气过程,作业,3-163-173-203-21,三种压气过程的参数关系,三种压气过程功的计算,最小,重要启示,两级压缩中间冷却分析,有一个最佳增压比,省功,Work saved,最佳增压比的推导,省功,最佳增压比的推导,省功,欲求w分级最小值，,可证明若m级,最佳增压比,分级压缩的其它好处,润滑油要求t0,QA，WA无法求,SA可求,S状态参数,II. 活塞有摩擦，导热，准静态等温,解：,1）活塞移动距离L,A和B质量和温度不变,I. II. 距离
7、L相等,II. 活塞有摩擦，导热, T,解：,2） QA，WA,摩擦耗功,3） QA+B,II. 活塞有摩擦，导热, T,解：,4） SA ,SA , SA+B,讨论：,非巧合 SAB由摩擦不可逆引起,作 业,3-113-133-143-19 若压气机缸套中,求压气机必需的功率,可能达到的最高压力4-1,计算练习题（2）,教材313题,氧气瓶，V=0.04m3, p1=147.1bar , t1=t0=20,迅速放气， p2=73.55bar,求：,T2，放出的质量m,p2 ,V已知， 先求T2,取氧气瓶为开口系，试用开口系能量方程求T2,m1,m2,m,取氧气瓶为开口系,开口系能量方程,f(T2),有无过程方程？,？,是不是可逆不敢确定,取氧气瓶为开口系,气体减少，dm本身为正,u,h,m指瓶中气体状态,对于理想气体，cv=Const,取氧气瓶为开口系,绝热钢瓶放气，瓶内气体遵循,特例？,计算练习题（3）,一小瓶氦气，初温为TA，小瓶绝热，保温箱初为真空，由于小瓶漏气，某时刻，小瓶内温度为TA，箱内氦气温度为TB。氦气为理想气体，试分析TA，TA，TB的大小关系。,TB,TA,解：将TA，TA，TB联系取保温箱为系统较好,计算练习题（3）,TB,TA,解：取保温箱为系统,小瓶内气体遵循,焓,第三章 完End of Chapter Three,
