1第三章氣體和蒸氣的性質Propertiesofgasandvapor3-1理想氣體3-2理想氣體的比熱容3-3理想氣體的熱力學能、焓和熵3-4飽和狀態、飽和溫度和飽和壓力3-5水的定壓加熱汽化過程3-6水和水蒸氣狀態參數3-7水蒸氣圖表和圖23-1理想氣體熱能機械能是通過工質在熱能動力裝置中的一系列狀態變化實現的。對工質的要求:物質三態中氣態最適宜。

1）顯著的漲縮能力

2）流動性

3）熱容量根據距液態的遠近：

氣態氣體蒸氣33-1理想氣體

自然界中的氣體分子本身有一定的體積，分子相互間存在作用力，分子在兩次碰撞之間進行的是非直線運動，難以精確描述和確定其復雜的運動，為了方便分析、簡化計算，引出了理想氣體的概念。分子為不占體積的彈性質點除碰撞外分子間無作用力理想氣體是實際氣體在低壓高溫時的抽象。

一、理想氣體(perfectgasoridealgas)的基本假設實際氣體就是不符合上述兩點假設的氣態物質。43-1理想氣體Pam3kg氣體常數,單位為J/(kg·K)KR=MRg=8.3145J/(mol·K)二、理想氣體的狀態方程(ideal-gasequation)通過理想氣體狀態方程計算的比體積相對誤差=例如：已知P=1atm，T=300K，實測該條件下空氣比體積0.84925，5

考察按理想氣體狀態方程求得的空氣在表列溫度、壓力條件下的比體積v，并與實測值比較。空氣氣體常數Rg=287.06J/(kg·K)（1）溫度較高，隨壓力增大，誤差增大;（2）雖壓力較高，當溫度較高時誤差還不大，但溫度較低，則誤差極大;（3）壓力低時，即使溫度較低誤差也較小。本例說明：低溫高壓時，應用理想氣體假設有較大誤差。6在真實的環境中，哪些可以看作理想氣體？一般來說，氬、氖、氦、氫、氧、氮、一氧化碳等臨界溫度低的單原子或雙原子氣體，在溫度不太低、壓力不太高時均遠離液態，接近理想氣體假設條件。因而，工程上常用的氧氣、氮氣、氫氣、一氧化碳等及其混合氣體，如空氣、燃氣、煙氣等工質，在通常使用的溫度、壓力下都可以作為理想氣體處理。而火力發電廠動力裝置中采用的水蒸氣、制冷裝置的工質氟利昂蒸氣、氮蒸氣等，臨界溫度較高，蒸氣在通常的工作溫度和壓力下離液態不遠，就不能看作理想氣體。地球大氣（空氣）中雖然含有少量水蒸氣，但分子濃度度、分壓力小，在溫度不太低時，可視作理想氣體。73–2理想氣體的比熱容一、比熱容(specificheat)定義和分類定義：分類：按物量質量熱容（比熱容）cJ/(kg·K)(specificheatcapacityperunitofmass)體積熱容C'J/（m3·K）(volumetricspecificheatcapacity)摩爾熱容CmJ/（mol·K）(molespecificheatcapacity)注：體積熱容是指在標準狀態下的體積。物體溫度升高1K或1°所需熱量叫熱容單位質量（1kg）物體溫度升高1K或1°所需熱量8按過程質量定壓熱容（比定壓熱容）(constantpressurespecificheatcapacityperunitofmass)質量定容熱容（比定容熱容）(constantvolumespecificheatcapacityperunitofmass)及二、理想氣體比定壓熱容，比定容熱容和邁耶公式1.比熱容一般表達式由于熱量是過程量，因此比熱容也是過程量，與經歷的熱力過程有關。代入式（A）得92.cV定容過程

dv=0若為理想氣體即定容比熱僅是溫度的函數比熱容的一般表達式103.cp據一般表達式若為理想氣體Cp也僅是溫度的函數114.cp-cV邁耶公式（Mayer’sformula）5.討論1)cp與cV均為溫度函數,但cp–cV恒為常數：RgCv不易測量，通過測量Cp，根據上式即可算出Cv122)(理想氣體)cp恒大于cV物理解釋:13定容0定壓b與c溫度相同，均為(T+1)K而14c)氣體常數Rg的物理意義Rg是1kg某種理想氣體定壓升高1K對外作的功。三、理想氣體的比熱容比

(specificheatratio；ratioofspecificheatcapacity)15三、利用比熱容計算熱量原理:

對cn作不同的技術處理可得精度不同的熱量計算方法:

真實比熱容積分利用平均比熱表利用平均比熱直線定值比熱容161.利用寧真實淘比熱桌容(tr辰ue車s急pe搏ci嘴fi臘c飄he沈at刊c始ap笨ac革it哀y)積分2.利用雕平均忙比熱更容表(me區ansp首ec刪if芬ic栽h起ea緩t要ca序pa潮ci烈ty)T1,T2均為帽變量,制表依太繁配復=面積am錯od語a-面積bn赴od盡b附表417而由此挑可制苗作出潛平均腰比熱茅容表附表518附:線性瘦插值19例1某燃企氣輪潔機動扛力裝泳置的的回熱辰器中寄，空設氣從15養0°徐C定壓社加熱膛到35部0°宇C，求染每千如克空帥氣的肯加熱暮量。已知T1=（15嘩0+偷27鄉豐3.輔15）K制=妖42玩3.辦15北KT2=（35懼0+趟27蓋3.朝15）K很=響62糠3.辰15拔K203–濫3理想演氣體浴熱力餅學能臟、焓牽和熵1.理想謙氣體綁熱力掠學能胳和焓竿僅是溫度的函北數2)一、績理想君氣體滴的熱恨力學葡能和倍焓1)因理滲想氣每體分匆子間猶無作杜用力推論歉：對于踩理想奸氣體青，任子何一鼻個過風程的產熱力捉學能睛（或焓）變浮化量就都和索溫度豪變化余相同換的定考容過深程（銷或定壓絞過程）熱察力學呢能（沾或焓）變化裕量相妥等。2100對于仔定容酷過程壤膨脹河功為0對于忌定壓脂過程額技術荷功為0對于夸理想席氣體抗，根渾據熱揮力學做第一辣定律帳解析援式22若為呢任意羊工質??對于理想稈氣體一切芒同溫沸限之守間的裕過程Δu及Δh相同,且均斷可用cVΔT及cpΔT計算;對于實際承氣體Δu及Δh不僅飄與ΔT有關,還與穗過程為有關拜且只炒有定說容過殘程Δu=cVΔT,定壓危過程Δh=cpΔT。232.熱力酬學能輛和焓貴零點摟的規結定熱工喝計算院中只明要求踏確定屋過程發中熱早力學貫能或煉焓值洪的變化浴量，對歐無化吼學反娛應的抖熱力買過程免，物垂系的小化學裙能不帝變，印可人狹為定才義基堤準點羨，令種其熱瓶力學嫩能為芒零，挪但通常箭取0病K。如以0°爭C時的肺焓值授為起左點，絡此時則24附表7其中賞各溫熱度下魚的比債焓h，就傍是取得出呆的。25三、理想夏氣體恩的熵(e墨nt窯ro介py默)1.定義2.理想晝氣體歌的熵棕是狀虜態參茂數其中：為1kg工質在微元可逆過程中與熱源交換的熱量；T是傳熱時工質的熱力學溫度；ds是此微元過程中1kg工質的熵變，稱為比熵變。26定比買熱274.理想兆氣體變比替熱熵差化計算附表73.零點規定:通常取基準狀態（P0=101325Pa、T0=0K）下氣體的熵選定藍基準昨狀態教后，罰狀態訪（T，p0）時劈燕的熵渣值為任意怒狀態品（T，P）時s值為則數值僅取決于溫度T，可依溫度排列制表，如即鋒比熵暢變列出拜了1k策g空氣暢的S028附表7返回293–據4飽和伴狀態混、飽和怨溫度鵲和飽烏和壓慰力一、汽化刻和液玻化(v猛ap港or槐iz俘at想io蟻n宋an大d捧li歸qu肚ef翁ac條ti驅on筍)汽化祥：由液亞態到權氣態范的過滅程蒸發：在液體拜表面進行釣的汽守化過許程液化：由氣司相到脈液相售的過棄程沸騰：在液體浪表面劍及內亂部進行的強但烈汽座化過匯程。30二、飽和遍狀態(S炒at威ur腳at際ed韻s填ta卷te乘)當汽霸化速菜度=液化燙速度尊時，溫系統亮處于動態課平衡，宏牛觀上酒氣、溜液兩恒相保捧持一維定的抖相對內數量—飽和脖狀態。處于監飽和求狀態洞下的墻蒸汽妙稱為飽和鏡蒸汽，液劃體稱西為飽和搶液體；此洲時氣晚、液繳的溫冷度相扮同—飽和到溫度，Ts；蒸蔥汽的棚壓力—飽和預壓力，ps。加熱藥，使誦溫度虛升高老如t'，保宣持定弱值，賴系統峰建立丑新的引動態恢平衡評。與康之對弟應，p變成ps'。所以一一瓦對應，只擴有一肺個獨諒立變迷量，渣即飽和礦蒸汽的特孝點：僅在一去定容出積下孔不能獲再含出有更去多的龜蒸汽委。31t/℃02050100120150p/MPa0.00061120.00233850.01234460.10133250.1984830.4757132三、臂幾叨個名斜詞飽和策液(sa駝tu繡ra哨te魚d架li筒qu擋id)—處于汁飽和擴狀態朽的液塘體：t莖=段ts干飽吼和蒸盛汽(dr度y-餡sa勾tu灑ra岡te濟d謊va投po胡r;擊d叨ry寶v附ap卵or)—處于歉飽和份狀態駛的蒸褲汽：t陶=盾ts未飽渾和液(un倘sa礎tu芽ra薯te略d劍li息qu籍id)—溫度泉低于硬所處鞭壓力躁下飽淺和溫宿度的固液體：t<ts過熱宏蒸汽(su蜻pe部rh困ea夫te觀d余va絡po脂r)—溫度醋高于橫飽和類溫度甜的蒸錯汽：t>ts,t–ts=d稱過熱度(de暫gr拐ee曲o易f袋su問pe媽rh竹ea喚t)。濕飽梳和蒸底汽(we旁t-菠sa酷tu焰ra懶te牢d胃va氣po寒r;晝w煩et咐v傾ap交or)—飽和批液和加干飽舊和蒸簡汽的腥混合細物：t涉=童ts使未劈燕飽和笛液達傾飽和淺狀態荷的途遺徑：33干度柜（dr吵yn聽es搬s）（濕度y=1–x）x01飽和斷液濕飽擠和蒸梨汽干飽幼和蒸桐汽定義覽：濕爭蒸汽賀中干辭飽和重蒸汽最的質毒量分高數，通用w或x表示輸。34四、治飽和扯狀態搬壓力救和溫漢度的輝關系表示銷飽和秀壓力鈴和飽抹和溫帥度關漆系的解狀態輕參數使圖（P-朵T圖）潑稱相圖。水的繪三相崖點(t賓ri先pl異e臟pi掀nt碑)：相圖慮中，唐氣固墳、液殘固和厭氣液相平獎衡曲諷線只表主示飽糧和壓別力和濫飽和和溫度怨的對呆應關墾系，牌在某湖確定腸飽和扔壓力斗（飽覽和溫起度）思兩相佛成分珍可自晌由變懇化。三條搞相平屢衡曲適線的攏交點冠稱為三相碧點，即犧物質鐵氣、磁液、董固三熟相平想衡共協存的護狀態閑。液相右比體估積35預熱汽化過熱t<tst=tst=tst=tst>ts3–雜5水定悠壓加鹽熱汽撥化過滔程一、南水定模壓加啄熱汽辭化過常程過冷獸水（故未飽語和水拒）飽和山水濕飽肝和蒸月汽干飽漲和蒸率汽過熱妖蒸汽36二、澇水定棵壓加金熱汽舊化過姻程的p-v圖及T-s圖一點臨界紀點Cr汪it白ic欣al拖p也oi派nt兩線上界券限線(飽和仁水線)下界佩限線(飽和田蒸汽盤線)三區液汽液杰共存汽五態未飽課和水飽和諸水濕蒸腫汽干飽譽和蒸提汽過熱適蒸汽水的餡狀態肝可歸侮納為飽和砍水和撿飽和威蒸汽幸沒有寒區別37各種陶工質漫均具懸有類停似水晨的性未質383–扶6水和禮水蒸目氣狀趴態參蹈數●水和裂水蒸棍氣的姥狀態木參數柱可按不利同區扶域，薪由給稿出的線獨立陵狀態參廳數通埋過實杜際氣柱體狀匯態方祝程及其倒他一憂般關歸系式強計算廉（通償常由計章算機效計算購）或偶查圖俊表確常定。●在動棚力工校程中歸水蒸拍氣不宜利取用理驚想氣柄體性跑質計御算●水蒸俊氣的送參數餓均為城實驗峽和分答析方剩法獲舟得，事列出毒數據蔑表，群并制丹圖工弓工程僻計算材使用看。39一、甚零點努規定規定犁：三膚相點殊液態做水熱力蟲學能倉及熵煉為零可近沙似為琴零40二、焦未飽稼和水爺（t，p）●查圖羊表或蓄由專屯用程催序計壇算三、仙飽男和水駕和飽畢和水雜蒸氣(ps和ts)查圖代表或賭由專稿用程暴序計必算●壓力仙不太羅高時燈，可啄近似四、描過援熱蒸解汽（p，t）注意乳：過熱瘡蒸汽孟不可匹用類繪似未圾飽和水的蕉近似散式，備因cp變化亞復雜。查圖菜表或璃由專課用程盼序計橋算。41五、工濕后飽和枯蒸汽由ts（或ps）與x共同分確定：x較大凈時未飽借和水過熱陰蒸汽濕飽批和蒸煩汽汽化潛熱，即汽化過程加入的熱量423–渴7水蒸火氣表蠶和圖一、趁水后蒸氣暫表1.飽和酷水和瞇干飽拍和蒸踏汽表432.未飽突和水枝和過底熱蒸療汽表p0.001MPa0.005MPa0.01MPa飽和參數ts=6.949℃v’=0.0010001,v”=129.185h’=29.21,h”=2513.3s’=0.1056,s”=8.9735ts=32.879℃v’=0.0010053,v”=28.191h’=137.72,h”=2560.6s’=0.4761,s”=8.3930ts=45.799℃v’=0.0010103,v”=14.673h’=191.76,h”=2583.7s’=0.6490,s”=8.1481tvhsvhsvhs℃m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)00.0010002-0.05-0.00020.00100020.0010003-0.05-0.00020.0010002-0.04-0.000210130.5982519.08.993842.010.15100.001000342.010.151020135.2262537.79.05880.001001883.870.29630.001001883.870.296340144.4752575.29.182328.8542574.08.43660.001009167.510.572350149.0962593.99.241229.7832592.98.496114.8692591.88.173260153.7172612.79.298430.7122611.88.553715.3362610.88.231380162.95626