第六章实际气体的性质及热力学一般关系式s 6-1理想气体状态方程用于实际气体的偏差工程热力学
工程热力学 第六章 实际气体的性质及 热力学一般关系式 §6-1 理想气体状态方程用于 实际气体的偏差
实际气体性质研究的重要性和主要内容(1) 重要性口工质的性质研究是工程热力学的两大主要任务之一口热一、二定律可以看出，只有已知工质的性质，方可了解过程变化中能量转换的情况。口理想气体的性质计算：状态方程、比热方程、热力学能方程、恰方程摘方程等。理想气体虽然是一个理想的模型，但也可解决工程中遇到的一些工质的性质计算，例如空气等。口实际气（流）体的性质求取：查表、查图。例如水和水蒸气、氟利昂。实际气（流）体性质表和图如何得到？口像理想气体性质计算一样，用方程计算，思路相同，只是复杂而已。口实际上，实际气体性质研究至今还是工程热力学科研的一个重要方向，际气体性质研究今还是工程热力学。工程热力学
工程热力学 一、实际气体性质研究的重要性和主要内容 (1) 重要性 工质的性质研究是工程热力学的两大主要任务之一。 热一、二定律可以看出，只有已知工质的性质，方可了解过程变化中能 量转换的情况。 理想气体的性质计算：状态方程、比热方程、热力学能方程、焓方程、 熵方程等。理想气体虽然是一个理想的模型，但也可解决工程中遇到的 一些工质的性质计算，例如空气等。 实际气(流)体的性质求取：查表、查图。例如水和水蒸气、氟利昂。 实际气(流)体性质表和图如何得到？ 像理想气体性质计算一样，用方程计算，思路相同，只是复杂而已。 实际上，实际气体性质研究至今还是工程热力学科研的一个重要方向， 际气体性质研究今还是工程热力学
实际气体性质研究的重要性和主要内容(2)主要内容状态公理：对于单相简单可压缩系，确定状态需两个独立状态参数。状态参数：p,T,v,u,h,s,cp,cy,etc.热力学函数：z=f(x,y)例如：状态方程EOSv=f(p,T)炳方程s=f(p,T)显然，热力学函数有究多个（如多相多组分系统），逐一研究不可能。实际上，根据热一、二定律，这些热力学函数之间有一定内在关系一热力学一般关系式。因此：研究关键的热力学函数是解决实际气体性质的关键热力学理论表明：EOS和比热方程是关键。v=f(p,T)C,=f(p,T)主要内容工程热力学
工程热力学 一、实际气体性质研究的重要性和主要内容 (2) 主要内容 状态公理：对于单相简单可压缩系，确定状态需两个独立状态参数。 状态参数：p , T , v , u , h , s , cp , cv , etc. 热力学函数：z = f (x,y) 例如：状态方程EOS v = f (p ,T ) 熵方程 s = f (p ,T ) 显然,热力学函数有穷多个（如多相多组分系统），逐一研究不可能。 实际上，根据热一、二定律，这些热力学函数之间有一定内在关系——热力 学一般关系式。 因此：研究关键的热力学函数是解决实际气体性质的关键。 热力学理论表明：EOS和比热方程是关键。 v = f (p ,T ) c 主要内容 p = f (p ,T )
二、研究热力学函数关系式的方法(1）理论分析法理论分析法往往从物质的微观结构出发，研究实际气体分子运动及分子间相互作用，分析分子微观结构对气体宏观性质的影响，直接描述物质的性质。例如：理想气体的状态方程；实际气体往往误差很大。这种方法有一定的理论基础，带有一定的普适性，但未满足工程需求。(2）实验研究法热力学二dh=C,dT).-vdp测量p, V, T→f=(p, v,T)=0般关系式主要的研究方法：①精度高，可高达1%，满足工程设计要求；②计算机发展使数据处理相对容易实际气体性质研究一个很好的思路：在理想气体性质计算基础上进行修正。工程热力学
工程热力学 二、研究热力学函数关系式的方法 (1) 理论分析法 理论分析法往往从物质的微观结构出发，研究实际气体分子运动及分 子间相互作用，分析分子微观结构对气体宏观性质的影响，直接描述物质 的性质。 例如：理想气体的状态方程；实际气体往往误差很大。 这种方法有一定的理论基础，带有一定的普适性，但未满足工程需求。 (2) 实验研究法 测量 p, v, T f =(p, v, T ) = 0 p p v dh c dT T v dp T = − − 热力学一 般关系式 主要的研究方法：① 精度高，可高达1%，满足工程设计要求； ② 计算机发展使数据处理相对容易。 实际气体性质研究一个很好的思路：在理想气体性质计算基础上进行修正
01PART理想气体状态方程用于实际气体的偏差工程热力学
工程热力学 理想气体状态方程用于 实际气体的偏差 PART 01
PART 016-1理想气体状态方程用于实际气体的偏差理想气体两个假定：1.分子不占有体积2.分子之间没有作用力pyIdeal Gas:pV=R.T==1R,TpyL如图Real Gas:R.TCH4压缩因子（CompressibilityFactor)）：1v(T,p)vpv相同T，p下理状态参数7IdealGasRTR,Tv,(T,p)想气体比体积pP=1Ideal Gas显然：>1表明实际气体难于压缩Z=Real Gas=1工程热力学<1表明实际气体易于压缩
工程热力学 PART 01 6-1 理想气体状态方程用于实际气体的偏差 理想气体两个假定：1. 分子不占有体积 2. 分子之间没有作用力 Ideal Gas： Real Gas： 如图 1 g g pv pv R T R T = = g pv p R T 压缩因子(Compressibility Factor)： ( , ) g ( , ) g i pv v v T p Z R T v T p R T p 状态参数 = = = 显然： Z = Ideal Gas =1 >1 Real Gas =1 <1 相同T，p下理 想气体比体积 表明实际气体难于压缩 表明实际气体易于压缩
PART 016-1理想气体状态方程用于实际气体的偏差pyR.TVz=_pvZ的物理意义：同温同压下，实际v与理想vi之比pidpyidR,TR,T偏差原因：①分子体积的影响a.压力高，温度低，v小，分子体积与分子活动空间相比影响不能忽略：b.多原子气体，分子体积大，偏差大。②分子间作用力的影响a.温度低分子运动速度小，动能小，作用力影响大；b.压力高分子距离近，分子作用力大，影响大。实际气体可近似为理想气体的条件：高温+低压找到偏差原因，可以对理想气体EOS修正得到实际气体EOS。工程热力学vanderWaals方程
工程热力学 PART 01 id id g g g pv pv v R T R T v pv R T Z的物理意义： = = = 同温同压下，实际v与理想vid之比 偏差原因： ① 分子体积的影响 a.压力高，温度低，v 小，分子体积与分子活动空间相比影响不能忽略； b.多原子气体，分子体积大，偏差大。 ② 分子间作用力的影响 a. 温度低 分子运动速度小，动能小，作用力影响大； b. 压力高 分子距离近，分子作用力大，影响大。 实际气体可近似为理想气体的条件：高温+低压 找到偏差原因，可以对理想气体EOS修正得到实际气体EOS。 ——van der Waals 方程 6-1 理想气体状态方程用于实际气体的偏差
PART 016-1理想气体状态方程用于实际气体的偏差1.535K(63°R)50K(90°R)100K(180°R)实际气体可近似为理想气体的条件：60K(108°R)200K(360°R)1.0300K(540°R)高温+低压0.50100200p(atm)氢不同温度时压缩因子与压力的关系工程热力学
工程热力学 PART 01 6-1 理想气体状态方程用于实际气体的偏差 氢不同温度时压缩因子与压力的关系 实际气体可近似为理想气体的条件： 高温+低压