6实际气体的性质及热力学一般关系式.ppt

第六章 实际气体性质及热力学一般关系式 Behavior of real gases and generalized thermodynamic relationships 1.掌握理想气体状态方程 2.掌握范德瓦尔方程和R-K方程 3.掌握维里方程的使用方法 4.掌握对应态原理和通用压缩因子图和低压区、中压区和高压区三种情况下的压缩因子和对比压力之间的关系 5.掌握麦克斯韦的推导和热系数 6.掌握热力学能、焓和熵的一般关系式 7.掌握比热容的一般关系式 2 压缩因子：反映实际气体对理想气体性质的偏离程度。 Z是状态的函数，它从比体积的比值或从可压缩性的大小来描述实际气体对理想气体的偏离的。Z值可大于或小于1， Z值偏离1的大小反映了实际气体对理想气体的偏离程度。 6–2 范德瓦尔方程和R-K方程 一、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,1.05×108Pa Vm —分子自由活动的空间 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100 MPa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。 范德瓦尔常数a，b求法： 1）利用p、v、T 实测数据拟合; 2）利用通过临界点 cr 的等温线性质求取: 临界点p、v、T值满足范氏方程 物 质 空气 一氧化碳 正丁烷 氟利昂12 甲烷 氮 乙烷 丙烷 二氧化硫 132.5 133 425.2 384.7 191.1 126.2 305.5 370 430.7 3.77 3.50 3.80 4.01 4.64 3.39 4.88 4.26 7.88 0.088 3 0.093 0 0.254 7 0.217 9 0.099 3 0.089 9 0.148 0 0.199 8 0.121 7 0.302 0.294 0.274 0.273 0.290 0.291 0.284 0.277 0.268 0.135 8 0.146 3 1.380 1.078 0.228 5 0.136 1 0.557 5 0.931 5 0.683 7 0.036 4 0.039 4 0.119 6 0.099 8 0.042 7 0.038 5 0.065 0 0.090 0 0.056 8 表6-1 临界参数及a、b值 二、R-K方程 a,b—物性常数 1）由p，v，T实验数据拟合； 2）由临界参数求取 临界温度/℃ 临界压力/MPa 临界比体积/（m3/kg） 水 374.14 22.09 0.003 155 二氧化碳 31.05 7.39 0.002 143 氧 -118.35 5.08 0.002 438 氢 -239.85 1.30 0.003 219 2 6–3 维里型方程 特点： 1）用统计力学方法能导出维里系数； 2）维里系数有明确物理意义；如第二维里系数表示二个分子间相互作用； 3）有很大适用性，或取不同项数，可满足不同精度要求。 第二维里系数 第三维里系数 第四维里系数 6–4 对应态原理与通用压缩因子图 一、对应态原理(principle of corresponding states) 代入范氏方程 可导得 范德瓦尔对比态方程 对比参数(reduced properties)： 讨论： 1）对比态方程中没有物性常数，所以是通用方程。 2）从对比态方程中可看出 相同的p，T 下，不同气体的v不同 相同的pr，Tr下，不同气体的vr 相同，即 各种气体在对应状态下有相同的比体积——对应态原理 f (pr,Tr,vr)=0 3）对大量流体研究表明，对应态原理大致是正确的，若采用 “理想对比体积”—Vm，能提高计算精度。 临界状态作理想气体计算的摩尔体积。 二、通用压缩因子和通用压缩因子图 2. 通用压缩因子图 若取Zcr为常数，则 1. 压缩因子图 对应态原理 通用压缩因子图 N—O图（低压区） N—O图 (中压区) N—O图 （高压区） 6–5 麦克斯韦关系和热系数 理想气体 实际气体 气体的u、h、s等参数无法直接测量，实际气体的 U、h、s也不能利用理想气体的简单关系，通常需依 据热力学第一、第二定律建立这些参数与可测参数