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1、第第3章章 单组元流体及其过单组元流体及其过程的热力学性质程的热力学性质 主要内容主要内容 导出关联各热力学性质的基本方程。它们把导出关联各热力学性质的基本方程。它们把U，H，S等热力学性质与容易度量的量如等热力学性质与容易度量的量如p、V、T、热容（热容（，）等联系起来。）等联系起来。以过程的焓变、熵变为例，说明通过以过程的焓变、熵变为例，说明通过p V T及及热容，计算过程热力学性质变化的方法。热容，计算过程热力学性质变化的方法。热力学性质图、表也非常有意义，本章还要介热力学性质图、表也非常有意义，本章还要介绍几种常用热力学性质图、表的制作原理及应绍几种常用热力学性质图、表的制作原理及应用
2、。用。pCVC 3.1 热力学性质间的关系热力学性质间的关系 H pV pV U TS TS A G 封闭系统热力学第一定律封闭系统热力学第一定律：由由 同理：同理：=+dUQW若过程可逆若过程可逆 只作体积功只作体积功 dQT S=dWp V=VpSTUddd=pVUH+=VpSTUddd=微分微分 pVSTHddd+=TSUATSHG=TSVpAddd =TSpVGddd=ddddHUV pp V=+=+热力学基本方程热力学基本方程 VpSTUddd=pVSTHddd+=TSVpAddd =TSpVGddd=适用条件：适用于封闭系统，它们可以用于单相或多相系统适用条件：适用于封闭系统，它们
3、可以用于单相或多相系统 热力学基本方程是关于能量函数的全微分热力学基本方程是关于能量函数的全微分 热力学基本方程的全微分热力学基本方程的全微分：pHS=dddVSUUUSVSV=+=+dddpSHHHSpSp=+=+dddTVAAAVTVT=+=+dddpTGGGpTpT=+=+比较热力学基本方程比较热力学基本方程 VUTS=SUpV=SHVp=VAST=TAV=TGp=pGT=麦克斯韦（麦克斯韦（Maxwell）关系式）关系式 对一个单相单组元系统，系统有三种性质对一个单相单组元系统，系统有三种性质x，y，z，变量，变量z为自为自变量变量x和和y的单值连续函数的单值连续函数：(),zfx y
4、=dddyxzzzxyxy=+=+yzMx=xzNy=dddzM xN y=+=+yxyxzzyxxy=yxMNyx=全微分全微分 dddUT Sp V=SVTpVS=VUTS=SUpV=麦克斯韦（麦克斯韦（Maxwell）关系式）关系式：Maxwell关系式的应用关系式的应用：Maxwell关系式的重要应用是用关系式的重要应用是用易于实测的基本数据易于实测的基本数据来代替或计来代替或计算那些算那些难于实测的物理量难于实测的物理量，如熵，如熵S是不能直接测量的，是不能直接测量的，S 随温度随温度T、压力压力p、体积体积V的变化的计算。的变化的计算。SVTpVS=pSTVpS=VTpSTV=pT
5、VSTp=提问：熵随温度的变化关系怎样？提问：熵随温度的变化关系怎样？热容热容 定压热容定压热容 ppCTH=VVCTU=pVSTHddd+=恒压下两边同除以恒压下两边同除以dT ppTSTTH =TCTHTTSppp=1VpSTUddd=恒容下两边同除以恒容下两边同除以dT VVUSTTT=TCTUTTSVVV=1定容热容定容热容 热容热容 理想气体热容理想气体热容 iggpC432iggETDTCTBTACp+=gpC式中的式中的A、B、C、D、E是由实验数据回归得是由实验数据回归得到的常数，目前已有大批物质的相关数据，并到的常数，目前已有大批物质的相关数据，并且有许多估算方法。且有许多估
6、算方法。真实气体热容真实气体热容 真实气体热容真实气体热容既是温度的函数，又是压既是温度的函数，又是压力的函数力的函数。其实验数据很。其实验数据很少少，也缺乏数，也缺乏数据整理和据整理和关联关联。两相系统的热力学性质关系两相系统的热力学性质关系 当单组元系统处于当单组元系统处于汽液两相平衡汽液两相平衡状态时，往往需要状态时，往往需要处理处理两相混合物两相混合物的性质，它与各相的性质和各相的的性质，它与各相的性质和各相的相对量有关。相对量有关。可以采用一种简单的方法把混合物的性质和每一项可以采用一种简单的方法把混合物的性质和每一项的性质及每一项的量关联起来，对单位质量的混合的性质及每一项的量关联
7、起来，对单位质量的混合物有物有：(1)lvUUxU x=+=+(1)lvSSxS x=+=+(1)lvHHxH x=+=+式中式中x为气相的质量分率或摩尔分率（通常为气相的质量分率或摩尔分率（通常称为品质称为品质干度干度），），M是泛指两相混合物的广是泛指两相混合物的广度热力学性质。度热力学性质。是按每单位质量或每摩尔物是按每单位质量或每摩尔物料度量的。料度量的。气相中的这些值是指气相中的这些值是指饱和蒸气饱和蒸气的性质，同样，的性质，同样，液体的热力学性质是指液体的热力学性质是指液体饱和状态液体饱和状态的性质。的性质。(1)lvMMxM x=+=+3.2 焓变和熵变焓变和熵变 的计算的计算
8、3.2.1 不同温度、压力下的单相流不同温度、压力下的单相流体焓变的计算体焓变的计算 焓的计算途径焓的计算途径 TTSH 1（T1,p1）2（T2,p2）p1 T a b ppSH ,p p2 T1 T2 pTMMM+=焓随温度、压力的变化关系焓随温度、压力的变化关系=pTH()pTfH,=TpHpTVTVTCHppddd +=ppHTTHHTpddd +=pC？pVSTHddd+=恒温下两边同除以恒温下两边同除以dp VpSTpHTT+=pTTVpS =pTTVTVpH =pTVTVTCHHHpppTTpTpdd2121+=+=积分积分 2211ddTVVTVVVTpppHCVTTVVTTV
9、=+=+2211ddVppVVppVTTHCVVCpVp=+理想气体焓的计算理想气体焓的计算=21dTTppTCH432iggETDTCTBTACp+=21digigTTppTCHpTVTVHpppTd21 =RTpV=pRTV=pRTVp=ppRTpRTHppTd21ig =0=21digigigTTppTCHH液体焓变的计算关系式液体焓变的计算关系式()22111ddTplppTpHCTVTp=+=+1pVVT =膨胀系数膨胀系数 受压力影响不大 pTVTVTCHHHpppTTpTpdd2121 +=+=真实流体焓变的计算真实流体焓变的计算 ()pTfCp,=TCHTTppd21=pTVT
10、VHpppTd21 =真实流体的真实流体的pVT关系关系 真实流体的热容关系真实流体的热容关系 真实流体的等压焓真实流体的等压焓变无法计算变无法计算 真实流体焓变和熵变的计算真实流体焓变和熵变的计算 HT1,p1 T2,p2(T1,p1)ig(T2,p2)ig igH2H2ig1HHHH+=1H剩余性质剩余性质 定义：所谓剩余性质，是真实状态下流体的热力学性质定义：所谓剩余性质，是真实状态下流体的热力学性质与在与在同一温度、压力同一温度、压力下处于理想气体状态时下处于理想气体状态时广度热力学广度热力学性质性质之间的差额，之间的差额，RM),(),(igRpTMpTMM=),(),(igRpTH
11、pTHH=),(),(igRpTSpTSS=),(),(igRpTVpTVV=真实流体焓变的计算真实流体焓变的计算 HT1,p1 T2,p2(T1,p1)ig(T2,p2)ig igH1H2HR11HH=R22HH=R2igR1HHHH+=剩余焓的计算剩余焓的计算),(),(igRpTMpTMM=TTTpMpMpM =igR()+=ppTppppMpMMM00digRR00p()()0RR0MMpp=()00R=H()00R V在等温下，对在等温下，对p微分微分 等式两边同乘以等式两边同乘以dp ppMpMMTigTRdd =从从p0至至p进行积分进行积分()+=ppTppHpHHH0dig0
12、RR()00R=HpTTVTVpH =pTVTVHpppd0R=0ig=TpH剩余焓的计算依赖剩余焓的计算依赖 相应的相应的p、V、T关系关系 真实流体焓变的计算真实流体焓变的计算 将理想气体和剩余性质的焓变计算公式代入真实流体将理想气体和剩余性质的焓变计算公式代入真实流体焓变计算途径得到焓变计算途径得到：12201012dddpTpigppTpppTTVVHTVpCTVTpTT=+=+利用状态方程计算焓变利用状态方程计算焓变 利用维里方程计算利用维里方程计算HR 1pVBpZRTRT=+=+RTVBp=+=+ddpVRBTpT=+=+0dddpRpTRTRBHBTpppT=+=+0dddpp
13、TBBTpT=ddRTBHpBTT=0dpRppVHVTpT=利用立方型状态方程计算利用立方型状态方程计算HR 计算计算HR的关键在于计算的关键在于计算 项项 首先必须将使用的状态方程表示成首先必须将使用的状态方程表示成V的显函数形式的显函数形式，才可以进一步对才可以进一步对T求偏导求偏导。立方型状态方程是体积立方型状态方程是体积V的隐函数的隐函数，压力压力p的显函数的显函数形式形式，为了计算方便为了计算方便，需要将需要将HR计算公式中的计算公式中的 ，改换成的改换成的 形式形式。pVT pVT VpT 1VpTpTVTVp =pVTVpVTTp=ddpVTTVppVTT=()dddV ppV
14、p V=()000()dddddmmmmp pmmppRppppVVVpVVVVVHV pTpTppVp VTVT=+=+dVRVVTpHpVRTTpVT=+=+0dpRppVHVTpT=以以RK方程为例方程为例:在体积在体积V不变的条件下对温度不变的条件下对温度T求偏导求偏导:利用立方型状态方程计算剩余性质需要先使用温度利用立方型状态方程计算剩余性质需要先使用温度和压力计算流体的体积和压力计算流体的体积V（或者压缩因子或者压缩因子Z）,具体具体计算方法见计算方法见pVT的计算的计算。()0.5RTapVbT V Vb=+0.53ln 12RabHpVRTTbV=+=+()1.52VpRaTV
15、bT V Vb=+=+利用普遍化关联式计算焓变利用普遍化关联式计算焓变 普遍化维里系数法普遍化维里系数法 ()()()()的函数的函数是对比温度是对比温度均均r1010dd,dd,TTBTBBBrrddRTBHpBTT=ddRTHpBBRTRTT=()()01ccRTBBBp=+=+(0)(1)ddddddccRTBBBTpTT=+(0)(0)(1)(1)ddddRrrrrrHBBBBpRTTTTT=+=+(),rrRpTfH=普遍化三参数压缩因子法：普遍化三参数压缩因子法：剩余性质的计算公式表示成压缩因子的函数为：剩余性质的计算公式表示成压缩因子的函数为：20dpRpZpHRTTp=(0)(
16、1)ZZZ=+=+()()01RRRcccHHHRTRTRT=+=+无因次处理无因次处理 并简化表示并简化表示 利用通过利用通过焓差图焓差图得到，得到，它们都是它们都是对比温度对比温度和和对比压力对比压力的关系曲线的关系曲线(),rrRpTfH=利用普遍化方法计算剩余性质时需注意：根据对比温度和对利用普遍化方法计算剩余性质时需注意：根据对比温度和对比压力的范围选择方法，选择的依据和比压力的范围选择方法，选择的依据和pVT计算时相同。计算时相同。()()cRcRRTHRTH10,计算举例（一）计算举例（一）在化工过程中，经常需要使用高压气体，如合成氨工业，气体要加压在化工过程中，经常需要使用高压
17、气体，如合成氨工业，气体要加压送入反应器。这时需要使用送入反应器。这时需要使用压缩机压缩机。如图：。如图：QWuzgHs+=+221T1,p1 T2,p2 T1,p1 T2,p2 000sWH=H T1,p1 T2,p2 进入压缩机的气体状态为进入压缩机的气体状态为 压缩机出口流体状态为压缩机出口流体状态为 压缩机为绝热的，动能变化与势能变化可以忽略，求压缩机作功多少？压缩机为绝热的，动能变化与势能变化可以忽略，求压缩机作功多少？计算举例（二）计算举例（二）醋酸是重要的有机化工原料，也是优良的有机溶剂，目前主醋酸是重要的有机化工原料，也是优良的有机溶剂，目前主要使用要使用甲醇羰基化法甲醇羰基化
18、法生产。生产。COOHCHCOOHCH33+HHHifif+=,15.29825,P 180、3MPa H ifirHH=反应条件为：反应条件为：180、3MPa，该反应条件下的反应热如何计算？该反应条件下的反应热如何计算？目前我们可以找到目前我们可以找到25 时各物质的标准生成焓。时各物质的标准生成焓。3.2.2不同温度、压力下的单相流不同温度、压力下的单相流体熵变的计算体熵变的计算 熵随温度、压力的变化关系熵随温度、压力的变化关系()pTfS,=pTS=TpSppSTTSSTpddd +=pTVTTCSSSpppTTpTpdd2121 =+=pTVTTCSppddd=积分积分 TCppTV
19、 理想气体熵的计算理想气体熵的计算 =21digigTTppTTCS432iggETDTCTBTACp+=21dTTppTTCSpTVSpppTd21 =RTpV=pRTV=pRTVp=21digppTppRS 21lnppR=21igigigiglnd21ppRTTCSSSTTpTp+真实流体熵变的计算真实流体熵变的计算 ()pTfCp,=TTCSTTppd21=pTVSpppTd21 =真实流体的真实流体的pVT关系关系 真实流体的热容关系真实流体的热容关系 真实流体的等压熵真实流体的等压熵变无法计算变无法计算 真实流体熵变的计算真实流体熵变的计算 ST1,p1 T2,p2(T1,p1)i
20、g(T2,p2)ig igS1S2SR11SS=R22SS=RigR21SSSS+=()+=ppTppSpSSS0dig0RRpTTVpS =()00R=SpRpST=igpTVpRSTpppd0R =剩余熵的计算同样剩余熵的计算同样 依赖相应的依赖相应的 p、V、T关系关系 剩余熵的计算剩余熵的计算 真实流体熵变的计算真实流体熵变的计算 将理想气体和剩余性质的熵变计算公式代入真实流体将理想气体和剩余性质的熵变计算公式代入真实流体熵变计算途径得到熵变计算途径得到：1220101212ddlndigpTpppTpppTTCpVRRVSpTRTpTpTppT=+=+利用状态方程计算熵变利用状态方程
21、计算熵变 利用维里方程计算利用维里方程计算HR 1pVBpZRTRT=+=+RTVBp=+=+ddpVRBTpT=+=+0dpRppTRVSppT=0dddpRpTRRBSpppT=+=+ddRBSpT=利用立方型状态方程计算利用立方型状态方程计算SR 计算计算SR的关键仍然在于计算的关键仍然在于计算 项项 为了计算方便为了计算方便，同样需要将同样需要将SR计算公式中的计算公式中的 ，改换成的改换成的 形式形式。pVT pVT VpT pVTVpVTTp=ddpVTTVppVTT=0dpRppTRVSppT=ddVVRVVVpVSVRTV=+以以RK方程为例方程为例:在体积在体积V不变的条件下
22、对温度不变的条件下对温度T求偏导求偏导:利用立方型状态方程计算剩余熵同样需要先使用温利用立方型状态方程计算剩余熵同样需要先使用温度和压力计算流体的体积度和压力计算流体的体积V（或者压缩因子或者压缩因子Z）。()0.5RTapVbT V Vb=+()1.5lnlnln 12RRTabSRVbRpTbV=+=+()1.52VpRaTVbT V Vb=+=+利用普遍化关联式计算熵变利用普遍化关联式计算熵变 普遍化维里系数法普遍化维里系数法 ()()()()的函数的函数是对比温度是对比温度均均r1010dd,dd,TTBTBBBrrddRBSpT=ddRSpBRRT=()()01ccRTBBBp=+=
23、+(0)(1)ddddddccRTBBBTpTT=+()()01ddddRrrrSBBpRTT=+=+(),rrRpTfS=普遍化三参数压缩因子法：普遍化三参数压缩因子法：剩余性质的计算公式表示成压缩因子的函数为：剩余性质的计算公式表示成压缩因子的函数为：0d1pRpZpSRZTTp=(0)(1)ZZZ=+=+()()01RRRSSSRRR=+=+无因次处理无因次处理 并简化表示并简化表示 利用通过利用通过熵差图熵差图得到，得到，它们都是它们都是对比温度对比温度和和对比压力对比压力的关系曲线的关系曲线(),rrRpTfS=利用普遍化方法计算剩余性质时需注意：根据对比温度和对利用普遍化方法计算剩
24、余性质时需注意：根据对比温度和对比压力的范围选择方法，选择的依据和比压力的范围选择方法，选择的依据和pVT计算时相同。计算时相同。()()RSRSRR10,剩余焓和剩余熵的计算剩余焓和剩余熵的计算 TTBTBpH =ddRTBpSddR =+=VVTVVpTpTRTpVHdR状态方程法状态方程法 对应状态法对应状态法 维里方程维里方程 立方型状态方程立方型状态方程 普遍化维里系数法普遍化维里系数法 普遍化压缩因子法普遍化压缩因子法 +=VVVVVVVRVTpSddR +=rrrrrTBTBTBTBpRTHdddd)1()1()0()0(R()()+=rrrTBTBpRSdddd10R()()c
25、ccRTHRTHRTH1R0RR+=()()RSRSRS1R0RR+=蒸发焓与蒸发熵蒸发焓与蒸发熵 当物质穿过汽液相边界时则发生了汽液相转变当物质穿过汽液相边界时则发生了汽液相转变。纯物质的相变是在一定的温度和压力下发生的纯物质的相变是在一定的温度和压力下发生的。相变的结果使广度热力学函数的许多性质发生急剧变化相变的结果使广度热力学函数的许多性质发生急剧变化。饱和液体的摩尔焓饱和液体的摩尔焓、摩尔熵与相同温度和压力下的饱和蒸气的摩摩尔熵与相同温度和压力下的饱和蒸气的摩尔焓尔焓、摩尔熵相差很大摩尔熵相差很大，它们之间的差值分别被称为此它们之间的差值分别被称为此T、p下该下该物质的蒸发焓物质的蒸发
26、焓、蒸发熵蒸发熵，即：即：对于纯物质的摩尔吉布斯自由能对于纯物质的摩尔吉布斯自由能G在发生相变的过程中保持不变在发生相变的过程中保持不变 vlvHHH=vlvSSS=vlGG=ClausiusClapeyron方程方程 当两相系统的当两相系统的T发生发生dT的变化时，为了维持两相平衡，的变化时，为了维持两相平衡，压力将发生压力将发生dps的变化，并且必须保持着的的变化，并且必须保持着的 关系，关系，其变化为其变化为 dddvvsvGVpST=ddvlGG=dddllslGVpST=ddddvsvlslVpSTVpST=ddvlsvvlvSSSpTVVV =vlGG=ddvlGG=整理整理,vv
27、SV为纯物质在温度为纯物质在温度T、压力、压力p下的摩尔蒸发熵和摩尔蒸发下的摩尔蒸发熵和摩尔蒸发体积体积 该式称为该式称为ClausiusClapeyron方程（克克方方程（克克方程）。程）。它把它把摩尔蒸发焓摩尔蒸发焓直接和直接和蒸气压与温度关系蒸气压与温度关系关联起关联起来了。来了。它是一种严密的热力学关系，提供了一种及其重它是一种严密的热力学关系，提供了一种及其重要的不同性质之间的联系。若知道了要的不同性质之间的联系。若知道了蒸气压和温度蒸气压和温度的关系，则可将它用于蒸发焓的计算。的关系，则可将它用于蒸发焓的计算。vvHTS=dddHT SV p=+=+ddsvvHpTTV=vlvlv
28、sssZ RTZ RTZRTVVVppp=2dd(/)svsHpTRTpZ=dlnd(1/)svHpTR Z=恒温、恒压恒温、恒压 积分积分 ddsvvSpTV=蒸气压方程蒸气压方程 当物质处于汽液平衡状态时，饱和蒸汽的压力即为当物质处于汽液平衡状态时，饱和蒸汽的压力即为饱和蒸气压，简称蒸气压。饱和蒸气压，简称蒸气压。描述蒸气压和温度关系的方程，被称为蒸气压方描述蒸气压和温度关系的方程，被称为蒸气压方程程。目前文献中提供的蒸气压方程很多，下面仅介绍简目前文献中提供的蒸气压方程很多，下面仅介绍简单的两种。有关蒸气压的估算方法请参见本书第八单的两种。有关蒸气压的估算方法请参见本书第八章。章。vHZ
29、和和lnsBpAT=constvHR Z lnsBpATC=+dlnd(1/)svHpTR Z=为温度的弱函数为温度的弱函数 积分积分 在温度间隔不大时，计算结果在温度间隔不大时，计算结果尚可以。仅用于小温度区间尚可以。仅用于小温度区间 目前工程上常用的是目前工程上常用的是Antoine（安托尼）方程（安托尼）方程 式中式中，A、B、C称为称为Antoine（安托尼安托尼）常常数数，许多常用物质的安托尼常数可以从手许多常用物质的安托尼常数可以从手册中查出册中查出。使用安托尼方程时需要注意方使用安托尼方程时需要注意方程形式和每个物理量的单位程形式和每个物理量的单位。dlnd(1/)svHpTR
30、Z=()vlvlpZZZVVRT=由蒸气压方程计算，不同由蒸气压方程计算，不同的蒸气压方程表达式不同的蒸气压方程表达式不同 1/231rrpZT=该式适用范围为该式适用范围为 T T T V T V 亦即亦即：0TSp =T，H 焓值大的等焓值大的等H H线在上边线在上边 S T 大大 T-S图上等容线变化规律图上等容线变化规律 在等在等T下，由下，由Maxwell式式知知:TVSpVT=对任何气体对任何气体，在在V一定一定时时，T，p 它说明了在它说明了在T一定时一定时，随随V，S 较大的等容线位于熵较大的等容线位于熵值较大的一边值较大的一边。S T 大大 T-S图概括了物质性质的变化规律。
31、图概括了物质性质的变化规律。当物质状态确定后，其热力学性质均可以在当物质状态确定后，其热力学性质均可以在T-S图上查得。图上查得。对于单组分物系，依据相律，给定两个参数后，其性质对于单组分物系，依据相律，给定两个参数后，其性质就完全确定，该状态在就完全确定，该状态在TS图中的位置亦就确定。图中的位置亦就确定。对于单组份两相共存区，自由度是对于单组份两相共存区，自由度是1，确定状态只需确定，确定状态只需确定一个参数，它是饱和曲线上的一点。一个参数，它是饱和曲线上的一点。要确定两相共存物系中汽液相对量，还需要规定一个容要确定两相共存物系中汽液相对量，还需要规定一个容量性质的独立参数。因为在两相区，
32、强度性质量性质的独立参数。因为在两相区，强度性质T和和p二者只二者只有一个为独立参数。有一个为独立参数。若已知某物系在两相区的位置，则该物系在若已知某物系在两相区的位置，则该物系在TS图中的图中的位置随之确定，则可以利用位置随之确定，则可以利用TS图求出汽液相对量。图求出汽液相对量。利用利用TS图表示过程图表示过程 T S C 等焓等焓线线 过冷液体加热过冷液体加热 从饱和液体蒸从饱和液体蒸发为饱和气体发为饱和气体 过冷蒸汽加热过冷蒸汽加热 等压加热或冷却过程等压加热或冷却过程 节流过程节流过程 可逆绝热过程可逆绝热过程 等熵过程等熵过程 H-S图图 这种图主要用于热机这种图主要用于热机，压缩
33、机压缩机,冷冻机中工质状冷冻机中工质状态变化有关问题态变化有关问题。图形图形 H S 固固 固固 液液 液液 C 等温等温 三相线三相线 固气固气 气液气液 等压等压 等温等压等温等压 等过热等过热 p-H 图图 这种图主要用于计算制冷系数这种图主要用于计算制冷系数,制冷机的循环制冷机的循环量及物流所作的功量及物流所作的功。图形图形 lnp H 固固 固固 液液 液液 C 等容等容 等熵等熵 等温等温 三相线三相线 固气固气 气液气液 热力学性质图的共性热力学性质图的共性 1 1.制作原理及步骤相同制作原理及步骤相同,仅适用于特定物质仅适用于特定物质.2.图形中内容基本相同图形中内容基本相同,
34、p,V,T,H,S都有都有.热力学图表与普遍化热力学图表的区别热力学图表与普遍化热力学图表的区别 主要区别表现在两个方面主要区别表现在两个方面:其一是制作原理不同其一是制作原理不同;其二是应用范围不同其二是应用范围不同.1.1.制作原理不同制作原理不同 2.2.应用范围不同应用范围不同 热：以实验数据为基础热：以实验数据为基础，用热力学基用热力学基本关系进行计算本关系进行计算 普：以对比参数作为独立变量作出的普：以对比参数作为独立变量作出的 热：只适应于特定的物质热：只适应于特定的物质 普：对物质没有限制普：对物质没有限制,可适用于任一物质可适用于任一物质.热力学性质表热力学性质表 热力学性质
35、表很简单，它是把热力学性质以热力学性质表很简单，它是把热力学性质以一一对应的表格形式表示出来，其特点为：一一对应的表格形式表示出来，其特点为：对确定点数据准确对确定点数据准确 但对非确定点需要内插计算但对非确定点需要内插计算，一般用直线内插一般用直线内插。常用的热力学性质表有水和水蒸气表常用的热力学性质表有水和水蒸气表 包括饱和水蒸气表和过冷水以及过热水蒸气表包括饱和水蒸气表和过冷水以及过热水蒸气表 过冷过冷水水 过热水过热水蒸气蒸气 气液两气液两相共存相共存区区 饱和水饱和水蒸气蒸气 气液两相共存区气液两相共存区的热力学性质采的热力学性质采用饱和水蒸气表用饱和水蒸气表和干度进行计算和干度进行
36、计算(1)lvMMxM x=+=+使用饱和使用饱和水蒸气表水蒸气表 使用过使用过冷水表冷水表 使用过热使用过热水蒸气表水蒸气表 T S 思考题思考题 刚性容器的体积为刚性容器的体积为1.0m3，内存有，内存有0.05m3的饱和水的饱和水和和0.95m3的饱和水蒸气，压力是的饱和水蒸气，压力是0.1013MPa。问。问至少需要加入多少热量才能使容器中的水完全汽至少需要加入多少热量才能使容器中的水完全汽化？此时容器的压力多大？（化？此时容器的压力多大？（1.0266*108J,89.5*105Pa）提示：提示：（1）加入的热量应等于什么性质变化？）加入的热量应等于什么性质变化？（2）始态和终态应该
37、查什么表？尤其注意终态应）始态和终态应该查什么表？尤其注意终态应该是什么状态？温度和压力分别是多少？该是什么状态？温度和压力分别是多少？低压法合成甲醇的合成塔条件为低压法合成甲醇的合成塔条件为240，5.0MPa，设进入合成塔的原料气设进入合成塔的原料气H2与与CO组成组成（体积比体积比）为为2.1:1，其初始条件设为其初始条件设为25，0.1MPa，设在设在5.0MPa条件下条件下，流体的管道流速为流体的管道流速为15ms-1，设年产设年产100万吨万吨甲醇甲醇（不考虑副反应不考虑副反应，物料衡算依物料衡算依CO计量计量），请使请使用热力学理论方法计算：用热力学理论方法计算：（1）原料气在进
38、入合成塔的管道直径选为多大合适原料气在进入合成塔的管道直径选为多大合适？（2）原料气从初始状态到合成塔过程中需要加入的热原料气从初始状态到合成塔过程中需要加入的热量为多少量为多少？本章总结本章总结 热力学基本方程、麦克斯韦热力学基本方程、麦克斯韦（Maxwell）关系式等是重要的热）关系式等是重要的热力学基本关系，利用它们可以将力学基本关系，利用它们可以将H、S等热力学函数表示为等热力学函数表示为pVT的关系式，进而进行热力学的计算。的关系式，进而进行热力学的计算。理想气体焓变和熵变的计算分为定压部分和定温部分，它们依理想气体焓变和熵变的计算分为定压部分和定温部分，它们依赖于一定温度范围内的理想气体热容关系式和具体的温度、压赖于一定温度范围内的理想气体热容关系式和具体的温度、压力值。力值。剩余性质是真实流体焓变和熵变计算的关键。剩余焓和剩余熵剩余性质是真实流体焓变和熵变计算的关键。剩余焓和剩余熵的计算依赖于合适的的计算依赖于合适的pVT的关系。的关系。各种热力学性质图和热力学性质表原理和使用方法大致相同，各种热力学性质图和热力学性质表原理和使用方法大致相同，它们在工程热力学中应用非常方便。它们在工程热力学中应用非常方便。