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工程热力学与传热学(第十一讲)5-2、3.doc

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工程热力学与传热学(第十一讲)5-2、3.doc
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《工程热力学与传热学》教案(11) 第五章 第二、三节共 7 页 第 1 页第二节 理想气体的比热容在热力学计算中,经常需要计算工质吸收或放出的热量。对不同的物质加热,使它们升高同样的温度所需的热量是不同的。热容量:物体升高 10C(或 1K)所需的热量称为该物体的热容量(简称热容) 。热容量与物质本身的性质、质量及加热过程等因素有关。比热容:单位物量物体升高 10C(或 1K)所需的热量称为该物体的比热容(简称比热) 。物量可以是质量、体积或物质的量。根据单位物量的不同,比热可分为以下三类:① 质量比热(c ):取 1kg 质量为物量单位。单位:J/(kg•K)或 k J/(kg•K)② 容积比热(c /):取标准状态下 1m3 体积为物量单位。单位:J/( m 3•K)或 k J/( m3•K)③ 千摩尔比热(C M):取 1kmol 的量为物量单位。单位:J/(kmol •K)或 k J/( kmol •K)三种比热之间的换算关系:CM=M•c=22.4 c/ (5-6)式中,M 为千摩尔质量。二、影响比热的因素1.气体的比热与气体的性质有关不同气体的相对分子质量和分子结构不同,其比热值也就不同。一般而言,气体的原子数越多,比热值越大。2.气体的比热与过程特性有关由于热量是过程参数,所以气体的比热值就与热力过程特性有关。工程上最常见的加热过程是保持压力不变或体积不变,分别称为定压加热《工程热力学与传热学》教案(11) 第五章 第二、三节共 7 页 第 2 页过程和定容加热过程。因此相应地有定压比热和定容比热。定压比热:定压条件下,单位物量的工质,温度变化 10C 所需要的热量。根据所选物量单位不同,定压比热可分为:① 定压质量比热 cp;② 定压容积比热 c/p; ③定压千摩尔比热 cM.p定容比热:定容条件下,单位物量的工质,温度变化 10C 所需要的热量。根据所选物量单位不同,定压比热可分为:① 定容质量比 热 cv;② 定压容积比热 c/v;③定压千摩尔比热 cM,v因为定压加热过程中工质容积膨胀对外做功,所以使相同物量的工质升高相同的温度时,定压过程所需要的热量比定容过程多。故定压比热比定容比热大。实际中应用较多的是质量比热。下面主要以质量比热进行讨论。3.气体的比热与状态参数有关实际气体的比热是温度和压力的函数;理想气体的比热只是温度的函数。一般比热随温度的升高而增大,温变化范围越大,比热的变化也越大。二者的关系如图 5-1 上的曲线 A-B 所示。真实质量比热:如果在某一温度 t 下加给 1kg 气体以微小的热量 dq,而气体的温度升高 dt,则两者之比称为气体在温度 t 时的真实质量比热。即 c=dq/dt (5-7)对于每一温度值,都有一个真实比热。相应地,气体温度由 t1 升高到 t2,1kg 气体所需的热量 q 与温度差(t 2 -t1)的比值称为气体由温度 t1 到 t2 的平均质量比热(c 2m1)三、应用比热计算热量1.按曲线关系计算如图 5-1 所示,如果知道气体的真实比热与温度之间的曲线变化关系,就可求得 1kg 气体由t1 升高到 t2 所需的热量:122tqm)( 85AEFBCD1t2t02比 热 与 温 度 的 曲 线 关 系图 52tbacC1t ABCDcdq面 积《工程热力学与传热学》教案(11) 第五章 第二、三节共 7 页 第 3 页面积 ABCDA=面积 1BC01-面积 1AD01面积 1AD01 表示从 00C 加热到 t10C 所需的热量;面积 1BC01 表示从 00C 加热到 t20C 所需的热量.可用 00C 到 t0C 的平均比热求出q=c2mo(t 2-0)- c 1mo(t 1-0)= c 2mo•t2- c1mo•t1 (5-9)式中,c 1mo、 c2mo 分别是 00C 到 t10C 和 00C 到 t20C 的平均质量比热。一些常见气体的平均质量比热可通过查附录 1 和 2 得到。2.按直线关系计算当温度变化范围不大时,取真实比热与温度为直线关系已足够准确。如图5-2 所示。这时,1kg 气体从 t10C 升高到 t20C 所需的热量.为式中,平均比热 c2m1=a+bt/2;可利用 P46-表 5-1 所列出的气体的平均比热直线关系试求出。注意:表中关系式中的 t 用 t=t1+t2 代入计算。3.按定值比热计算在实际计算时,当温度变化的范围不大或对计算要求不十分严格时,一般可以不考虑比热随温度而变的关系,把比热视为常数(定值比热) 。此时q=c (t2-t1) (5-11)根据分子运动理论。凡原子数相同的气体,有相同的定值千摩尔比热,其数值见
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