工程热力学与传热学(第十一讲)5-2、3.docx

工程热力学与传热学(第十一讲)5-2、3

第一篇：工程热力学与传热学(第十一讲)5-2、3《工程热力学与传热学》教案（11）第五章第二、三节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kJ/(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/(m3•K)或kJ/(m3•K)③千摩尔比热（CM）：取1kmol的量为物量单位。单位：J/(kmol•K)或kJ/(kmol•K)三种比热之间的换算关系：CM=M•c=22.4c/(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。《工程热力学与传热学》教案（11）第五章第二、三节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cv；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（t2-t1）的比值称为气体由温度t1到t2的平均质量比热（c2m1）c2m1qt2t1（58）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：1EACB22cabttFqt2t1cdt面积ABCDA0Dt1Ct2t图51比热与温度的曲线关系面积ABCDA=面积1BC01-面积1AD01面积1AD01表示从00C加热到t10C所需的热量；《工程热力学与传热学》教案（11）第五章第二、三节面积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（t2-0）-c1mo（t1-0）=c2mo•t2-c1mo•t(5-9)式中，c1mo、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2bt2t1)cm1(t2t1)cdta（t1t2)（22q（510）1式中，平均比热cm1=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2q=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，其数值见表5-2。表中k=cp/cv为绝热指数。当千摩尔比热已知时，定值质量比热可由下式求得cpCM.PMcVCMM.V（512）对于空气，可认为是双原子气体，M=28.96kg/kmol，所以空气的定压和定容质量比热为Cp=7×4.1868/28.96=1.012K