汽車熱流學 課件 7.1.4-實際氣體狀態方程

1第六章實際氣體性質及熱力學一般關系式一、實際氣體性質研究的重要性和主要內容(1)重要性

工質的性質研究是工程熱力學的兩大主要任務之一。熱一、二定律可以看出，只有已知工質的性質，方可了解過程變化中能量轉換的情況。理想氣體的性質計算：狀態方程、比熱方程、熱力學能方程、焓方程、熵

方程等。理想氣體雖然是一個理想的模型，但也可解決工程中遇到的一些工質的性質計算，例如空氣等。

實際氣(流)體的性質求取：查表、查圖。例如水和水蒸氣、氟利昂。答案：象理想氣體性質計算一樣，用方程計算，思路相同，只是復雜而已。實際上，實際氣體性質研究至今還是工程熱力學科研的一個重要方向。實際氣(流)體性質表和圖如何得到？2第六章實際氣體性質及熱力學一般關系式一、實際氣體性質研究的重要性和主要內容(2)主要內容顯然，熱力學函數有無窮多個(如多相多組分系統)，逐一研究不可能。實際上，根據熱一、二定律，這些熱力學函數之間有一定內在關系——熱力學一般關系式。因此：研究關鍵的熱力學函數是解決實際氣體性質的關鍵。熱力學理論表明：EOS和比熱方程是關鍵。狀態公理：對于單相簡單可壓縮系，確定狀態需兩個獨立狀態參數。狀態參數：熱力學函數：例如：狀態方程EOS熵方程主要內容3第六章實際氣體性質及熱力學一般關系式二、研究熱力學函數關系式的方法(1)理論分析法

理論分析法往往從物質的微觀結構出發，研究實際氣體分子運動及分子間相互作用，分析分子微觀結構對氣體宏觀性質的影響，直接描述物質的性質。例如：理想氣體的狀態方程；實際氣體往往誤差很大。這種方法有一定的理論基礎，帶有一定的普適性，但未滿足工程需求。(2)實驗研究法

測量p,v,T

主要的研究方法：①精度高，可高達1%，滿足工程設計要求；②計算機發展使數據處理相對容易。實際氣體性質研究一個很好的思路：在理想氣體性質計算基礎上進行修正。46-1理想氣體狀態方程用于實際氣體的偏差理想氣體兩個假定：1.分子不占有體積

2.分子之間沒有作用力

RealGas：如圖

IdealGas壓縮因子(CompressibilityFactor)：

狀態參數

顯然：56-1理想氣體狀態方程用于實際氣體的偏差Z的物理意義：

同溫同壓下，實際v與理想vid之比偏差原因：①分子體積的影響

a.壓力高，溫度低，v小，分子體積與分子活動空間相比影響不能忽略。

b.多原子氣體，分子體積大，偏差大

②分子間作用力的影響

a.溫度低分子運動速度小，動能小，作用力影響大

b.壓力高分子距離近，分子作用力大，影響大實際氣體可近似為理想氣體的條件：高溫+低壓找到偏差原因，可以對理想氣體EOS修正得到實際氣體EOS。——vanderWaals方程66-2實際氣體狀態方程1.范德瓦爾斯方程范德瓦爾斯（JohannesDiderikvanderWaals，1837-1923年），荷蘭物理學家。1873年在他的博士論文“OverdeContinu?teitvandenGas-enVloeistoftoestand”，系統分析了分子間作用力和提出了范德瓦爾斯方程。并由此獲得1910年Nobel物理學獎。

(1)方程的提出分子體積的修正：分子占有體積，其活動空間變小；分子間作用力的修正：分子間有作用力，分子碰撞氣壁的壓力相應減小；a，b

——范德瓦爾斯常數——vanderWaals方程76-2實際氣體狀態方程1.范德瓦爾斯方程

(2)方程的分析

a.等溫線

t>31.1℃類雙曲線，與IdealGas近似

t=31.1℃出現拐點，無相變

t<31.1℃出現相變，壓力平行線AndrewCO2實驗1869年

p-v圖t>31.1℃只有1個實根，類雙曲線

t=31.1℃出現3個相等實根