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状态参数复习

下一节:热力学第一定律

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状态参数复习课程教案、知识点、字幕

好 刚才通过我们两个问题出发

我们已经知道了

如何解决我们提到的

那两个问题

需要用到很多的知识

热力学的知识

热力学里边比如各种组分

之间的关系

还有就是要很多的热力学

第一定律第二定律

好 下面的话呢

我们首先跟大家一起

复习一下

热力学的一些基本参数

这是我们非常重要

都是要用到的

那第一个概念的话呢

实际上就是有一个叫做

广延量和强度量

比如我们在热力学里面

学过焓 内能 它的体积

如果是一个系统的总的

这个内能 总的这个焓

总的这个体积等等

这些参数呢我们把它称之为

叫做广延量

我们还有第二个叫强度量

强度量是什么呢

是每公斤的

或者是每摩尔的

或每物质的量

它的里边的所占有的

这个物理量的大小

比如u是小写的

它用小写字母来表达

广延量是用大写字母来表达

也就是说每公斤具有的能量

比如内能

那么就是变成了小u

如果是每公斤所具有的焓

那就是小h

那么它的单位

也是变成了每焦耳 每公斤等等

当然实际上也可以是

每摩尔多少立方米

每摩尔多少焦耳

那么实际上

我们通常在这个小的物理量上加一杠

那么实际上

这些关系是很简单的

这个广延量和强度量之间的关系

就乘个它的总的质量

强度量乘上总的质量

就是它的广延量

我们首先要知道这些热力学参数

当然这个热力学参数里边呢

有两个非常重要的量

是比较特殊的

就是温度和压力 P和T

它某种意义上我们现在

把它称之为强度量

但实际上它并不是每公斤的多少

而是一个体系的一个基本参数

而这些状态函数

它最大的特征是什么呢

最大的特征就是

它跟它的过程有没有关系

是无关

也就是只跟当前的状态有关

那么怎么到达这个地方的

没有关系

所以呢我们接下来

状态方程

状态方程是什么啊

就是压力 温度

和它的比容或者体积之间的关系

那么对于理想气体中

我们非常熟悉

PV等于RT对不对

或者RuT

PV等于RT

所以这个是非常熟悉的

当然你也可以用其他的

而这个就是引入一个

非常重要的R

这个就是气体的

所谓的通用的常数Ru

那Ru就是8314J/kmol-K

好 下面我们进一步

还有一个非常重要的

刚才说了PVT之间的关系

还有 焓 内能

这些也同时是

温度 比焓和压力的关系

而这种关系呢

实际上我们把它称之为

状态热方程

希望大家都非常熟悉

它这个热方程的关系

以及它比如内能和焓

随温度怎么变化的

它随着压力怎么变化的

这些呢都是属于

热方程的一个部分

这里边呢还引入两个

非常重要的量

就是一个定容比热容

一个定压比热容

那么它实际上

都是在一定的条件底下

就定容和定压的条件下

内能随温度的变化的系数

这些的话呢希望大家能够

很快的回忆一下

好 对于理想气体来说

它的内能和焓

随着它的比容和压力的变化等于零

这样我就可以直接写出来

它随温度是变化的

所以最后的结果是什么

理想气体的内能

或者是它的焓

都是温度的函数

这样呢就更加简单了

好 那么我们知道

实际上温度是一个什么概念

实际上是颗粒的随机运动

跟系统的内能是有关系的

系统的内能

里边的动能是有关系的

那什么是热啊

热实际上我们把它定义成

两个不同的温度的物体之间

能量的一种传递方式

只要有温差

能量就会传递

而这种由于温差引起的能量传递

就是我们所说的热

那么我们在分子运动论里边

我们大家都学过

单原子组分的分子

只能做平动

如果多原子的会怎么样

它除了平动

还有转动和振动

那显然多原子组分的能量

比单原子组分的能量就要大

这张图

希望大家能够有一个基本判断

定量的关系不很重要

可以看出来什么

如果以摩尔的定压的比容来看

那如果是单原子

大家都差不多

比如都在二十左右

双原子怎么样

就会达到四十左右

如果是三个原子的话呢

大家看出来

都到六十左右

所以大家有一个概念

在高温下

它的比热是跟它的

分子里边的原子的数量

是有关系的

定量当然它不用记

记住这是一个基本的规律就可以

好 这就是我们复习的

第一部分内容

第二部分的话

我们刚才说了

很多的气体是混合物

对混合物

比如刚才的焓啊

它的压力

它的温度

等等这种东西

怎么去进行计算

我们要引入两个非常重要的参数

组分摩尔分数

和组分的质量分数

摩尔分数呢

我们通常用小xi来表达

而质量分数呢

用大的Yi来表达

任何一个组分

它的摩尔分数怎么定义呢

是一个混合物里边

这个组分的摩尔数

或者物质的量除以

除以总的摩尔数

这个就是它的摩尔分数

质量也完全一样

也就是说这个整个的体系里面

某一种组分

比如一氧化碳

它的总的重量

除以整个体系的

总的气体的重量

这个比容

我们称之为

质量的组分Yi

好 那我们知道

这两个组分

有一个特点

所有的物质

组分的分数之和应该等于1

不管是摩尔组分分数

还是质量组分的分数

好 这个的话呢

就很自然的对吧

它所有的加起来

就应该是

都是一样的 都是1

那么x和Y之间是什么关系呢

这个非常简单

我们继续复习

实际上就是它的

分子量的关系

也就是说Yi等于什么

等于Xi乘上MWi除以MWmix

MW什么

刚才已经说了它的分子的质量

每摩尔分子的质量

好 有了这样一些基本概念

那么混合物的各种各样的物性

我们就看一看

怎么来进行计算

比如它的质量(平均的)的

摩尔质量

就是这种分子量

那么它实际上就是

所有的其他分子量

一个简单的线性的和

那么包括其他的也是一样

包括分压比如

全部的分压加起来

就等于总的压力

就这么简单

而每一个的分压值

就是每一个它自己的xi乘上P

这就是非常简单的

就可以获得了

那么其他的所有的

不管是焓甚至是熵

这些都是可以

非常简单的利用线性的这种关系

可以进行计算

那么这种计算方法

就非常之清楚了

当然熵非常特殊

熵实际上它跟温度压力都有关系

因为热力学第二定律有用到熵

所以希望

大家对这些概念

都要非常熟悉

那么最后的话

我还要讲一个概念

就是蒸发潜热

那么也就是说

我们在燃烧过程当中

会发生很多相变的现象

比如油滴

它真正燃烧

实际上是蒸发了以后再燃烧

那么蒸发过程当中呢

它实际上是什么

是要吸热的

那么通常蒸发潜热

怎么来定义呢

它这种组分是气体的时候

它的焓

再减去这种组分在这个温度下

液相的焓

这两个焓差

就是它的蒸发潜热

那么很有名的有一个叫

克劳修斯-克拉贝龙方程

它用来解释这个什么呢

实际上就是蒸发的压力

和蒸发温度之间的

一个很简单的

直接的关系

当然热力学有很多不同的物质

可能有不同的参数

好 这样的话

我们刚才

一起复习了一下

这些热力学的状态参数

非常快速

因为要讲的话可以很长

我们假设你们的热力学知识

是有的

如果欠缺这一块

希望大家能够去好好复习

或者去预习一下

热力学的有关的知识

了解各种状态之间的关系

各种参数之间的关系

燃烧理论课程列表:

第一章 导论

-1.1 我们为什么要学习燃烧理论

--1-1:我们为什么要学习燃烧理论

-1.2 什么是燃烧:定义与现象

--1.2 什么是燃烧:定义与现象

-1.3 燃烧科学发展简史

--1.3 燃烧科学发展简史

-1.4 燃烧科学的研究方法

--1.4 燃烧科学的研究方法

-1.5 课程的结构

--1.5 课程的结构

第二章 燃烧与热化学

-2.1 概述

--概述

-2.2 状态参数复习

--状态参数复习

-2.3 热力学第一定律

--热力学第一定律

-2.4 反应物和生成物的混合物

--反应物与生成物的组成

--绝对(或标准)焓和生成焓

--燃烧焓与热值

--例题

-2.5 绝热燃烧温度

--定压绝热燃烧温度

--定容绝热燃烧温度

-2.6 化学平衡

--第二定律的讨论

--吉布斯函数

--复杂系统(选修)

-2.7 燃烧的平衡产物

--全平衡(选修)

--水煤气反应的平衡

--压力影响

-2.8 应用

--回热式和蓄热式交换器

--例题

--烟气再循环

-2.9 小结

--小结

-第二章 燃烧与热化学--第二章作业

第三章 传质引论

-3.1 传质概述

--3.1.1传质概述

-3.2 传质理论基础

--3.2.1菲克扩散定律

--3.2.2扩散的分子基础-分子动力学

--3.2.3扩散系数的微观推导(选修)

--3.2.4组分守恒方程推导

-3.3 传质应用实例

--3.3.1应用实例一:液面蒸发

--3.3.2蒸汽界面边界条件

--3.3.3液滴蒸发

-3.4 小结

--3.4.1液滴质量守恒+小结

-第三章 传质引论--第三章作业

第四章 化学动力学

-4.1 概述

--概述

-4.2 总包反应与基元反应

--总包反应与基元反应

-4.3 基元反应速率

--双分子反应和碰撞理论

--其他基元反应

-4.4 多步反应机理的反应速率

--净生成率

--反应速率常数与平衡常数关系

--稳态近似

--单分子反应机理

--链式反应和链式分支反应(一)

--链式反应和链式分支反应(二)

--化学时间尺度(一)

--化学时间尺度(二)

--部分平衡

-4.5 简化机理(选修)

--简化机理(选修)

-4.6 催化和非均相反应(选修)

--催化和非均相反应(选修)

-4.7 小结

--小结

-第四章 化学动力学--第四章作业

第五章 一些重要的化学机理

-5.1 概述

--概述

-5.2 H2-O2系统

--H2-O2系统

--H2-O2系统爆炸特性

-5.3 一氧化碳的氧化

--一氧化碳的氧化

-5.4 高链烷烃的氧化

--三步机理

--八步机理

--总包反应和准总包机理

-5.5 甲烷燃烧

--复杂机理和起源

--甲烷燃烧动力学

--高温反应途径分析

--低温反应途径分析

-5.6 氮氧化物

--氮氧化物的形成(一)

--氮氧化物的形成(二)

--氮氧化物的危害

-5.7 小结

--小结

-第五章 一些重要的化学机理--第五章作业

第六章 反应系统化学与热分析的耦合

-6.1 概述

--6.1 概述

-6.2 定压-定质量反应器

--6.2 定压-定质量反应器

-6.3 定容-定质量反应器

--6.3 定容-定质量反应器

-6.4 全混流反应器

--6.4 全混流反应器

-6.5 柱塞流反应器

--6.5 柱塞流反应器

-6.6 燃烧系统建模中的应用及小结

--6.6 燃烧系统建模中的应用及小结

-第六章 反应系统化学与热分析的耦合--第六章作业

第七章 反应流的简化守恒方程

-7.1 概述和总质量守恒

--7.1 概述和总质量守恒

-7.2 组分质量守恒

--7.2 组分质量守恒

-7.3 多组分扩散(选修)

--7.3 多组分扩散(选修)

-7.4 动量守恒方程(选修)

--7.4 动量守恒方程(选修)

-7.5 能量守恒方程-质量通量表达形式

--7.5 能量守恒方程-质量通量表达形式

-7.6 守恒标量的概念-混合物分数定义

--7.6 守恒标量的概念-混合物分数定义

-第七章 反应流的简化守恒方程--第七章作业

第八章 层流预混火焰

-8.1 概述及物理描述

--8.1 定义及重要特征与实验室典型火焰

-8.2 层流火焰分析

--8.2.1 简化分析

--8.2.1 简化分析(续)

--8.2.2 详细分析

-8.3 影响火焰速度和火焰厚度的因素

--8.3.1 温度、压力和当量比,燃料选型及火焰速度选型

--8.3.2 火焰速度测量

-8.4 熄火、可燃性和点火

--8.4.1 冷壁熄火

--8.4.2 可燃极限和点火

-8.5 火焰稳定及小结

--8.5 火焰稳定及小结

-第八章 层流预混火焰--第八章作业

第九章 层流非预混火焰

-9.1 概述

--概述

-9.2 无反应的恒定密度层流射流

--物理描述

--求解

--两个例子

-9.3 射流火焰的物理描述

--射流火焰的物理描述

-9.4 简化理论描述

--概述

--守恒标量

--状态关系式

--各种不同的解法(一)(选修)

--9.4.5 各种不同的解法(二)(选修)

-9.5 不同几何形状燃烧器的火焰长度

--圆口和槽型口燃烧器火焰长度

--火焰长度的影响因素

--两个例子

-9.6 碳烟的形成和分解

--碳烟的形成和分解

-9.7 对冲火焰(选修)

--对冲火焰(选修)

-9.8 小结

--小结

-第九章 层流非预混火焰--第九章作业

第十章 液滴的蒸发与燃烧

-10.1 概述

--概述

-10.2 液滴蒸发的简单模型

--基本假设

--气相分析

--气液界面能量平衡

--液滴寿命

-10.3 液滴燃烧的简化模型

--假设

--质量守恒和组分守恒

--温度分布

--液滴表面能量守恒

--火焰面处能量守恒

--液气平衡 总结和求解

--燃烧速率常数和液滴寿命

--例题

--扩展到对流条件

-10.4 一维蒸发控制燃烧

--物理模型和假设

--液滴数目和液滴相守恒

--总守恒方程

--气相成分和气相能量守恒

--液滴动量守恒 模型总结

--例题

-10.5 小结

--小结

-第十章 液滴的蒸发与燃烧--第十章作业

第十一章 固体燃烧

-11.1 概述及燃煤锅炉

--11.1.1 概述

--11.1.2 燃煤锅炉

-11.2 非均相反应

--11.2.1 非均相反应及表面化学反应

--11.2.2 碳反应的半总包机理反应

-11.3 单颗粒碳的燃烧-单膜模型

--11.3.1 模型建立

--11.3.2 质量与组分守恒与表面化学动力学

--11.3.3 电路比拟与碳燃烧控制

--11.3.4 能量守恒

-11.4 单颗粒碳的燃烧-双膜模型

--11.4.1 模型建立

--11.4.2 组分守恒、封闭性和表面化学反应

-11.5 颗粒燃烧速度

--11.5 颗粒燃烧速度

-11.6 煤的热解及燃烧

--11.6 煤的热解及燃烧

-第十一章 固体燃烧--第十一章作业

第十二章 湍流燃烧入门(选修)

-12.1 概述

--概述

-12.2 湍流现象与描述

--湍流的现象与描述

-12.3 湍流尺度

--湍流尺度

-12.4 湍流模型

--湍流模型方法(1)

--湍流模型方法(2)

-12.5 湍流预混火焰

--湍流火焰速度

--湍流火焰结构与模式

--12.5.3 例题

--层流火焰折皱模式

--分布式反应区模式和漩涡小火焰模式

--火焰稳定

-12.6 湍流非预混火焰

--射流火焰

--火焰长度

-12.7 湍流燃烧小结

--湍流燃烧小结

课程总结

-课程总结

--课程总结

状态参数复习笔记与讨论

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