热力学过程( 二 )

W 为功,作功为正,得功为负;U是系统的内能;Cv是平均定容摩尔热容;n是摩尔数 。等压过程其特徵是系统的压力为常数 。对于等压过程如果系统与环境间除膨胀功外无其他功的交换,则: W=p(V2-V1),QH=H2-H1=nCp(T2-T1)式中H为系统的焓,H=U+pV;Cp为平均定压摩尔热容 。等温过程其特徵是系统的温度为常数 。如果是可逆等温过程,则: Q=TΔS=T(S2-S1),W=QU=TΔSU式中S为系统的熵 。如果是理想气体的等温膨胀(或压缩)过程,系统的状态变化满足pV=常数 。等温过程,顾名思义,在过程中温度保持不变 。例子:当贮存器的容量足够大,或者是改变容量的过程足够慢,被浸在一个恆温水池等等 。换句话说,这个系统在温度被一个可传热的空间连结在一起 。在过程中,系统的净能量没有因为加热或冷却而有所改变,称为绝热过程 。对于一个可逆的过程,这与等熵过程一样 。我们可说这个系统因为一个绝缘的空间在热能上与外围隔绝 。留意的是,如果一个系统中的熵未达到最高的平衡数值,那幺熵的值在系统纵使在热能上被隔绝仍会一直增加 。一个等熵过程就是熵的数值一直是常数 。对于一个可逆的过程,这与绝热过程一样 。如果一个系统中的熵未达到最高的平衡数值时,对该系统进行冷却便可能需要维持熵的数值不变 。任何热力学势都可能在过程中保持常数,例如:在一个等焓过程中,焓保持不变 。

热力学过程

文章插图
热力学过程绝热过程其特徵是系统与环境间无热交换,因此: W=-ΔU如果是理想气体的可逆绝热膨胀(或压缩)过程,系统的状态变化满足pV=常数γ,式中γ=cp/cv,即定压比热容cp与定容比热容cv之比,称为比热容比 。多变过程在许多实际过程中,经验表明,系统的状态变化近似地遵循下述规律: pV=常数m
热力学过程

文章插图
热力学过程式中 m为多变指数,这类过程称为多变过程 。引入多变过程的概念可使数学处理简化,但是此式只能在经过检验的範围内使用 。当m取特定的数值时,这一多变过程可转化为上述各种基本过程 。例如m=0,则p=常数,即转化为等压过程;m=1,pV=常数,即为理想气体的等温过程;m=γ,即转化为理想气体的可逆绝热过程 。在多数情况下,m=1.2~1.5 。套用化工生产化工生产中套用热力过程的作用:①使原料、中间产品和产品完成预期的状态变化,以满足后续工序加工和产品使用的要求,例如在合成氨工厂中,氮氢混合气进入合成塔前,必须经过压缩,将气体压力升高到合成塔的操作压力 。②实现能量的传递和转化,以满足某种过程的需要,并有效地利用能量 。例如通过热力过程循环把合成氨厂中各种工艺余热转化为机械功 。化工生产中常用的热力过程如下:(1)流体的压缩过程,这是流体的升压过程,其目的是供给能量以克服流体输送过程中受到的阻力,或满足后续工序的要求 。气体压缩过程的功耗,可用压缩机的等熵效率估算,也可用压缩机的等温效率估算 。(2)流体的膨胀过程,这是流体的降压过程 。流体膨胀的目的:①降低流体的压力,以适应后续工序的需要 。如锅炉的蒸汽压力高于用汽设备的使用压力时,降压才能使用 。②降低气体的温度,以获得低温或使气体液化,如製冷和深度冷冻时的气体降压 。③通过降压释放能量,对外作功,如蒸汽通过汽轮机(透平)喷嘴降压后,动能增加,推动叶轮旋转并输出轴功 。流体膨胀过程的可逆轴功是流体从