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文檔簡介
1、相變潛熱intent heat of phase change,一、相變潛熱機理,相:系統(tǒng)中具有完全相同的物理性質和化學組成的均勻部分。相變化過程:物質從一個相轉移到另一個相的過程。 實質:新相的生成和舊相的消失。,1.相的定義,(1)只要是氣體,無論一種或幾種混合在一起, 都是一相;(2)液體根據其互溶程度,通常為一相、兩相、三相共存;(3)固體無論分散得多細,一般有幾種固體就有幾種相。,2.相的分類,3.
2、相變潛熱的定義,相變潛熱:是指單位質量或者單位物質的量的物質在等溫等壓的情況下,從一個相轉變?yōu)榱硪粋€相吸收或者放出的熱量。常見的:固-液 轉變 → 熔解熱 液-氣 轉變 → 汽化熱固-氣 轉變 → 升華熱許多固體在不同的溫度和壓強下具有不同的結晶形式,即可以從一種固相轉變?yōu)榱硪环N固相,這種過程稱為同素異晶轉變。同素異晶轉變過程中也要產生相變潛熱。,4.不同物質的相變潛熱,(1)對于純物質,一般認為相變是在
3、單一溫度下進行的(即所謂的理想相變),其相變值可視為一個常數;(2)對于復合相變介質,其相變是在一個小的溫度范圍內進行的,在這種相變過程中的相變潛熱不再是一個常熟,與溫度t有關。,5.相變潛熱的大小,液相分子比在固相分子中有大得多的自由動能,具有較高的能量,氣相中分子也具有較高的自由度,分子間完全自由,相互引力幾乎為0。同等情況下,對應的潛熱大?。?固-氣 > 液-氣 > 固-液,二、相變潛熱的計算,相變
4、,,液體氣化 → 蒸發(fā)熱固體溶化 → 熔解熱液體凝固 → 凝固熱固體晶型轉變 → 相變熱,,相變潛熱,相變材料按照其相變類型分類,總共可以分成四類: (1)固-氣相變材料 (2)液-氣相變材料 (3)固-固相變材料 (4)固-液相變材料,,氣-液 固-液固-氣固-固,,熱力學公式查手冊特魯頓公式陳氏方程Riedel方程克勞修斯方程沃森公式,,
5、經驗公式變時間步長法有限差分-有限單元法焓法顯熱容法,,DSC法DTA法,相變潛熱的實質:相變過程中末態(tài)與初態(tài)的焓差△H,即相變焓。同時,一般來說,壓力對于固體、液體的焓的影響都很小,所以在壓力變化不大的情況下,可以忽略壓力對于固體、液體的焓的影響。方法①:根據熱力學公式 為相變焓, 為相變溫度, 為相變熵。,11,方法②:查手冊
6、 許多純物質在正常沸點(或熔點)下的相變潛熱數據可在手冊中查到。 若查到的數據,其條件不符合要求,可設計一定計算途徑來計算。,例如:,A(液)1molT1,P1,A(汽)1molT1,P1,A(液)1molT2,P2,A(汽)1molT2,P2,,,,△h3,△h1,△h2,△h4,△h2 = △ h1 - △ h3- △ h4,,(已知),(?),方法③: 特魯頓法則(沸點法)
7、 △hv=b Tb (kJ/mol) b為常數,對非極性液體,b=0.088; 水﹑低分子量醇,b=0.109。 Tb 為液體的正常沸點,K; △hv 汽化潛熱,kJ/mol。注意:此法用于計算標準汽化熱即正常沸點下的相變 潛熱;計算誤差比較大,在30%之內。,方法④:陳氏方程Tb為液體的正常沸點,KTc 為臨
8、界溫度,KPc 為臨界壓力,atm 注意:此方程適用于烴類及弱極性化合物,誤差一般小于4%。不適用醇酸等具有締結性的化合物。,14,方法⑤Riedel方程,Tb,,正常沸點,K ;,△hv,,,正常沸點下的汽化潛熱,J/mol;,,pc,臨界壓力,Mpa;,Trb,正常沸點下的對比溫度(Trb=Tb/Tc),注意:此公式計算正常沸點下的汽化焓,誤差一般都在 5%之內。,15,方法⑥克勞修斯-克拉貝隆方程,式中
9、p*,,蒸汽壓,其單位要視式中常數B的數值而定,此方程△h看作常數,若在蒸汽壓數據覆蓋的范圍內, △h可看作為常數時,則可將實驗測得的幾個溫度下相應的飽和蒸汽壓數據,作lnp-1/T圖,由直線斜率( -△hv/R)求出此溫度范圍內的平均摩爾汽化熱。,16,,在很多情況下,汽化熱隨溫度改變,需用克拉貝隆方程:,式中,Vg 、Vl分別為氣體和液體在溫度T時的摩爾容積。,中低壓時,Vg ﹥﹥Vl,由理想氣體狀態(tài)方程代入下式得:,溫度T時的汽化
10、熱可用lnp-T圖由蒸汽壓數據來計算,即曲線上某溫度處的切線斜率,就是該溫度的(dlnp/dT),由上式求出△hv。,17,方法⑦:沃森公式,式中:Tr1、Tr2分別是T1、T2下的對比溫度注意:此公式在臨界溫度10K以外平均誤差為1.8%,,方法⑧:標準熔化熱的經驗估算△hm(J/mol) ≈9.2Tm(用于金屬元素) ≈25Tm(用于無機化合物) ≈50Tm(用于有
11、機化合物)式中 Tm 為正常熔點,K。,方法⑨:變時間步長法步長就是將需要測量的數值均勻分成若干個區(qū)間,每個區(qū)間的長度就叫步長。時間步長法應該是以時間軸為主自變量,確定步長后定點測值,簡單來說就是每隔一段時間取一個值記錄下來,方便統(tǒng)計、觀察數據。,固-液相變過程:,方法⑩:有限差分-有限單元法該方法將求解域劃分為差分網格,用有限個網格節(jié)點代替連續(xù)的求解域。,方法⑾:焓法由于相變問題的復雜性,一般采用近似分
12、析或者數值分析的方法來求解。對該類問題建立焓法模型,如對相變墻體傳熱的特性進行分析時,采用在整個區(qū)域建立統(tǒng)一能力方程的焓法模型求解傳熱,建立輕質相變墻體房間空氣熱平衡模型,采用有限差分法對模型進行離散,并編程求解。,方法⑿ 顯熱容法即相變計算過程發(fā)生在一個可觀的溫度差范圍內,可以把這些物質的相變潛熱看作是在足夠厚度的相變區(qū)域內有一個很大的顯熱容量,隨著相變過程的逐漸進行,相變潛熱不斷釋放或吸收,相變區(qū)內的物質溫度也隨時間逐漸
13、下降。構造熱容表達式和導熱系數的表達式。此方法適合求解 【變溫相變】,即相變發(fā)生在一個溫度范圍內的相變過程。,方法⒀液體的凝固及固體融化過程,數值的求解方法可分為3類:前沿跟蹤法:固定步長法 變時間步長法 固定前沿法:通過某種轉換將移動前沿變?yōu)楣潭ㄇ把兀瑥亩鴮⒁苿訁^(qū)域問題化為固定區(qū)域問題求解。 熱面移動法 自變量變換法固定區(qū)
14、域法:將分區(qū)求解的導熱問題化成整個區(qū)域上的非線性導熱問題處理, 焓法、顯熱容法、等效熱容法。,,方法⒁ 相變材料儲熱性能分析①DSC法(差示掃描量熱法)使用的溫度范圍:-175 ~ +725℃使用差式掃描量熱儀,在程序控制溫度下,測量輸入物質和參比物質的功率差和溫度關系,可以定量得測定物質的熔點、熱焓、熵、比熱容等熱動力學參數。 測定相變材料的相變溫度和相變潛熱,,② DTA(差熱分析
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