相變潛熱的計(jì)算

1、intent heat of phase change 相變潛熱的計(jì)算一、相變潛熱機(jī)理相：系統(tǒng)中具有完全相同的物理性質(zhì)和化學(xué)組成的均勻部分。相變化過程：物質(zhì)從一個相轉(zhuǎn)移到另一個相的過程。 實(shí)質(zhì)：新相的生成和舊相的消失。1.相的定義相變潛熱的計(jì)算（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(jù)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(xì)，一般有幾種固體就有幾種相。2.相的分類相變潛熱的計(jì)算3.相變潛熱的定義相變潛熱：是指單位質(zhì)量或者單位物質(zhì)的量的物質(zhì)在等溫等壓的情況下，從一個相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€相吸收或者放出的熱量。常見的：固-液 轉(zhuǎn)變 熔解熱 液-氣 轉(zhuǎn)變

2、汽化熱固-氣 轉(zhuǎn)變 升華熱許多固體在不同的溫度和壓強(qiáng)下具有不同的結(jié)晶形式，即可以從一種固相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N固相，這種過程稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。同素異晶轉(zhuǎn)變過程中也要產(chǎn)生相變潛熱。相變潛熱的計(jì)算4.不同物質(zhì)的相變潛熱（1）對于純物質(zhì)，一般認(rèn)為相變是在單一溫度下進(jìn)行的（即所謂的理想相變），其相變值可視為一個常數(shù)；（2）對于復(fù)合相變介質(zhì)，其相變是在一個小的溫度范圍內(nèi)進(jìn)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(guān)。相變潛熱的計(jì)算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(yīng)的潛熱大小

3、： 固-氣 液-氣 固-液相變潛熱的計(jì)算二、相變潛熱的計(jì)算相變液體氣化 蒸發(fā)熱固體溶化 熔解熱液體凝固 凝固熱固體晶型轉(zhuǎn)變 相變熱相變潛熱相變潛熱的計(jì)算 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-液相變材料相變潛熱的計(jì)算氣-液 固-液固-氣固-固熱力學(xué)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經(jīng)驗(yàn)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法相變潛熱的計(jì)算相變潛熱的實(shí)質(zhì)：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

4、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：根據(jù)熱力學(xué)公式 為相變焓， 為相變溫度， 為相變熵。相變潛熱的計(jì)算11方法：查手冊 許多純物質(zhì)在正常沸點(diǎn)（或熔點(diǎn)）下的相變潛熱數(shù)據(jù)可在手冊中查到。 若查到的數(shù)據(jù)，其條件不符合要求，可設(shè)計(jì)一定計(jì)算途徑來計(jì)算。例如：A（液）1molT1,P1A（汽）1molT1，P1A（液）1molT2,P2A（汽）1molT2，P2 h3 h1 h2 h4 h2 h2 h1 h1 h3 h3 h4 h4（已知）（？）相變潛熱的計(jì)算方法： 特魯頓法則（沸點(diǎn)法） hvb Tb (kJ/mol) b為常數(shù)，對非極性液體，b0.088; 水低分子量醇，b0.1

5、09。 Tb 為液體的正常沸點(diǎn)，K； hv 汽化潛熱，kJ/mol。注意：此法用于計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)汽化熱即正常沸點(diǎn)下的相變 潛熱；計(jì)算誤差比較大，在30%之內(nèi)。相變潛熱的計(jì)算方法：陳氏方程Tb為液體的正常沸點(diǎn)，KTc 為臨界溫度，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(jié)性的化合物。)/(/07. 1)ln555. 1983. 3/978. 3(319. 8molJcTbTcpcTbTbTvh相變潛熱的計(jì)算14方法Riedel方程rbcbvTpTh930.0)2897.1(ln079.9Tb正常沸點(diǎn)，K ;hv正常沸點(diǎn)下的汽化潛熱，J/mo

6、l;pc臨界壓力，Mpa;Trb正常沸點(diǎn)下的對比溫度(Trb=Tb/Tc)注意：此公式計(jì)算正常沸點(diǎn)下的汽化焓，誤差一般都在 5%之內(nèi)。相變潛熱的計(jì)算15方法克勞修斯-克拉貝隆方程BRThpv*ln式中p*蒸汽壓，其單位要視式中常數(shù)B的數(shù)值而定，此方程h看作常數(shù) 若在蒸汽壓數(shù)據(jù)覆蓋的范圍內(nèi)， h可看作為常數(shù)時，則可將實(shí)驗(yàn)測得的幾個溫度下相應(yīng)的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)，作lnp-1/T圖，由直線斜率（ hv/R)求出此溫度范圍內(nèi)的平均摩爾汽化熱。相變潛熱的計(jì)算16在很多情況下，汽化熱隨溫度改變，需用克拉貝隆方程：)(h*lVgVTvdTdp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，V

7、g Vl，由理想氣體狀態(tài)方程代入下式得：2*lnRThdTpdv溫度T時的汽化熱可用lnp-T圖由蒸汽壓數(shù)據(jù)來計(jì)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。相變潛熱的計(jì)算17方法：沃森公式38.01212)11()()(rrvvTThh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%相變潛熱的計(jì)算方法：標(biāo)準(zhǔn)熔化熱的經(jīng)驗(yàn)估算hm（J/mol) 9.2Tm(用于金屬元素) 25Tm(用于無機(jī)化合物) 50Tm(用于有機(jī)化合物)式中 Tm 為正常熔點(diǎn),K。相變潛熱的計(jì)算方法：變時間步長法步長就是將需要測量的數(shù)值均勻

8、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(yīng)該是以時間軸為主自變量，確定步長后定點(diǎn)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(jì)、觀察數(shù)據(jù)。固-液相變過程：相變潛熱的計(jì)算方法：有限差分-有限單元法該方法將求解域劃分為差分網(wǎng)格，用有限個網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)代替連續(xù)的求解域。相變潛熱的計(jì)算方法：焓法由于相變問題的復(fù)雜性，一般采用近似分析或者數(shù)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(jìn)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(zhì)相變墻體房間空氣熱平衡模型，采用有限差分法對模型進(jìn)行離散，并編程求解。相變潛熱的計(jì)算方法 顯熱容法即相變計(jì)算過程發(fā)生在

9、一個可觀的溫度差范圍內(nèi)，可以把這些物質(zhì)的相變潛熱看作是在足夠厚度的相變區(qū)域內(nèi)有一個很大的顯熱容量，隨著相變過程的逐漸進(jìn)行，相變潛熱不斷釋放或吸收，相變區(qū)內(nèi)的物質(zhì)溫度也隨時間逐漸下降。構(gòu)造熱容表達(dá)式和導(dǎo)熱系數(shù)的表達(dá)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(nèi)的相變過程。相變潛熱的計(jì)算方法液體的凝固及固體融化過程，數(shù)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(zhuǎn)換將移動前沿變?yōu)楣潭ㄇ把?，從而將移動區(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)域法：將分區(qū)求解的導(dǎo)熱問題化成整個區(qū)域上的非線性導(dǎo)熱問題處理， 焓法、顯熱容法、等效熱容法。相變潛熱的計(jì)算方法 相變材料儲熱性能分析DSC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(zhì)和參比物質(zhì)的功率差和溫度關(guān)系，可以定量得測定物質(zhì)的熔點(diǎn)、熱焓、熵、比熱容等熱動力學(xué)參數(shù)。 測定相變材料的相變溫度和相變潛熱相變潛熱的計(jì)算 DTA（差熱分析法）使用溫度：-180 +2400 使用DTA設(shè)備，在程序控制溫度下，測量物質(zhì)和參比物的溫度差和溫度關(guān)系的一種技術(shù)。差熱曲線是由差熱分析得到的記