Ο νόμος της διατήρησης και του μετασχηματισμού της ενέργειας. Εξίσωση κατάστασης Van der Waals

Για τη διενέργεια θερμοδυναμικών υπολογισμών συστημάτων με μείγματα αερίων ή διαλύματα, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τη σύστασή τους. Η σύνθεση του μείγματος μπορεί να ρυθμιστεί:

Κλάσματα μάζας , όπου

- μοριακή μάζα Εγώ-ο συστατικό, kg/mol; Μ Εγώ– σχετικό μοριακό βάρος Εγώ-ο συστατικό? n Εγώ- ποσό Εγώ-η ουσία, mol;

για κάθε φάση
;

Μοριακά κλάσματα
, όπου
- την ποσότητα της ουσίας του μείγματος, mol. για κάθε φάση, το άθροισμα των μοριακών κλασμάτων των συστατικών του μείγματος
;

Κλάσματα όγκου, τα οποία είναι ίσα με μοριακά κλάσματα
, όπου
- Ενταση ΗΧΟΥ Εγώ-ο συστατικό του μείγματος, το οποίο στη θερμοκρασία και την πίεση του μείγματος των αερίων ονομάζεται μειωμένος όγκος.
, m 3 / mol - μοριακός όγκος του i-ου συστατικού του μείγματος. Σύμφωνα με το νόμο του Avagadro, οι μοριακόι όγκοι όλων των συστατικών ενός μείγματος αερίων είναι ίσοι και
, όπου
. Το άθροισμα των μειωμένων όγκων των συστατικών ενός μείγματος αερίων είναι ίσο με τον όγκο του μείγματος (νόμος του Amag), δηλ.
.

Η σύνθεση ενός μείγματος ιδανικών αερίων μπορεί να δοθεί και με μερικές πιέσεις R Εγώ, συγκεντρώσεις μάζας και μοριακές συγκεντρώσεις
.

Κατά τον καθορισμό της σύνθεσης των διαλυμάτων, χρησιμοποιούνται συγκεντρώσεις μάζας και μοριακών.

Μερική πίεση R Εγώ είναι η πίεση Εγώ-ο συστατικό του μείγματος αερίων, με την προϋπόθεση ότι καταλαμβάνει ολόκληρο τον όγκο που προορίζεται για το μείγμα στη θερμοκρασία του μείγματος.

3.2. Σχέσεις για μείγματα ιδανικών αερίων. ο νόμος του Ντάλτον

Η μέση μοριακή μάζα ενός μείγματος αερίων δίνεται από το
, kg/mol, όπου
- μάζα του μείγματος.
- την ποσότητα της ουσίας στο μείγμα. Επειτα

.

Ειδική σταθερά αερίου μείγματος αερίων

, J/(kgK),

όπου
J/(molK) – μοριακή σταθερά αερίου. είναι η μοριακή μάζα του μείγματος.

Ο νόμος του Dalton:

, Πα,

εκείνοι. το άθροισμα των μερικών πιέσεων των επιμέρους αερίων στο μείγμα είναι ίσο με τη συνολική πίεση του μείγματος. Έτσι, κάθε αέριο στο δοχείο καταλαμβάνει ολόκληρο τον όγκο στη θερμοκρασία του μείγματος, όντας υπό τη δική του μερική πίεση.

Η εξίσωση κατάστασης για ένα μείγμα ιδανικών αερίων έχει τη μορφή:

.

Για μερική πίεση και για μειωμένο όγκο Εγώ- Το συστατικό του μείγματος, οι εξισώσεις κατάστασης έχουν τη μορφή:

Στη συνέχεια, διαιρώντας αυτές τις εξισώσεις όρο προς όρο την πρώτη με τη δεύτερη, έχουμε

.

Διαίρεση της εξίσωσης
στην εξίσωση
ανά όρο, παίρνουμε:

.

Κεφάλαιο 4

4.1. Τύποι θερμοχωρητικότητας

Η θερμοχωρητικότητα είναι η ιδιότητα των σωμάτων να απορροφούν και να απελευθερώνουν θερμότητα όταν η θερμοκρασία αλλάζει κατά ένα βαθμό σε διάφορες θερμοδυναμικές διεργασίες. Διακρίνετε τη συνολική μέση και τη συνολική πραγματική θερμοχωρητικότητα.

Η συνολική μέση θερμοχωρητικότητα της θερμοδυναμικής διεργασίας (TP) είναι η θερμοχωρητικότητα ενός σώματος με μάζα m, kg για το τελικό τμήμα του TP:

, [J/K].

Η συνολική πραγματική θερμοχωρητικότητα του TP είναι η θερμοχωρητικότητα ενός σώματος με μάζα Μ, kg σε κάθε δεδομένη στιγμή TP:

, [J/K].

Θεωρήστε ένα αυθαίρετο TP 1-2 σε συντεταγμένες
, όπου Qείναι η παρεχόμενη θερμότητα σε [J]. t είναι η θερμοκρασία σε [0 C]. Επειτα
,
.

Εάν το TS είναι ένα ομοιογενές ρευστό εργασίας, τότε οι σχετικές θερμοχωρητικότητες χρησιμοποιούνται στους υπολογισμούς:

Ειδική θερμοχωρητικότητα - θερμοχωρητικότητα ανά 1 kg ουσίας c=c/Μ J/kgK;

Μοριακή θερμοχωρητικότητα - θερμοχωρητικότητα που σχετίζεται με 1 mol μιας ουσίας
J/molK;

Ογκομετρική θερμοχωρητικότητα - θερμοχωρητικότητα που σχετίζεται με 1 m 3 μιας ουσίας
, J / m 3 K.

Η θερμοχωρητικότητα είναι συνάρτηση της διεργασίας και εξαρτάται από τον τύπο του ρευστού εργασίας, τη φύση της διεργασίας και τις παραμέτρους κατάστασης. Έτσι, η θερμοχωρητικότητα σε μια διαδικασία με σταθερή πίεση ονομάζεται ισοβαρική θερμοχωρητικότητα:

,

όπου H, το J είναι η ενθαλπία.

Η θερμοχωρητικότητα σε μια διαδικασία σταθερού όγκου ονομάζεται ισοχωρική θερμοχωρητικότητα:

,

όπου U, J – εσωτερική ενέργεια.

Η θερμοχωρητικότητα ενός ιδανικού αερίου δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την πίεση και εξαρτάται μόνο από τον αριθμό των βαθμών ελευθερίας κίνησης των μορίων και, σύμφωνα με το νόμο για την ίση κατανομή της ενέργειας στους βαθμούς ελευθερίας κίνησης των μορίων , η θερμοχωρητικότητα:
, όπου
- περιστροφικοί βαθμοί ελευθερίας, ίσοι με μηδέν για ένα μονοατομικό αέριο
, για ένα διατομικό αέριο -
=2 και για τριατομικά αέρια
=3;
Το J/molK είναι η μοριακή σταθερά του αερίου. Θερμοχωρητικότητα καθορίζεται από την εξίσωση Mayer:

.

Για μονοατομικό αέριο
και
, για ένα διατομικό αέριο
και
, για τρία ή περισσότερα ατομικά αέρια
και
.

Η θερμοχωρητικότητα των πραγματικών αερίων εξαρτάται από την πίεση και τη θερμοκρασία. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορούμε να παραβλέψουμε την επίδραση της πίεσης στη θερμοχωρητικότητα και να δεχτούμε ότι η θερμοχωρητικότητα των πραγματικών αερίων εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία: ντο= φά(t). Αυτή η εξάρτηση προσδιορίζεται πειραματικά.

Η εμπειρική εξάρτηση της ειδικής πραγματικής θερμοχωρητικότητας από τη θερμοκρασία μπορεί να αναπαρασταθεί ως πολυώνυμο:

όπου
σε θερμοκρασία t=0 0 C. Για τα διατομικά αέρια, μπορούμε να περιοριστούμε σε δύο όρους:
, ή
, όπου
.

Για το τελευταίο τμήμα της διαδικασίας 1-2, η ποσότητα θερμότητας είναι:

Τότε η μέση θερμοχωρητικότητα σε αυτό το τμήμα της διαδικασίας θα είναι ίση με:

J/kgK.

Στην περιοχή των χαμηλών θερμοκρασιών στο Τ<100К прекращается вращательное движение молекул и колебательное движение атомов, а при температуреΤ→0Κ, σταματά και η μεταφορική κίνηση των μορίων, δηλ. στο Τ=0K ΑΠΟ R = ντο v=0 και η θερμική κίνηση των μορίων σταματά (πειραματικά δεδομένα των Nernst et al., 1906-1912). Σε θερμοκρασία Τ→0K ιδιότητες των ουσιών παύουν να εξαρτώνται από τη θερμοκρασία, όπως φαίνεται στο γράφημα της θερμοχωρητικότητας έναντι της απόλυτης θερμοκρασίας.

1. Κύριοι τύποι πόρων.

Τα κύρια συστατικά του υγρού καυσίμου

Καύσιμα- πηγή ενέργειας; μια εύφλεκτη ουσία που παράγει σημαντική ποσότητα θερμότητας κατά την καύση.

Ανάλογα με την κατάσταση συσσωμάτωσης διακρίνονται τα στερεά, τα υγρά και τα αέρια καύσιμα.

Προς την στερεό φυσικό καύσιμοπεριλαμβάνουν καυσόξυλα, καφέ και λιθάνθρακα, τύρφη, ανθρακίτη. σε στερεό τεχνητό καύσιμο - οπτάνθρακας, κάρβουνο, μπρικέτες και σκόνη από καφέ και λιθάνθρακα, θερμοανθρακίτη. Δεν υπάρχει φυσικό υγρό καύσιμο. Διάφορες ρητίνες και μαζούτ χρησιμοποιούνται ως τεχνητά υγρά καύσιμα. Το αέριο καύσιμο μπορεί να είναι φυσικό, όπως το φυσικό αέριο. Ως τεχνητό αέριο καύσιμο, χρησιμοποιούνται αέρια που λαμβάνονται σε φούρνους οπτάνθρακα (φούρνοι οπτάνθρακα), σε υψικάμινους (υψικάμινους ή υψικάμινους) και σε γεννήτριες αερίου (γεννήτριες).

υγρά καύσιμα- Πρόκειται κυρίως για ουσίες οργανικής προέλευσης, τα κύρια συστατικά των οποίων είναι ο άνθρακας, το υδρογόνο, το οξυγόνο, το άζωτο και το θείο.

Ο άνθρακας (C) είναι ο κύριος φορέας της θερμότητας. Η καύση 1 kg άνθρακα απελευθερώνει 34.000 kJ θερμότητας. Ο άνθρακας μπορεί να περιέχεται στο μαζούτ έως και 85%, σχηματίζοντας ενώσεις.

Το υδρογόνο (Η) είναι το δεύτερο πιο σημαντικό στοιχείο καυσίμου: η καύση 1 kg υδρογόνου απελευθερώνει περίπου 125.000 kJ θερμότητας. Η περιεκτικότητα σε υδρογόνο στα υγρά καύσιμα είναι 10%.

Το υγρό καύσιμο περιέχει επίσης υγρασία (W) και έως και 0,5% τέφρα (A).

Το άζωτο (Ν) και το οξυγόνο (Ο) αποτελούν μέρος των πολύπλοκων οργανικών οξέων και φαινόλων και περιέχονται στα καύσιμα σε μικρές ποσότητες (περίπου 3%).

Το θείο (S) κατά την καύση απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα θερμότητας, ωστόσο, οι ενώσεις θείου, όταν αλληλεπιδρούν με λιωμένα ή θερμαινόμενα μέταλλα, επιδεινώνουν την ποιότητά τους: τα προϊόντα καύσης που περιέχουν θειούχες ενώσεις αυξάνουν τη διάβρωση των μεταλλικών μερών των κλιβάνων, ο χάλυβας που είναι κορεσμένος με θείο έχει αυξηθεί κόκκινη ευθραυστότητα. Το θείο συνήθως περιλαμβάνεται στη σύνθεση των υδρογονανθράκων (έως 4% ή περισσότερο).

Η σύνθεση του καυσίμου εργασίας:

ντοΠ + ΗΠ + ΟΠ + ΝΠ + ΣΠ + ΑΠ = 100 %.

Το αποξηραμένο καύσιμο που δεν έχει υγρασία ονομάζεται ξηρή μάζα (c):

ντοΜε + ΗΜε + O c + NΜε + S c + A c = 100%. Η οργανική μάζα του καυσίμου που περιέχει θείο ονομάζεται εύφλεκτη μάζα (g):

ΑΠΟσολ + Ησολ + Οσολ + Νσολ + Σσολ = 100.

2. Κύρια συστατικά του αερίου καυσίμου

Αέρια καύσιμαείναι βασικά ένα μείγμα από διάφορα αέρια όπως το μεθάνιο, το αιθυλένιο και άλλοι υδρογονάνθρακες. Επίσης, η σύνθεση των αερίων καυσίμων περιλαμβάνει μονοξείδιο του άνθρακα, διοξείδιο του άνθρακα ή διοξείδιο του άνθρακα, άζωτο, υδρογόνο, υδρόθειο, οξυγόνο και άλλα αέρια, καθώς και υδρατμούς.

Το φυσικό αέριο παράγεται από κοιτάσματα καθαρού αερίου ή μαζί με πετρέλαιο (συγγενές αέριο). Στην πρώτη περίπτωση, το κύριο εύφλεκτο συστατικό είναι το μεθάνιο, η περιεκτικότητα του οποίου μπορεί να φτάσει έως και 95–98%. Τα συναφή αέρια, εκτός από το μεθάνιο, περιέχουν σημαντικές ποσότητες άλλων υδρογονανθράκων: αιθάνιο (C2H6), προπάνιο (C 3 H 8), βουτάνιο (C 4 H 10), πεντάνιο (C 5 H 12) κ.λπ. Τα συναφή αέρια έχουν υψηλή θερμογόνο δύναμη, αλλά σπάνια χρησιμοποιούνται ως καύσιμο. Χρησιμοποιούνται κυρίως στη χημική βιομηχανία.

Με τη βοήθεια οργάνων που ονομάζονται αναλυτές αερίων, προσδιορίζεται η σύσταση του αερίου καυσίμου.

Η σύνθεση των ξηρών αερίων καυσίμων περιλαμβάνει:

CH 4 + C 2 H 4 + CO 2 + H 2 + H 2 S + C m H n+ N 2 + O 2 + ... = 100.

Το μεθάνιο (CH4) είναι το κύριο συστατικό πολλών φυσικών αερίων. Κατά την καύση 1 m 3 μεθανίου, απελευθερώνονται 35.800 kJ θερμότητας. Το μεθάνιο στα φυσικά αέρια μπορεί να περιέχει έως και 93-98%.

Αιθυλένιο (C2H4) - η καύση 1 m 3 αιθυλενίου απελευθερώνει 59.000 kJ θερμότητας. Τα αέρια μπορεί να περιέχουν μικρή ποσότητα από αυτό.

Υδρογόνο (H 2) - όταν καίγεται 1 m 3 υδρογόνου, απελευθερώνονται 10.800 kJ θερμότητας. Πολλά εύφλεκτα αέρια, εκτός από τα αέρια του φούρνου οπτάνθρακα, περιέχουν σχετικά μικρές ποσότητες υδρογόνου. Ωστόσο, η περιεκτικότητά του σε αέριο φούρνου οπτάνθρακα μπορεί να φτάσει το 50-60%.

Προπάνιο (С 3 Н 8), βουτάνιο (С 4 Н 10) - κατά την καύση αυτών των υδρογονανθράκων, απελευθερώνεται περισσότερη θερμότητα από ό, τι κατά την καύση του αιθυλενίου, αλλά η περιεκτικότητά τους σε εύφλεκτα αέρια είναι ασήμαντη.

Μονοξείδιο του άνθρακα (CO) - κατά την καύση 1 m 3 αυτού του αερίου, απελευθερώνονται 1 2 770 kJ θερμότητας. Το μονοξείδιο του άνθρακα είναι το κύριο εύφλεκτο συστατικό του αερίου υψικαμίνου. Αυτό το αέριο είναι άχρωμο και άοσμο και εξαιρετικά τοξικό.

Υδρόθειο (H 2 S) - κατά την καύση 1 m 3 υδρόθειου, απελευθερώνονται 23.400 kJ θερμότητας. Με την παρουσία υδρόθειου στο αέριο καύσιμο, αυξάνεται η διάβρωση των μεταλλικών μερών του κλιβάνου και του αγωγού αερίου. Με την ταυτόχρονη παρουσία οξυγόνου και υγρασίας στο αέριο, ενισχύεται η διαβρωτική δράση του υδρόθειου. Το υδρόθειο είναι ένα βαρύ αέριο με δυσάρεστη οσμή και είναι εξαιρετικά τοξικό.

Τα υπόλοιπα αέρια (CO 2 , N 2 , O 2 ) και οι υδρατμοί είναι συστατικά έρματος. Η παρουσία τους στο καύσιμο οδηγεί σε μείωση της θερμοκρασίας καύσης του. Με την αύξηση της περιεκτικότητας σε αυτά τα αέρια, η περιεκτικότητα σε εύφλεκτα συστατικά μειώνεται. Η περιεκτικότητα του καυσίμου σε περισσότερο από 0,5% ελεύθερο οξυγόνο θεωρείται επικίνδυνη σύμφωνα με τους όρους των κανονισμών ασφαλείας.

3. Θερμογόνος δύναμη καυσίμου

Θερμότητα καύσης καυσίμου- αυτή είναι η ποσότητα θερμότητας Q (kJ) που απελευθερώνεται κατά την πλήρη καύση 1 kg υγρού ή 1 m 3 αερίου καυσίμου.

Ανάλογα με την κατάσταση συσσώρευσης υγρασίας στα προϊόντα καύσης, υπάρχει διαχωρισμός σε υψηλότερη και χαμηλότερη θερμογόνο δύναμη.

Η υγρασία στα προϊόντα καύσης του υγρού καυσίμου σχηματίζεται κατά την καύση μιας εύφλεκτης μάζας υδρογόνου Η, καθώς και κατά την εξάτμιση της αρχικής υγρασίας καυσίμου w. Η υγρασία του αέρα που χρησιμοποιείται για την καύση εισέρχεται επίσης στα προϊόντα καύσης. Ωστόσο, συνήθως δεν λαμβάνεται υπόψη. Όταν το καύσιμο περιέχει υδρογόνο με εύφλεκτη μάζα H p kg κατά την καύση, σχηματίζονται 9H P kg υγρασίας. Ταυτόχρονα, τα προϊόντα καύσης περιέχουν (9Н Р + WP) kg υγρασίας. Χρειάζονται περίπου 2500 kJ θερμότητας για να μετατραπεί 1 κιλό υγρασίας σε κατάσταση ατμού. Η θερμότητα που δαπανάται για την εξάτμιση της υγρασίας δεν θα χρησιμοποιηθεί εάν δεν συμβεί συμπύκνωση υδρατμών. Σε αυτή την περίπτωση, παίρνουμε τη χαμηλότερη θερμογόνο δύναμη.

Q p H \u003d Q p B -25 (H p + W p).

Η θερμότητα της καύσης προσδιορίζεται με δύο μεθόδους: πειραματική και υπολογισμένη.

Στον πειραματικό προσδιορισμό της θερμότητας της καύσης χρησιμοποιούνται θερμιδομετρητές.

Μέθοδος προσδιορισμού:ένα δείγμα του καυσίμου καίγεται στη συσκευή (θερμιδόμετρο), η θερμότητα που απελευθερώνεται κατά την καύση του καυσίμου απορροφάται από το νερό. Γνωρίζοντας τη μάζα του νερού, η μεταβολή της θερμοκρασίας του μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της θερμότητας της καύσης. Αυτή η μέθοδος είναι καλή γιατί είναι απλή. Για να προσδιοριστεί η θερμογόνος δύναμη, αρκεί να έχουμε δεδομένα τεχνικής ανάλυσης.

Μέθοδος υπολογισμού.Εδώ, η θερμότητα της καύσης προσδιορίζεται από τον τύπο του D. I. Mendeleev:

Q p H \u003d 339С p + 1030Н p -109 (О p -S p) - 25 W p kJ / kg,

όπου τα C p, H p, O p, S p και W p αντιστοιχούν στην περιεκτικότητα σε άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο, θείο και υγρασία στο καύσιμο λειτουργίας,%.

Καύσιμο υπό όρους- Αυτή είναι μια έννοια που χρησιμοποιείται για την ομαλοποίηση και τον υπολογισμό της κατανάλωσης καυσίμου.

Συνηθίζεται να ονομάζουμε το καύσιμο με χαμηλότερη θερμογόνο δύναμη (29.310 kJ/kg) συμβατικό. Για να μετατρέψετε οποιοδήποτε καύσιμο σε συμβατικό καύσιμο, είναι απαραίτητο να διαιρέσετε τη θερμότητα καύσης του κατά 29.310 kJ / kg, δηλαδή να βρείτε το ισοδύναμο αυτού του καυσίμου: για το μαζούτ είναι 1,37-1,43, για τα φυσικά αέρια - 1,2-1,4 .

4α

4. Κύριο καύσιμο για σόμπες

καύσιμοείναι προϊόν διύλισης πετρελαίου, χρησιμοποιείται για την ανάφλεξη κλιβάνων. Η θερμότητα καύσης του μαζούτ είναι 39-42 MJ/kg. Κατά προσέγγιση σύνθεση του μαζούτ: 85-80% C; 10-12,5% H R; 0,5-1,0% (Ο Ρ + Ν Ρ); 0,4–2,5% S P; 0,1-0,2% A R; 2% W P . Η περιεκτικότητα σε υγρασία του μαζούτ δεν πρέπει να υπερβαίνει το 2% κατά την έξοδο από το διυλιστήριο. Το μαζούτ περιέχει επίσης θείο, ανάλογα με το ποσοστό του οποίου το μαζούτ διαιρείται σε χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο (<0,5% Sp), сернистый (0,5-1% Sp) и высокосернистый (>1% sp).

Το μαζούτ υποδιαιρείται επίσης ανάλογα με την περιεκτικότητα σε παραφίνη και τη μέθοδο διύλισης του λαδιού. Υπάρχει μαζούτ ευθείας λειτουργίας (χαμηλού ιξώδους) και σπασμένο μαζούτ, το οποίο έχει αυξημένο ιξώδες. Ανάλογα με το ιξώδες, το μαζούτ ταξινομείται ανά μάρκα. Ο αριθμός μάρκας του μαζούτ δείχνει το σχετικό ιξώδες σε θερμοκρασία 50 o C (VU50). Το ιξώδες προσδιορίζεται με τη χρήση οργάνων - ιξωδόμετρων. Το σχετικό ιξώδες λαμβάνεται ως ο λόγος του χρόνου εκροής 200 cm 3 ενός προϊόντος λαδιού στη θερμοκρασία δοκιμής προς το χρόνο εκροής του ίδιου όγκου νερού σε θερμοκρασία 20 o C. Σε σχέση με αυτόν τον δείκτη, το μαζούτ χωρίζεται σε βαθμούς 40, 100, 200 και MP (μαζούτ για φούρνους ανοιχτής εστίας) .

Με την αύξηση του αριθμού μάρκας του μαζούτ, η πυκνότητά του αυξάνεται, η οποία είναι 0,95-1,05 g/cm 3 στους 20 o C. όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, η πυκνότητα μειώνεται.

Κατά την προετοιμασία του μαζούτ για καύση, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η πυκνότητα και η ποιότητά του. Η προετοιμασία συνίσταται στην καθίζηση και το φιλτράρισμα του μαζούτ για διαχωρισμό του νερού και των μηχανικών ακαθαρσιών (άργιλος, άμμος κ.λπ.), η οποία λαμβάνει χώρα σε υψηλή θερμοκρασία, ως αποτέλεσμα της οποίας το μαζούτ διαχωρίζεται από το νερό: το ιξώδες και η πυκνότητα του μαζούτ μειώνεται όταν θερμαίνεται, με αποτέλεσμα να επιπλέει προς τα πάνω. Η υγρασία συσσωρεύεται στο κάτω μέρος της δεξαμενής, το αφυδατωμένο μαζούτ στην κορυφή.

Κατά την αποστράγγιση από σιδηροδρομικές δεξαμενές, κατά την τροφοδοσία μέσω αγωγών από τις δεξαμενές εργοστασίων και εργαστηρίων σε φούρνους, καθώς και κατά τον ψεκασμό με ακροφύσια (το καύσιμο συνήθως καίγεται σε ψεκασμένη κατάσταση), το ιξώδες του μαζούτ έχει μεγάλη σημασία. Όσο λιγότερη ενέργεια δαπανάται για την άντληση και τον ψεκασμό του μαζούτ, τόσο χαμηλότερο είναι το ιξώδες του. Επομένως, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο χαμηλότερο είναι το ιξώδες. Η θερμοκρασία επιλέγεται σύμφωνα με τα γραφήματα ιξώδους, με βάση την παροχή ενός υπό όρους ιξώδους μαζούτ 5-10 μονάδων.

Κατά τη θέρμανση πρέπει να λαμβάνεται υπόψη το σημείο ανάφλεξης του μαζούτ, δηλαδή η θερμοκρασία θέρμανσης, όταν φτάσει στην οποία αρχίζει μια έντονη απελευθέρωση πτητικών συστατικών που μπορούν να αναφλεγούν από σπινθήρα ή φλόγα. Το σημείο ανάφλεξης συνήθως κυμαίνεται μεταξύ 80-190 o C. Και δεν πρέπει να συγχέουμε το σημείο ανάφλεξης και τη θερμοκρασία ανάφλεξης, η οποία νοείται ως η θερμοκρασία θέρμανσης, όταν φτάσει (θερμοκρασία ανάφλεξης καυσίμου 530-600 o C, αέρια - 500 -700 o C) το μαζούτ αναφλέγεται αυθόρμητα και υπό ευνοϊκές συνθήκες συνεχίζει να καίγεται.

5. Βασικές διατάξεις της θεωρίας της καύσης

καύσηονομάζεται η διαδικασία του γρήγορου χημικού συνδυασμού εύφλεκτων στοιχείων καυσίμου με ένα οξειδωτικό (συνήθως οξυγόνο στον αέρα), που συνοδεύεται από την απελευθέρωση θερμότητας και φωτός.

Δάδα- ένας από τους τύπους φλόγας που σχηματίζεται από την παροχή καυσίμου και αέρα στον κλίβανο. Στον πυρσό, που έχει συγκεκριμένα σχήματα και μεγέθη, γίνονται ταυτόχρονα οι διαδικασίες της άμεσης καύσης, της θέρμανσης του μείγματος στη θερμοκρασία ανάφλεξης και της ανάμειξης.

Στη θεωρία της καύσης διακρίνονται η ομοιογενής και η ετερογενής καύση. Η ομοιογενής καύση εμφανίζεται στον όγκο, ενώ η ετερογενής καύση εμφανίζεται στην επιφάνεια των σταγονιδίων και στη συνέχεια, μετά την εξάτμιση των πτητικών συστατικών, στα σωματίδια αιθάλης. Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος των σωματιδίων του υγρού καυσίμου, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η ειδική επιφάνεια της αλληλεπίδρασης της υγρής φάσης με το αέριο. Επομένως, ο ψεκασμός του υγρού καυσίμου καθιστά δυνατή την καύση περισσότερων καυσίμων ανά μονάδα όγκου, δηλαδή την εντατικοποίηση της καύσης.

Η ομοιογενής καύση μπορεί να συμβεί σε δύο περιπτώσεις, που ονομάζονται κινητικές και διάχυσης. Στην κινητική περίπτωση, ένα προπαρασκευασμένο μείγμα καυσίμου-αέρα τροφοδοτείται στη ζώνη καύσης (ας πούμε, στον χώρο εργασίας του κλιβάνου). Το κύριο μέρος της διαδικασίας είναι η άμεση θέρμανση του μείγματος και η οξείδωση των εύφλεκτων συστατικών του καυσίμου και η καύση. Σε αυτή την περίπτωση, ο φακός γίνεται βραχύς και υψηλής θερμοκρασίας. Η προθέρμανση του μείγματος ή ο εμπλουτισμός του αέρα με οξυγόνο επιταχύνει τη διαδικασία καύσης: η θέρμανση σχεδόν όλων των μιγμάτων αερίου-αέρα στους 500 °C αυξάνει τον ρυθμό καύσης κατά σχεδόν 10 φορές.

Αλλά η θερμοκρασία προθέρμανσης του μείγματος δεν πρέπει να υπερβαίνει τη θερμοκρασία ανάφλεξής του. Κατά τη διάρκεια της καύσης διάχυσης, οι διαδικασίες θέρμανσης, ανάμειξης του μείγματος και καύσης πραγματοποιούνται ταυτόχρονα στον πυρσό. Το πιο αργό στάδιο είναι η αντι-διάχυση μορίων μικρο- και μακροόγκων αερίου και αέρα, με άλλα λόγια, ο σχηματισμός μίγματος. Επομένως, ο φακός θα είναι μεγαλύτερος από ό,τι στην πρώτη περίπτωση. Σε μια προσπάθεια να μειωθεί το μήκος του φακού, οι ροές αερίου και αέρα συνθλίβονται σε ξεχωριστά ρεύματα. Η αύξηση των ταχυτήτων πίδακα και η κατεύθυνση των ροών αερίου και αέρα υπό γωνία μεταξύ τους, κ.λπ., βοηθούν επίσης στη μείωση του φακού.

Η ανάφλεξη ενός μείγματος καύσιμου αερίου και αέρα είναι δυνατή μόνο σε μια ορισμένη αναλογία. Οι περιοριστικές αναλογίες τους ονομάζονται όρια συγκέντρωσης. Υπάρχουν κατώτερα και ανώτερα όρια, τα οποία καθορίζονται από την περιοριστική περιεκτικότητα σε εύφλεκτο αέριο στο μείγμα,%. Για το υδρογόνο, τα όρια είναι 4,1 - 75. μονοξείδιο του άνθρακα - 12,5-75; μεθάνιο - 5,3-14; Αέριο φούρνου οπτάνθρακα - 5,6-30,4, και για φυσικό αέριο - 4-13.

Στη θερμική μηχανική, χρησιμοποιείται συχνά η έννοια της θερμικής καταπόνησης, που σημαίνει την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται κατά την καύση του καυσίμου ανά μονάδα χρόνου, που σχετίζεται με το 1 m 3 του χώρου εργασίας του κλιβάνου ή του κλιβάνου. Για υγρά καύσιμα, φτάνει τα 600 kW / m 3, και για τα αέρια καύσιμα - διπλάσια.

6. Αναλυτικός υπολογισμός καύσης καυσίμου

Για τους υπολογισμούς χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες αναλογίες και ποσότητες:

1) η αναλογία της περιεκτικότητας σε όγκο αζώτου προς οξυγόνο στον συνηθισμένο αέρα, μη εμπλουτισμένο με οξυγόνο, κ= 3,76;

2) το μοριακό βάρος των χημικών στοιχείων (για το υδρογόνο, είναι περίπου ίσο με 2, για το άζωτο - 28, το οξυγόνο και το θείο - 32 kg / mol).

3) όγκοι αέρα και προϊόντων καύσης υπό κανονικές συνθήκες (θερμοκρασία 0 °C, πίεση 101,3 kPa).

Εξετάστε τη σύνθεση του υγρού καυσίμου:

Γ Π + ΗΠ + ΟΠ + ΝΠ + S p + A p + W p = 100.

Τα εύφλεκτα συστατικά είναι ο άνθρακας, το υδρογόνο και το θείο. Όταν χρησιμοποιείτε ξηρό αέρα, οι αντιδράσεις πλήρους καύσης των συστατικών έχουν τη μορφή:

C + O 2 + kN 2=CO2+kN 2 + Q1;

2H 2 + O 2 + kN 2=2H 2 O + kN 2+Q2;

S + O 2 + kN 2= SO2+ kN 2+ Q 3 .

Κατά την καύση 1 mole άνθρακα και θείου, καταναλώνεται 1 mole οξυγόνου. Κατά την καύση 2 mol υδρογόνου, καταναλώνεται επίσης 1 mole οξυγόνου. Με κάθε mole οξυγόνου, k mole αζώτου εισάγονται στον κλίβανο. Το άζωτο περνά στα προϊόντα καύσης. Επομένως, για παράδειγμα, κατά την καύση 1 mole άνθρακα, λαμβάνεται 1 mole διοξειδίου του άνθρακα και 3,76 mole αζώτου. Όταν ο άνθρακας καίγεται σύμφωνα με αυτή την αντίδραση 6βαπελευθερώνεται η ποσότητα θερμότητας Qt. Όταν καίγεται το υδρογόνο, σχηματίζεται η δική του σύνθεση προϊόντων καύσης και απελευθερώνεται διαφορετική ποσότητα θερμότητας.

Η καύση 1 mole άνθρακα καταναλώνει 1 kmol οξυγόνου με όγκο 22,4 m 3 . Εάν είναι απαραίτητο να υπολογιστεί η κατανάλωση οξυγόνου ανά 1 kg άνθρακα, τότε ο όγκος 1 kmole οξυγόνου διαιρείται με το μοριακό βάρος του άνθρακα ίσο με 12. Επομένως, καταναλώνεται 22,4 / 12 = 1,867 m 3 / kg οξυγόνου ανά 1 κιλό άνθρακα. Υποστηρίζοντας παρόμοια, παίρνουμε ότι 22,4 / / (2 O2) \u003d 5,5 m 3 οξυγόνο ξοδεύονται για την καύση 1 kg υδρογόνου (το προϊόν στον παρονομαστή σημαίνει ότι δύο μόρια υδρογόνου με μοριακό βάρος 2 συμμετέχουν στην αντίδραση καύσης). Η καύση 1 kg θείου καταναλώνει 22,4 / 32 \u003d 0,7 m 3 οξυγόνου.

Ο λόγος της πραγματικής ροής αέρα προς τη θεωρητικά απαιτούμενη ροή ονομάζεται συντελεστής ροής αέρα:

? = L a / L 0 ,ή L a \u003d? L 0,

όπου Λ ακαι L0- πραγματική και θεωρητική ροή αέρα, m 3 /kg ή m 3 /m 3. Ο ρυθμός ροής αέρα εξαρτάται από τον τύπο του καυσίμου, τον σχεδιασμό της συσκευής καύσης καυσίμου (καυστήρα ή ακροφύσιο) και τη θερμοκρασία θέρμανσης αέρα και αερίου.

7. Έλεγχος ρυθμού ροής αέρα

Με έλλειψη αέρα ή ατέλεια των συσκευών καύσης καυσίμου, η καύση μπορεί να είναι ατελής.

Η παρουσία εύφλεκτων συστατικών (μονοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο, μεθάνιο ή μαύρος άνθρακας) στα προϊόντα καύσης προκαλεί χημική ατελή καύση ή, όπως συχνά λένε, χημική υποκαύση του καυσίμου. Το τελευταίο χαρακτηρίζεται από απώλειες θερμότητας ως ποσοστό της καθαρής θερμογόνου δύναμης του καυσίμου.

Όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα ροής του αέρα, τόσο πιο ολοκληρωμένη είναι η διαδικασία καύσης. Ωστόσο, μια αύξηση αυτού του συντελεστή οδηγεί σε αυξημένη κατανάλωση αέρα και σημαντικές απώλειες θερμότητας με τα αέρια που εξέρχονται από τον κλίβανο. Η θερμοκρασία στον κλίβανο μειώνεται, γεγονός που οδηγεί σε επιδείνωση της μεταφοράς θερμότητας στο χώρο εργασίας και αυξημένη οξείδωση των μετάλλων. Ως εκ τούτου, στην πρακτική της λειτουργίας κλιβάνων, τείνουν να επιλέγουν τον βέλτιστο ρυθμό ροής αέρα ένα.

Ελεγχος έναπραγματοποιηθεί με δύο τρόπους. Σύμφωνα με ένα από αυτά, το κόστος καυσίμου και αέρα μετράται και, χρησιμοποιώντας προ-υπολογισμένους πίνακες, προσδιορίζει α. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος δεν επιτρέπει να ληφθεί υπόψη ο αέρας που εισέρχεται στον κλίβανο μέσω των παραθύρων εργασίας και οι διαρροές στην τοιχοποιία του κλιβάνου . Επομένως, περιοδικά ο ρυθμός ροής αέρα ελέγχεται από τη σύνθεση των προϊόντων καύσης χρησιμοποιώντας αναλυτές αερίων. Η χημική ανάλυση προσδιορίζει την περιεκτικότητα σε RO2, CO, H2, CH4 και O2 στα προϊόντα καύσης και στη συνέχεια χρησιμοποιώντας τον τύπο του S. G. Troyba προσδιορίζει:

? = 1+ UO 2 w/?RO2.

Εδώ O 2 surf \u003d O 2 - 0,5CO - 0,5H 2 - 2CH 4 - η περιεκτικότητα σε περίσσεια οξυγόνου.

RO 2 \u003d RO 2 + CO + CH 4 + ...,%;

U- συντελεστής ανάλογα με τον τύπο του καυσίμου.

Για το μαζούτ U= 0,74, για φυσικό αέριο - 0,5.

Εξετάστε παραδείγματα.

Μια εργασία.

Καθορίζω ένα,εάν RO 2 14%, CO 4%, CH 4 0,5%; Η 2 1%, Ο 2 2%.

O 2 w = 2 - 0,5 (4 + 1) - 2 O 0,5 = -1,5%;

RO 2 \u003d 14 + 4 + 0,5 \u003d 18,5%;

ένα\u003d 1 - 0,5 O 1,5 / 18,5 \u003d 0,96.

8. Χρήση ενέργειας

Ορισμένες διατάξεις στον τομέα της θερμικής λειτουργίας κλιβάνων μπορούν να ληφθούν απευθείας από την κλασική θερμοδυναμική των αναστρέψιμων διεργασιών.

Κάτω από το θερμικό έργο του κλιβάνου γίνεται κατανοητό το σύνολο των θερμικών διεργασιών που συμβαίνουν σε αυτόν, ο τελικός στόχος των οποίων είναι η ολοκλήρωση μιας ή άλλης τεχνολογικής διαδικασίας.

Ας φανταστούμε έναν κλίβανο ως συνδυασμό ζωνών της τεχνολογικής διαδικασίας 3GP και παραγωγής θερμότητας της ΣΗΘ, προστατευμένης από το περιβάλλον με τοιχοποιία (επένδυση) Κ. Στη ζώνη της τεχνολογικής διαδικασίας συγκεντρώνεται το υλικό Μ. Σύμφωνα με την πρώτη νόμος της θερμοδυναμικής, μπορεί να γραφεί η ακόλουθη εξίσωση:

Ε? K.I.E \u003d Q M + Q k

όπου Q e– ισχύς εισόδου, W/kg;

? Κ.Ι.Ε– συντελεστής ενεργειακής χρήσης εντός του χώρου εργασίας του κλιβάνου.

Q M, Q k- αντίστοιχα, η ισχύς που απορροφάται από το υλικό Μκαι τοιχοποιία ΠΡΟΣ ΤΗΝ, W/kg.

Όλες οι τιμές στην εξίσωση (1) σχετίζονται με 1 kg μάζας υλικού Μ.

Συντελεστής ενεργειακής χρήσης ? Κ.Ι.Εεξαρτάται κυρίως από το είδος της ενέργειας. Άρα, η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να μετατραπεί πλήρως σε θερμότητα που απορροφάται από το υλικό (χρήσιμο) και άρα τοιχοποιία ? Κ.Ι.Ε\u003d 1. Όταν χρησιμοποιείται χημική ενέργεια καυσίμου σε φούρνους, ο συντελεστής χρήσης ενέργειας ? Κ.Ι.Επάντα λιγότερο από ένα. Σε κλιβάνους καυσίμου, αυτός ο συντελεστής ονομάζεται συντελεστής χρήσης θερμότητας? ΕΡΓΑΛΕΙΟΘΗΚΗΟ συντελεστής χαρακτηρίζει την πιο σημαντική έννοια της ενεργειακής απόδοσης σε συγκεκριμένες συνθήκες. Γενικά, η τιμή του bkie μπορεί να γραφτεί ως εξής:

? Κ.Ι.Ε= (Q e – Ε; ε)/Q ε=1 – Ε; e / Q e,

όπου Ε3- ισχύς, η οποία με τη μορφή χημικής και φυσικής θερμότητας της αέριας φάσης υπερβαίνει τον χώρο εργασίας του κλιβάνου, W / kg.

αξία ? Κ.Ι.Εκαθορίζεται, αφενός, από την πληρότητα της καύσης καυσίμου σε ένα δεδομένο συντελεστή κατανάλωσης οξυγόνου, δηλαδή από την ταχύτητα ανάμειξης καυσίμου και οξυγόνου και, επομένως, από την τελειότητα των διαδικασιών μεταφοράς μάζας. Από την άλλη, η αξία ? Κ.Ι.Εεξαρτάται από τη θερμοκρασία των αερίων που εξέρχονται από τον κλίβανο, δηλαδή από την τελειότητα των διαδικασιών μεταφοράς θερμότητας.

Η απόδοση της θερμότητας και της χημικής ενέργειας εξαρτάται από τις δεδομένες συνθήκες για τη ροή της τεχνολογικής διαδικασίας και την οργάνωση των διαδικασιών μεταφοράς θερμότητας και μάζας και, επομένως, είναι μια τιμή της οποίας η τιμή δεν μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας τη θερμοδυναμική των αναστρέψιμων διεργασιών, καθώς είναι σχετίζεται με την κινητική της μεταφοράς θερμότητας και μάζας.

9. Θερμοκρασία και θερμικές συνθήκες

Η εσωτερική ενέργεια του συστήματος είναι το άθροισμα της κινητικής και της δυνητικής ενέργειας. Κινητική ενέργεια- η ενέργεια της τυχαίας κίνησης των ατόμων και των μορίων, η δυναμική ενέργεια - η ενέργεια της αμοιβαίας έλξης και απώθησής τους.

Σύμφωνα με την κινητική θεωρία των αερίων (νόμος Maxwell-Boltzmann), η θερμοδυναμική έννοια της θερμοκρασίας ισορροπίας για ένα ιδανικό αέριο μπορεί να αποκρυπτογραφηθεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση:

T = 2NEn /3R= Nmw n 2 / 3R,

όπου Ε σελ– ενέργεια nσωματίδια με μάζα m σε ένα στενό εύρος των ταχυτήτων τους.

Νείναι ο αριθμός Avogadro.

Rείναι η σταθερά του αερίου.

Η ενεργός θερμοκρασία είναι μια ορισμένη υπό όρους (μειωμένη) θερμοκρασία του θερμαντικού τμήματος του κλιβάνου, στην οποία παρέχεται η ίδια πυκνότητα της ροής θερμότητας της ακτινοβολίας προς την επιφάνεια θέρμανσης μόνο από το τμήμα θέρμανσης του κλιβάνου, η οποία υπάρχει στην πραγματικότητα στο θεωρείται φούρνος.

Οι πραγματικές θερμοκρασίες της φλόγας (θερμαντήρας) και της εσωτερικής επιφάνειας της επένδυσης εξαρτώνται από τη θερμοκρασία της επιφάνειας θέρμανσης και την παραγωγή θερμότητας, και γενικά, επιπλέον, από τη θέση στον κλίβανο και την ώρα. Η αλλαγή σε αυτές τις τιμές σε όλο το μήκος του κλιβάνου και στο χρόνο T = f(l, t) χαρακτηρίζει το καθεστώς θερμοκρασίας του κλιβάνου.

Η ποσότητα της παραγόμενης θερμότητας, εκφρασμένη σε watt, ονομάζεται θερμική έξοδος. Q T.M. . Σε σταθερή λειτουργία, η θερμική ισχύς είναι μια σταθερή τιμή που δεν εξαρτάται από το χρόνο ( Q T.M. = const). Σε μη σταθερή λειτουργία Q T.M. = φά(t). Ο λόγος της μέγιστης θερμικής ισχύος προς τη μέση ισχύ ονομάζεται μερικές φορές παράγοντας ενίσχυσης:

F = ( Q T.M.) μέγ. /( QΤ.Μ.) cp

Αν υποδηλώσουμε τη διάρκεια της τεχνολογικής λειτουργίας μέσω Dt:

(Ερ T.M. ) cp = Q? / ? t.

Συνδυασμοί θερμοκρασίας και θερμικών καθεστώτων.

1. Σχεδόν σταθερή θερμοκρασία και θερμικές συνθήκες στο χρόνο

(T n (t) = const; Q T.M. (r) = const).

2. Μεταβλητή θερμοκρασία και χρονικά σταθερές θερμικές συνθήκες

(T n (t) = const; Q T.M. (t) = const).

3. Χρονικά μεταβαλλόμενες θερμοκρασίες και θερμικά καθεστώτα

(T n (t) = const; Q T.M. (t) = const), όπως θερμά πηγάδια για πλινθώματα.

4. Χρονοσταθερή θερμοκρασία και μεταβλητά θερμικά καθεστώτα

(T n (t) = const; Q T.M. (t) = const).

10. Θερμική ισορροπία. Στοιχεία ισολογισμού εισοδήματος

Το ισοζύγιο θερμότητας που δημιουργείται για μικρά χρονικά διαστήματα ονομάζεται μερικές φορές στιγμή. Ραντεβού στιγμιαίου υπολοίπου- αποσαφήνιση της δυναμικής της κατανάλωσης ενέργειας για την τεχνολογική διαδικασία, εάν η διεργασία λαμβάνει χώρα σε μη στάσιμες θερμικές συνθήκες (φούρνοι παρτίδας).

Για κλιβάνους παρτίδας, η συλλογή των ισοζυγίων θερμότητας είναι διαφορετική από το ότι όλα τα στοιχεία του ισοζυγίου θερμότητας αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου (για συνεχείς κλιβάνους είναι σταθερά με την πάροδο του χρόνου), επομένως, κατά την κατάρτιση ισοζυγίου για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο, είναι απαραίτητο να λαμβάνεται ο μέσος όρος τιμές για μια καθορισμένη περίοδο. Το δεύτερο χαρακτηριστικό είναι η παρουσία στο άρθρο απωλειών θερμότητας του εξαρτήματος για τη συσσώρευση θερμότητας από την τοιχοποιία Qakk, το οποίο μπορεί να έχει διαφορετικό πρόσημο: θετικό - με αύξηση της θερμοκρασίας στον κλίβανο και αρνητικό - με τη μείωση του κατά τη διάρκεια του τεχνολογική διαδικασία.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι εξισώσεις του ισοζυγίου θερμότητας επιλύονται σε σχέση με την κατανάλωση καυσίμου Β.

Αντίστροφα ισοζύγια θερμότητας, συμπεριλαμβανομένων των στιγμιαίων, χρησιμοποιούνται συνήθως στη μελέτη των κλιβάνων λειτουργίας. Οι εξισώσεις αντίστροφου ισοζυγίου θερμότητας συνήθως λύνονται σε σχέση με τη χρήσιμη θερμότητα Qm και χρησιμεύουν για την εύρεση της με βάση τους πειραματικούς ορισμούς όλων των άλλων στοιχείων του ισοζυγίου.

Κατά τη σύνταξη του ισοζυγίου θερμότητας, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι όλες οι ποσότητες εισόδου και εξόδου που χρησιμοποιούνται στο ισοζύγιο θερμότητας λαμβάνονται για τα όρια εκείνου του τμήματος του αντικειμένου για το οποίο έχει συνταχθεί το ισοζύγιο θερμότητας. Προκειμένου να αποφευχθούν πιθανά σφάλματα στην επιλογή μιας τιμής για την κατάρτιση του ισοζυγίου θερμότητας, είναι βολικό να χρησιμοποιήσετε το σχήμα του αντίστοιχου αντικειμένου. Είναι απαραίτητο να σχεδιάσετε βοηθητικά περιγράμματα σε αυτό το σχήμα, διασχίζοντας τις γραμμές ροής υλικού σε κατάλληλα σημεία.

Τα στοιχεία του ισοζυγίου μπορούν να εκφραστούν σε ποσότητα θερμότητας σε joule για μια ορισμένη χρονική περίοδο ή σε αντίστοιχες τιμές θερμικής ισχύος.

Στοιχεία ισολογισμού εισοδήματος

1. Χημική ενέργεια του καυσίμου Q XT ή ηλεκτρικής ενέργειας Q ee. Αν ένα ΣΤΟ- κατανάλωση καυσίμου, kg / s ή m 3 / s, a Q p H - θερμότητα καύσης, τότε:

QXT = ΣΤΟ Q p H

2. Θερμότητα που εισάγεται από θερμαινόμενο καύσιμο, Q FT .

3. Η προκύπτουσα θερμική επίδραση των χημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της τεχνολογικής διαδικασίας, Q TECHN. Εάν η επίδραση είναι αρνητική, τότε αυτό το στοιχείο μεταφέρεται στο σκέλος των δαπανών του ισολογισμού.

4. Θερμότητα που εισάγεται από τον αέρα που εισάγεται για την καύση καυσίμου για τεχνολογικούς σκοπούς, Q FV, γ.

5. Θερμότητα που εισάγεται από θερμαινόμενα στερεά και υγρά υλικά φορτίου, Q FM.

11. Στοιχεία ισοζυγίου δαπανών

1. Θερμότητα στερεών και υγρών προϊόντων τεχνολογικής διεργασίας Q FP

2. Θερμότητα των καυσαερίων (χημικών και φυσικών), συμπεριλαμβανομένων των αερίων προϊόντων της τεχνολογικής διεργασίας και του αέρα που αναρροφάται από την ατμόσφαιρα, Q yx .

3. Απώλειες θερμότητας (συνολικά) από μηχανική υποκαύση μέσω τοιχοποιίας (θερμική αγωγιμότητα και συσσώρευση), ακτινοβολία μέσω οπών με νερό ψύξης Q ιδρώτα.

Συνοψίζοντας τα στοιχεία εσόδων και εξόδων του υπολοίπου, εξισώνοντας αυτά τα ποσά, λαμβάνουμε την εξίσωση του ισοζυγίου θερμότητας, η οποία ισχύει εξίσου για οποιαδήποτε κατηγορία και τύπο κλιβάνων και, φυσικά, δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν όλα τα στοιχεία σε κάθε συγκεκριμένο ισοζύγιο:

Q xt + Q ee + Q FT ± Q TECHN + Q FB + Q FM = Q FP + Q yx + Q ιδρώτας

Στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης, παρουσιάζεται η ωφέλιμη θερμότητα qm, στα αριστερά - η έκφρασή της ως προς τα μεγέθη θερμικής μηχανικής, τα οποία μετρώνται σχετικά εύκολα σε πρακτικές συνθήκες.

Ο λόγος της χρήσιμης θερμότητας που χρησιμοποιείται προς την εισερχόμενη θερμότητα με καύσιμο και αέρα ονομάζεται συντελεστής χρήσιμης χρήσης θερμότητας:

? CPT =Q M /(Q XT +Q FT + Q FB).

Αυτή η τιμή είναι παρόμοια με τον παράγοντα απόδοσης - μια έννοια που χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της λειτουργίας μηχανών και μηχανισμών. Ο συντελεστής ωφέλιμης χρήσης θερμότητας χαρακτηρίζει την απόδοση της θερμικής λειτουργίας του κλιβάνου και σας επιτρέπει να συγκρίνετε την τελειότητα της ενέργειας διαφόρων κλιβάνων. Ας υποθέσουμε ότι οι αριθμοί νερού W (ο αριθμός νερού W ισούται με το γινόμενο της θερμοχωρητικότητας και του ρυθμού ροής μάζας) των προϊόντων καύσης και οι αρχικές ουσίες (καύσιμα και αέρας) της καύσης είναι ίσοι, στη συνέχεια αντικαθιστώντας q yxστην εξίσωση του ισοζυγίου θερμότητας και διαιρώντας με W, έχουμε:

όπου ? φάλαινα. – συντελεστής χρήσιμης χρήσης καυσίμου·

όπου T theor και T f theorείναι η θεωρητική θερμοκρασία καύσης του καυσίμου χωρίς να λαμβάνεται υπόψη και να λαμβάνεται υπόψη η φυσική θερμότητα του καυσίμου και ο αέρας καύσης· T agr uh - η θερμοκρασία των καυσαερίων από τη μονάδα.

Επειδή ο Τ αγρ. εεε και ω w. Ο ιδρώτας είναι σχετικά μικρός, εφόσον η θεωρητική θερμοκρασία καύσης κατά τη θέρμανση του αέρα λόγω της θερμότητας των καυσαερίων εξαρτάται (σε ​​μια δεδομένη θεωρητική θερμοκρασία καύσης καυσίμου στον ψυχρό αέρα) από τον συντελεστή χρήσης θερμότητας στον χώρο εργασίας του κλιβάνου:

12. Θερμοδυναμικές αρχές ανάλυσης και σχεδιασμού κλιβάνων

Μια ανάλυση της λειτουργίας των κλιβάνων από την άποψη της θερμοδυναμικής καθιστά δυνατό τον καθορισμό ορισμένων γενικών διατάξεων που χαρακτηρίζουν τα τελικά αποτελέσματα της λειτουργίας των κλιβάνων.

Η εφαρμογή του πρώτου και του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής καθιστά δυνατή την αξιολόγηση των ενεργειακών αποτελεσμάτων μόνο της ολοκληρωμένης διαδικασίας μεταφοράς θερμότητας ή συγκεκριμένων στοιχείων μιας τέτοιας διαδικασίας και ταυτόχρονα δεν επιτρέπει τον προσδιορισμό της απόδοσης των θερμικών συσκευών και, σε συγκεκριμένα, φούρνοι.

Η ενεργειακή αξιολόγηση καθιστά δυνατό να κριθεί η πληρότητα της χρήσης ενέργειας σε μια δεδομένη θερμική συσκευή και δεν λέει τίποτα για την απόδοση της μεταφερόμενης ενέργειας. Αντίθετα, η αξιολόγηση της εξεργίας καθιστά δυνατή την κρίση των μη αναστρέψιμων απωλειών ενέργειας, των ποιοτικών χαρακτηριστικών της μεταφερόμενης ενέργειας και δεν επιτρέπει σε κάποιον να κρίνει την πληρότητα της χρήσης ενέργειας σε μια δεδομένη συσκευή.

Με την ίδια κατανάλωση ενέργειας, η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας είναι, καταρχήν, όσο πιο αποτελεσματική τόσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του μέσου που δέχεται θερμότητα, αφού η απόσβεση της ενέργειας είναι μικρότερη σε αυτή την περίπτωση. Με την ίδια εξέργεια του θερμαντικού μέσου, η χρήση ενέργειας στη θερμική συσκευή επιδεινώνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία της επιφάνειας θέρμανσης που απαιτείται για τεχνολογικούς λόγους. Όσο υψηλότερη είναι η απαιτούμενη θερμοκρασία της επιφάνειας θέρμανσης, τόσο μεγαλύτερη θα πρέπει να είναι η εξέργεια του θερμαντικού μέσου και τόσο υψηλότερες είναι οι απαιτήσεις για την ποιότητα του καυσίμου και τις συνθήκες για την καύση του. Αντίθετα, σε χαμηλή θερμοκρασία της επιφάνειας θέρμανσης ή του θερμαινόμενου μέσου, η χρήση θερμαντικού μέσου με υψηλό ex-sergy δεν είναι πρακτική, αφού η διαδικασία της ενεργειακής απόσβεσης εξακολουθεί να συμβαίνει.

Οι φούρνοι υπολογίζονται και σχεδιάζονται για να επιτυγχάνουν την υψηλότερη δυνατή ενεργειακή απόδοση ? κκαι ε.

Για να πάρει το μέγιστο ? αδρανή φάλαινα ? Ο χώρος εργασίας whale t πρέπει να έχει κάποια βέλτιστη, αλλά όχι τη μέγιστη τιμή.

Αξιολόγηση καυσίμων με υπολογισμό πιθανών τιμών ? φάλαινα. της μονάδας υπό διάφορες συνθήκες καύσης καυσίμου είναι πολύ σημαντική για το σχεδιασμό των κλιβάνων και την καθιέρωση ορθολογικών τρόπων λειτουργίας τους.

13. Απαιτήσεις για τη φλόγα των κλιβάνων ανοιχτής εστίας

Αεροδυναμικά περιγράμματαείναι ο τόπος των σημείων όπου οι ταχύτητες του πίδακα πλησιάζουν το μηδέν. Τα περιγράμματα καύσης καθορίζονται από την ποσότητα της χημικής υποκαύσης του καυσίμου, ενώ η διαμήκης συντεταγμένη που αντιστοιχεί στο μήκος του κυκλώματος καύσης είναι το μήκος της φλόγας L f.

Για να διευκολυνθεί η μαθηματική περιγραφή των διαδικασιών καύσης στη φλόγα και ο υπολογισμός τους, είναι σκόπιμο να οριστεί κάποια ελάχιστη τιμή υποκαύσης, η οποία θα χαρακτηρίζει το περίγραμμα της φλόγας και το μήκος της. Για να ενοποιηθεί αυτό το μέγεθος, θα πρέπει να ληφθεί ο αριθμός 0,5% CO ή η αντίστοιχη τιμή q 3.Για καύσιμα υψηλής θερμιδικής αξίας (όπως μαζούτ, φυσικά αέρια φούρνου και οπτάνθρακα), η τιμή του 0,5% CO στα προϊόντα καύσης ένα\u003d 1 αντιστοιχεί σε απώλεια θερμότητας q c \u003d 1,3-1,8%. Επομένως, για να εκτιμηθεί το μήκος της φλόγας αυτών των καυσίμων, μπορεί κανείς να λάβει μια τιμή ίση με περίπου 2% (λαμβάνοντας υπόψη μια ορισμένη ποσότητα υδρογόνου στα προϊόντα καύσης).

Μήκος φακού.Κατά κανόνα, απαιτείται μια σύντομη φλόγα για έναν φούρνο ανοιχτής εστίας. Κατά τη διάρκεια της περιόδου πλήρωσης, το ορατό τμήμα του πρέπει να καταλήγει περίπου στο μέσο του χώρου εργασίας του κλιβάνου και κατά τη διάρκεια της περιόδου φινιρίσματος, είναι επιθυμητό να επιμηκύνεται ο φακός έτσι ώστε να καταλαμβάνει τα 3/4 του μήκους του λουτρού. Αλλά είναι πάντα απαραίτητο στο τελευταίο παράθυρο πλήρωσης στην πορεία του φακού να είναι καθαρό και να μην υπάρχουν σημάδια καύσης καυσίμου.

Σχήμα πυρσού.Σε φούρνους ανοιχτής εστίας, το σχήμα του πυρσού είναι υψίστης σημασίας. Είναι απαραίτητο να είναι επίπεδο - να καλύπτει το λουτρό, χωρίς να αγγίζει τους μπροστινούς και πίσω τοίχους, αν είναι δυνατόν, και να είναι όσο το δυνατόν πιο μακριά από την κύρια καμάρα, δηλαδή, σύμφωνα με οπτικές παρατηρήσεις, θα πρέπει να είναι λεπτό και χωρίς προεξοχές. Ένας τέτοιος πυρσός συνήθως ονομάζεται επίπεδο και σκληρό.

Γι' αυτό χρειάζονται ειδικά ακροφύσια για τη θέρμανση κλιβάνων ανοιχτής εστίας. Η γωνία κλίσης του ακροφυσίου προς τον καθρέφτη του μπάνιου θα πρέπει να επιλέγεται με τέτοιο τρόπο ώστε να παρέχεται το απαιτούμενο σχήμα του φακού και να μην εμφανίζεται υπερβολική παραμόρφωσή του.

Οι διαστάσεις της φλόγας και το σχήμα της κρίνονται συχνά από την τοπογραφία της καταστροφής της τοιχοποιίας των κλιβάνων ανοιχτής εστίας (θόλος και τοίχοι). Κατά κανόνα, η τοπική καταστροφή συμβαίνει κατά μήκος του περιγράμματος της φλόγας.

χαρακτηριστικά ταχύτητας.Φυσικά, για να εξασφαλιστεί η επιπεδότητα και η ακαμψία της φλόγας, τα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά της πρέπει να είναι αρκετά υψηλά, δηλαδή η αρχική ταχύτητα εκροής του πίδακα από το ακροφύσιο και η ταχύτητα διαστολής της φλόγας κοντά στο λουτρό σε όλο το μήκος της πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο ώστε να αποτρέπεται ο διαχωρισμός της φλόγας από το λουτρό και η ανύψωσή της στο θησαυροφυλάκιο.

Τα χαρακτηριστικά ταχύτητας καθορίζουν τόσο το μήκος της φλόγας όσο και την οξειδωτική της ικανότητα. Επιπλέον, αντικατοπτρίζουν τον βαθμό της άμεσης μηχανικής πρόσκρουσης του φακού στο λουτρό του κλιβάνου, ο οποίος είναι απαραίτητος για τη μείωση του αφρισμού και τη βελτίωση του βρασμού του λουτρού.

14. Οξειδωτική ικανότητα, χαρακτηριστικά ακτινοβολίας της φλόγας

οξειδωτική ικανότητα.Η ροή πολύ σημαντικών διεργασιών για την τεχνολογία, ιδιαίτερα της διαδικασίας οξείδωσης του άνθρακα, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την οργάνωση του πυρσού σε έναν κλίβανο ανοιχτής εστίας. Οι διαδικασίες οξείδωσης των ακαθαρσιών του μπάνιου καθορίζονται κυρίως από τις διαδικασίες μεταφοράς μάζας, όπως φαίνεται στην τεχνική βιβλιογραφία.

Για να ενταθεί η μεταφορά θερμότητας στο χώρο εργασίας των κλιβάνων ανοιχτής εστίας (ειδικά των μεγάλων χωρητικότητας που λειτουργούν με υγρό σίδηρο), είναι απαραίτητο να ληφθούν όλα τα μέτρα για την επιτάχυνση της υλοποίησης της χημικής ενέργειας των ακαθαρσιών του μπάνιου και της μετακαύσης του μονοξειδίου του άνθρακα. απευθείας στην επιφάνεια του μπάνιου. Αυτή η διαδικασία είναι αυτοεπιταχυνόμενη: η δημιουργία συνθηκών για έντονη εξάντληση εξασφαλίζει το βρασμό του λουτρού, το οποίο με τη σειρά του διευκολύνει τη μεταφορά θερμότητας και οξυγόνου από την ατμόσφαιρα του κλιβάνου στο λουτρό. Επομένως, οποιαδήποτε βελτίωση στην παροχή αέρα που θερμαίνεται στους αναγεννητές στην επιφάνεια του λουτρού δημιουργεί συνθήκες για την επιτάχυνση της τήξης. Η μεταφορά μάζας μπορεί να ενταθεί δημιουργώντας μια σύντομη και κατευθυνόμενη φλόγα και χρησιμοποιώντας ενισχυτές. Δεν πρέπει να ξεχνάμε την ανάγκη για σωστή κατανομή της θερμότητας και του οξειδωτικού στην επιφάνεια του λουτρού έτσι ώστε το λουτρό να βράζει ομοιόμορφα και χωρίς να αφρίζει η σκωρία. Αυτή η απαίτηση μπορεί να ικανοποιηθεί με την επιλογή ενός φακού του κατάλληλου μήκους και την εξασφάλιση ορισμένων χαρακτηριστικών ακτινοβολίας του, κάτι που φυσικά είναι αδύνατο χωρίς μέσα ελέγχου του φακού.

Χαρακτηριστικά ακτινοβολίας.Ο πυρσός ενός κλιβάνου ανοιχτής εστίας πρέπει να είναι φωτεινός, δηλαδή να έχει τον υψηλότερο δυνατό βαθμό μαύρου χρώματος (σε αρκετά υψηλή θερμοκρασία). Αυτή η αρχή, που δεν αμφισβητείται σε πρακτικές συνθήκες, έχει κατά καιρούς αμφισβητηθεί θεωρητικά, ξεκινώντας από τα έργα του E. K. Venstrem. Ωστόσο, κάθε φορά που τα αποτελέσματα της έρευνας και η εμπειρία από τη λειτουργία του κλιβάνου διαψεύδουν τέτοιες αμφιβολίες, όπως, για παράδειγμα, συνέβη πρόσφατα όταν οι φούρνοι ανοιχτής εστίας μετατράπηκαν σε θέρμανση φυσικού αερίου και λειτουργούσαν με ελαφρύ μαζούτ. Προφανώς, στο συνδυασμό των δύο τελευταίων απαιτήσεων για ένα φακό ("κοντό" και ταυτόχρονα "φωτεινό"), υπάρχει μια ορισμένη αντίφαση, καθώς όσο πιο γρήγορες είναι οι διαδικασίες ανάμειξης καυσίμου με αέρα και οι διαδικασίες καύσης, τόσο λιγότερες ευκαιρίες δημιουργούνται για την απελευθέρωση ανθρακούχων σωματιδίων που παρέχουν τη φωτεινότητα του φακού.

Η θεωρητική έρευνα συνίσταται απλώς στο να βοηθήσει τους σχεδιαστές και τους κατασκευαστές να βρουν τον πιο αποτελεσματικό φακό. Δεδομένου ότι η ένταση των διαδικασιών μεταφοράς θερμότητας και μάζας και η σταθερότητα του κλιβάνου καθορίζονται σε μεγάλο βαθμό από το μήκος του φακού, οι ερευνητές έψαχναν πρώτα απ 'όλα την απάντηση στο πιο σημαντικό ερώτημα: ποιο είναι το μήκος του φακού και από ποιους παράγοντες εξαρτάται.

15. Θερμοτεχνικές μελέτες κλιβάνων ανοιχτής εστίας

Κατά την αναζήτηση νέων μεθόδων θέρμανσης κλιβάνων ανοιχτής εστίας με μαζούτ, πραγματοποιήθηκαν μελέτες θερμικής μηχανικής και μελετήθηκε η συμπεριφορά του θείου στον χώρο εργασίας του κλιβάνου. Διερευνήθηκαν κλίβανος πετρελαίου αερίου, κλίβανοι που θερμαίνονται με μαζούτ που ψεκάζεται στον χώρο εργασίας του και κλίβανοι που θερμαίνονται με αεριοποιημένο μαζούτ.

Κατά τη διεξαγωγή θερμοτεχνικών μελετών, οι κλίβανοι θερμάνονταν κυρίως με ελαφρύ μαζούτ χαμηλού ιξώδους που προερχόταν από τα διυλιστήρια πετρελαίου του νότου. Όλοι οι φούρνοι κατά την περίοδο τελικής επεξεργασίας διατήρησαν το ίδιο θερμικό φορτίο: η κατανάλωση μαζούτ ήταν 2400 kg/h και k = 1,3.

Για τον έλεγχο της πληρότητας της εναπόθεσης αιθάλης, τοποθετήθηκε ένα απορροφητικό βαμβακερό φίλτρο πίσω από το κύριο φίλτρο υαλοβάμβακα.

Η θερμοκρασία του αερίου στο άνοιγμα αερίου (σε απόσταση 150 mm από την έξοδο των αερίων από το κιβώτιο) μετρήθηκε με ένα θερμοστοιχείο ξιφολόγχης βολφραμίου-ραμμολυβδαινίου τοποθετημένο σε ένα υδρόψυκτο περίβλημα. Η διασταύρωση εργασίας του θερμοστοιχείου προστατεύτηκε από μια άκρη χαλαζία.

Η μελέτη των ιδιοτήτων ακτινοβολίας των φλογών ξεκίνησε με τη μέτρηση των θερμοκρασιών ακτινοβολίας της φλόγας και της τοιχοποιίας σε όλο το μήκος του χώρου εργασίας του κλιβάνου. Για αυτό χρησιμοποιήθηκαν πυρόμετρα συνολικής ακτινοβολίας RAPIR με τηλεσκόπια TERL-50. Πέντε πυρόμετρα εγκαταστάθηκαν μόνιμα και κατευθύνθηκαν προς την εκτόξευση μέσω υδρόψυκτων σωλήνων που τοποθετήθηκαν στο πίσω τοίχωμα του κλιβάνου. Η εγκατάσταση πυρόμετρων στο πλάι του πίσω τοιχώματος του κλιβάνου κατέστησε δυνατή τη διεξαγωγή πειραμάτων σε όλο το τήγμα.

Για τη μέτρηση των ροών θερμότητας, χρησιμοποιήθηκε ένας θερμικός ανιχνευτής VNIMT, ο οποίος εισήχθη στον χώρο εργασίας του κλιβάνου μέσω των οπών των παραθύρων πλήρωσης.

Για μια πληρέστερη μελέτη των χαρακτηριστικών ακτινοβολίας των πυρσών, προσδιορίστηκαν οι βαθμοί μαύρης τους και οι θερμοκρασίες Schmidt. Ποσότητες vfπροσδιορίστηκε σε τέσσερα σημεία κατά μήκος του χώρου εργασίας του κλιβάνου.

Οι ροές θερμότητας μετρήθηκαν με πυρόμετρο ακτινοβολίας οξείας γωνίας.

Κατά τη βαθμονόμηση του ραδιομέτρου τελικής όψης, ελήφθησαν δείγματα αερίου από τον χώρο εργασίας του κλιβάνου ταυτόχρονα με τον προσδιορισμό των τιμών της στιγμής απενεργοποίησης του μαζούτ. Η χημική ανάλυση αυτών των δειγμάτων έδειξε ότι τα απορροφητικά συστατικά της ατμόσφαιρας του κλιβάνου δεν μπορούν να έχουν αξιοσημείωτη επίδραση στα αποτελέσματα βαθμονόμησης (CO 2<0,1%).

Η φύση της εξάρτησης των tk και tp από τις μετρήσεις του ραδιομέτρου αποδείχθηκε ότι είναι περίπου η ίδια για όλους τους κλιβάνους που μελετήθηκαν.

16. Μελέτη των χαρακτηριστικών ακτινοβολίας του πυρσού

Θερμοκρασία φλόγας:

όπου L Р f.c.–μήκος φλόγας M;

Χ– περιεκτικότητα σε υγρασία μαζούτ, kg / kg.

Λαμβάνεται με θέρμανση κλιβάνων με αεριοποιημένο μαζούτ.

Σε φούρνους που θερμαίνονται με αεριοποιημένο μαζούτ, επιτυγχάνονται υψηλές τιμές vf. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από την έντονη εκπομπή αιθάλης κατά τη διαδικασία της οξειδωτικής πυρόλυσης του μαζούτ, καθώς και από το μεγαλύτερο πάχος του στρώματος ακτινοβολίας του λοφίου. Στο πρώτο μισό του χώρου εργασίας του κλιβάνου, ο βαθμός εκπομπής είναι εντός των ορίων e f = 0,7-0,95 και μεταβάλλεται σχετικά λίγο κατά το μήκος της φλόγας. Κοντά στο μέσο του χώρου εργασίας, το e f μειώνεται απότομα και στο τέλος του φτάνει τις μικρότερες τιμές ( e f = 0,13-0,18).

Μια σαφώς αισθητή επίδραση της μάρκας του μαζούτ στα χαρακτηριστικά ακτινοβολίας της φλόγας παρατηρήθηκε σε έναν κλίβανο πετρελαίου με δύο κανάλια. Η αύξηση του ιξώδους του μαζούτ συνοδεύτηκε από αύξηση των τιμών e f σε όλο το μήκος του κλιβάνου. Έτσι, όταν χρησιμοποιείτε μαζούτ βαθμού 40 στο δεύτερο παράθυρο πλήρωσης κατά μήκος της φλόγας, η τιμή του e f = 0,67 και κατά την καύση του μαζούτ βαθμού 80 e f = 0,76. Με την αύξηση του αριθμού επωνυμίας του μαζούτ, αυξήθηκε και η μεταφορά θερμότητας.

Η σταθερότητα του κλιβάνου σχετίζεται επίσης με το ιξώδες του μαζούτ, αφού με την αύξηση του ιξώδους, η μέγιστη θερμοκρασία της φλόγας στο τέλος του χώρου εργασίας μειώθηκε.

Σύμφωνα με οπτικές παρατηρήσεις, όταν ο κλίβανος θερμαίνεται με μαζούτ υψηλού ιξώδους, η φωτεινότητα του πυρσού παραμένει μέχρι τα 2/3 του μήκους του χώρου εργασίας, η σκωρία αφρίζει πολύ λιγότερο και το μέταλλο θερμαίνεται πιο γρήγορα.

Κατά τη θέρμανση ενός κλιβάνου δύο καναλιών με καύσιμο πετρελαίου βαθμού 80, χρησιμοποιήθηκε ως ατμοποιητής υπέρθερμος ατμός σε πίεση 11 atm και αέρας συμπιεστή σε πίεση 5,5-6,0 atm. Στην περίπτωση ψεκασμού του μαζούτ με αέρα συμπιεστή, παρατηρήθηκε ελαφρά αύξηση της εκπομπής του φακού, καθώς και q fc.

Τα αποτελέσματα των μελετών της θερμικής λειτουργίας των κλιβάνων μας επιτρέπουν να εξαγάγουμε τα ακόλουθα συμπεράσματα:

1) η σύσταση και η θερμοκρασία του ημιαερίου του μαζούτ καθορίζονται από την τιμή του πρωτογενούς ρυθμού ροής αέρα κατά την αεριοποίηση του μαζούτ. Η βέλτιστη τιμή του είναι 1 περίπου 0,4.

2) όταν χρησιμοποιούνται λιπαντικά ελαφρού και χαμηλού ιξώδους, οι υψηλότερες τιμές θερμικών ροών απορρόφησης θερμότητας του λουτρού που πέφτουν στο λουτρό, υψηλή τιμή στη ρίζα του πυρσού και στο πρώτο μισό του κλιβάνου, και Οι χαμηλότερες τιμές κοντά στην κεφαλή καθαρισμού λήφθηκαν για φούρνους που θερμαίνονται με αεριοποιημένο μαζούτ.

3) όταν καίγεται βαρύ μαζούτ, η διαφορά είναι τόσο σε απόλυτες όσο και σε σχετικές τιμές.

17.Βασικές θερμοδυναμικές παράμετροι της κατάστασης αερίου

Πίεση

R- ένα μέτρο της δύναμης που δρα σε μια μονάδα επιφάνειας:

R= lim ?Fn / ?S = dFn/ ds,

όπου DS -> 0; ?Fn είναι η δύναμη που κατευθύνεται κάθετα στο εμβαδόν της επιφάνειας.

Συγκεκριμένη ένταση

Vείναι το αντίστροφο της πυκνότητας rουσίες:

v = 1 / r = dV / dm,

όπου dVείναι ένα στοιχείο απειροελάχιστου όγκου.

dmείναι η μάζα της ουσίας.

ΕΛΙΑ δερματος

Η ποσότητα μιας ουσίας που περιέχει τον αριθμό των μορίων ίσο με τον αριθμό των ατόμων που περιέχονται σε 12 g του ισοτόπου άνθρακα 12 C ονομάζεται προσευχόμαστε.

Ο αριθμός του Avogadro

Ν Α\u003d 6,02 h 10 23 mol -1. Η τιμή που απαιτείται στους υπολογισμούς. Δείχνει πόσα μόρια περιέχονται σε ένα μόριο οποιασδήποτε ουσίας.

Μοριακή μάζα

Μ- μάζα ενός μορίου:

M \u003d N A m x 1a. τρώω,

όπου Ν Αείναι ο αριθμός Avogadro.

Μ- μοριακή μάζα.

Μοριακή μάζα [M] = kg / mol και μοριακός όγκος = m 3 / mol.

Ο όγκος ενός mole είναι ο μοριακός όγκος:

V M = M / r

όπου Μ- μοριακή μάζα;

rείναι η πυκνότητα της ύλης.

Οι τύποι για τον προσδιορισμό του αριθμού των μορίων μιας ουσίας και του αριθμού των μορίων μιας ουσίας είναι οι εξής:

u= m /M= V/ V M ,

N = uN A = (m / M)NA = (V/ V M)N A .

Θερμοκρασία

Συνηθίζεται να λαμβάνεται η μέση κινητική ενέργεια της μεταφορικής κίνησης των μορίων ως μέτρο της θερμοκρασίας. Εάν δύο σώματα σε επαφή δεν ανταλλάσσουν ενέργεια με μεταφορά θερμότητας, μπορούμε να πούμε ότι αυτά τα σώματα έχουν την ίδια θερμοκρασία και υπάρχει θερμική ισορροπία στο σύστημα.

18. Κατάσταση των φορέων. Θερμοδυναμικό σύστημα. αδιαβατική διαδικασία

Υπάρχουν τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: στερεά, υγρή και αέρια.

Εάν οι παράμετροι του συστήματος δεν αλλάζουν με το χρόνο, τότε μπορούμε να μιλήσουμε για τη θερμοδυναμική ισορροπία του συστήματος.

Ένα σύνολο σωμάτων και πεδίων που μπορούν να ανταλλάξουν ενέργεια όχι μόνο μεταξύ τους, αλλά και με το εξωτερικό περιβάλλον, ονομάζεται θερμοδυναμικό σύστημα. Εάν συμβεί μια αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια σε ένα θερμοδυναμικό σύστημα, τότε μπορούμε να μιλήσουμε για την απόδοση της εργασίας από αυτό το σύστημα και για τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ τμημάτων του συστήματος.

Παράμετροι θερμοδυναμικής κατάστασης

Πίεση, θερμοκρασία, πυκνότητα, συγκέντρωση, όγκος του συστήματος είναι οι θερμοδυναμικές παράμετροι της κατάστασης.

Η διαδικασία κατά την οποία δεν υπάρχει ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του συστήματος και του εξωτερικού περιβάλλοντος ονομάζεται αδιαβατικός.Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής στο dQ =Το 0 μοιάζει με αυτό:

C v dT + PdV= 0,

και όταν λαμβάνεται υπόψη dT= (PdV + VdP) / R

dP/ Π= -gdV/ V,

όπου σολείναι ο αδιαβατικός δείκτης.

R- πίεση

V- Ενταση ΗΧΟΥ.

Αυτή η εξίσωση έχει μια λύση με τη μορφή:

PV g= συνθ.

Λέγεται Η εξίσωση του Poisson.Λαμβάνοντας υπόψη την εξίσωση Mendeleev-Claiperon, η εξίσωση Poisson θα μοιάζει με:

TV g-1 = συντ

Τ g p 1-g = συνεχ.

Οι εξισώσεις Poisson περιγράφουν οιονεί στατικές αδιαβατικές διεργασίες. Η αδιαβατική συμπίεση προκαλεί τη θέρμανση του αερίου, στην περίπτωση της αδιαβατικής διαστολής ψύχεται.

Σε αντίθεση με την ισοθερμική διαδικασία, η αδιαβατική διαδικασία χαρακτηρίζεται από ταχύτερη μείωση της πίεσης με την αύξηση του όγκου. Το έργο που εκτελείται από ένα αέριο σε μια αδιαβατική διεργασία είναι πάντα μικρότερο από το έργο που εκτελείται σε μια ισοθερμική διεργασία, εάν η μεταβολή του όγκου υποτεθεί ότι είναι ίδια και για τις δύο περιπτώσεις. Σε μια αδιαβατική διαδικασία, υπάρχει μια εξάρτηση της εργασίας από τον αδιαβατικό εκθέτη. προσπαθώντας ζ -> 1, λαμβάνουμε την αξία της εργασίας κατά τη διάρκεια μιας ισοθερμικής διαδικασίας, δηλαδή, θα υπάρξει μια μετάβαση του adiabat (Q= const) σε ισόθερμο (Τ= const).

19. Πολυτροπική διεργασία

Η διαδικασία ονομάζεται πολυτροπικόυποθέτοντας ότι η θερμοχωρητικότητα παραμένει σταθερή. Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής στο C = const είναι ο εξής:

(ΝΤΟ– Cv)dT = PdV,

και όταν λαμβάνεται υπόψη dT= (PdV + VdP)/ Rπαίρνουμε την παρακάτω φόρμα:

ndV/ V= -dP/ Π,

n= (ΝΤΟ– CP)/ (ΝΤΟ– ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ),

Η εξίσωση έχει μια λύση με τη μορφή:

PVn= const,

όπου Π- πίεση αερίου;

Vείναι ο όγκος του αερίου.

Μια πολυτροπική διαδικασία χαρακτηρίζεται από την παρουσία μερικής ανταλλαγής θερμότητας μεταξύ του συστήματος και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Η καμπύλη της πολυτροπικής διεργασίας βρίσκεται στο διάγραμμα ΦΒ μεταξύ της ισόθερμης (Γ = const) και του adiabat ( Q= const) και καλείται πολυτροπικό.Λαμβάνοντας υπόψη την εξίσωση Mendeleev-Claiperon, η πολυτροπική εξίσωση θα μοιάζει με αυτό:

TV n-1 = συντ

Τ η Ρ η-1= συνθ.

Ας προσδιορίσουμε το έργο που κάνει το αέριο κατά την πολυτροπική διαδικασία:

A 12 \u003d (m / M) R (T 1 - T 2) / (n - 1),

όπου Μείναι η μάζα του αερίου.

Μείναι η μοριακή μάζα του αερίου.

R

nείναι ο πολυτροπικός δείκτης.

Τ1και Τ2– αρχικές και τελικές θερμοκρασίες.

Περίπτωση T 2 > T 1 και A 12< 0 соответствует сжатию газа, т. е. работа совершается над ним. Показатель политропы можно получить из опыта. В отдельных случаях политропический процесс может переходить в следующие термодинамические процессы.

1. Αδιαβατική διαδικασία: ΑΠΟ= 0, n= σολ= ντο/C και Σελ= const, dU= C v dT= -dA, d/ = C p dT= -gdA.

2. Ισοθερμική διαδικασία: ΑΠΟ= Ґ, n =1 και PV = const, T = const, dA= PdV, dU= 0, dl = 0, dQ= dA.

3. Ισοβαρική διαδικασία: C \u003d C p, n= 0 και V/T = const, R= const, dA = PdV, dU = C V dT, dl= dU+ PdV= dQ = C p dT.

4. Ισοχωρική διαδικασία: C = C, n= Ґ και R/T= const, V= const, dA= 0, dU= ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ dT = dQ, dl = dU + PdV = C p dT.

20. Ζεστασιά

ζεστασιάονομάζεται η διαδικασία μεταβολής της εσωτερικής ενέργειας σε σταθερές εξωτερικές παραμέτρους h = = const. Τα σώματα μπορούν να μεταφέρουν ενέργεια μεταξύ τους απευθείας κατά την επαφή ή ακτινοβολώντας την. Θερμότητα ονομάζεται ο μικροσκοπικός μετασχηματισμός της ενέργειας. Η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας καθορίζεται από το έργο που κάνουν τα μόρια κατά την τυχαία θερμική κίνηση. Η ποσότητα θερμότητας έχει την ακόλουθη διάσταση στο SI: [Q]\u003d J. Χρησιμοποιούν επίσης μονάδες θερμότητας - θερμίδες, 1 cal \u003d 4,1868 J. Εάν το σώμα που συμμετέχει στη διαδικασία λαμβάνει την ποσότητα θερμότητας, τότε γράφεται με πρόσημο συν, και αν τη δίνει, τότε η ποσότητα της θερμότητας έχει πρόσημο μείον.

Ο τύπος για τον προσδιορισμό της στοιχειώδους ποσότητας θερμότητας που αναφέρεται στο σώμα για να αλλάξει τη θερμοκρασία του:

dQ= cdt,

όπου ΑΠΟείναι η θερμοχωρητικότητα του σώματος.

ΑΠΟ= dQ / dT.

Η φυσική έννοια της θερμοχωρητικότητας- αυτή είναι μια τιμή ίση με την ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταφερθεί στο σώμα για να αλλάξει η θερμοκρασία του κατά 10K. Θερμοχωρητικότητα ΑΠΟκαθορίζεται από το σωματικό βάρος, τη χημική του σύνθεση και τη θερμοδυναμική κατάσταση.

Η έννοια της θερμοχωρητικότητας περιλαμβάνει τις έννοιες της ειδικής και της μοριακής θερμοχωρητικότητας. Η θερμοχωρητικότητα ανά μονάδα μάζας μιας ουσίας ονομάζεται ειδική θερμοχωρητικότητα.Στην περίπτωση ενός ομοιογενούς σώματος, ισούται με:

c=C/Μ,

όπου Μείναι η μάζα του αερίου.

Η θερμοχωρητικότητα ενός mol μιας ουσίας ονομάζεται μοριακή ή μοριακή θερμοχωρητικότητα(σημειώνεται ΑΠΟ).Η γραμμομοριακή και η ειδική θερμική ικανότητα σχετίζονται με τη σχέση:

c = C/ Μ,

όπου Μείναι η μοριακή μάζα της ουσίας.

Στο SI, οι ειδικές και μοριακές θερμοχωρητικότητες έχουν τις ακόλουθες διαστάσεις: [s] = J/kgK, [C] = J/molK.

Η έννοια της θερμοχωρητικότητας περιλαμβάνει δύο τύπους θερμοχωρητικότητας: σε σταθερό όγκο και σε σταθερή πίεση. Η θερμοχωρητικότητα (ειδική και μοριακή) σε σταθερό όγκο προσδιορίζεται με θέρμανση του σώματος στο V= const και συμβολίζεται με c vκαι Γ v. Η θερμοχωρητικότητα (ειδική και μοριακή) σε σταθερή πίεση προσδιορίζεται με θέρμανση του σώματος στο R= const και συμβολίζεται με σελκαι Cp

21. Εργασία

δουλειάείναι η διαδικασία αλλαγής της εσωτερικής ενέργειας λόγω αλλαγών στις εξωτερικές παραμέτρους στο dQ= 0. στοιχειώδης εργασίαονομάζεται το έργο που εκτελεί το σύστημα με μια απειροελάχιστη οιονεί στατική διαστολή, ως αποτέλεσμα της οποίας ο όγκος του συστήματος αυξάνεται κατά dV:

dA= Fdx = PSdx = PdV,

όπου sdx= dV– αύξηση όγκου.

μικρόείναι το εμβαδόν της επιφάνειας κάθετα στην οποία δρα η δύναμη F.

R- πίεση.

Μια εξιδανικευμένη διαδικασία κατά την οποία η μετάβαση ενός συστήματος από μια κατάσταση ισορροπίας σε μια άλλη κατάσταση ισορροπίας ονομάζεται οιονεί στατικό.Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των οιονεί στατικών διεργασιών είναι η ισότητα της εσωτερικής πίεσης αερίου προς την εξωτερική πίεση: R = R",και δ ΑΛΛΑ"= -dA= -P "dVείναι έργο εξωτερικών δυνάμεων. Για την τελική διαδικασία, η συνολική εργασία μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:

τότε το έργο Α 12 δεν εξαρτάται από τις αρχικές και τελικές καταστάσεις του συστήματος και καθορίζεται με τη μέθοδο μετάβασης του συστήματος από τη μια κατάσταση στην άλλη. Η εργασία δεν είναι κρατική λειτουργία.

Στην περίπτωση που το σύστημα έχει πολλούς βαθμούς ελευθερίας και η εσωτερική του κατάσταση καθορίζεται από εξωτερικές παραμέτρους x nκαι θερμοκρασία Τ,στοιχειώδεις εργασίες θα εκτελεστούν σε εξωτερικά σώματα από το σύστημα:

dA \u003d X 1 dx 1 + X 2 dx 2 + ... + X n dx n,

όπου x 1 ,x 2 ,…,x n είναι συναρτήσεις εξωτερικών παραμέτρων της κατάστασης του συστήματος x (γενικευμένες δυνάμεις). Εάν οι αλλαγές θερμοκρασίας στο περιβάλλον δεν έχουν καμία επίδραση στην κατάσταση του συστήματος, τότε ένα τέτοιο σύστημα ονομάζεται αδιαβατικά απομονωμένος.Η εσωτερική ενέργεια ενός αδιαβατικά απομονωμένου συστήματος μπορεί να δοθεί ως συνάρτηση ορισμένης κατάστασης εσύ,Επιπλέον, η αύξηση αυτής της συνάρτησης πρέπει να είναι ίση με την εργασία που γίνεται στο σύστημα κατά τη μετάβασή του από την αρχική κατάσταση στην τελική κατάσταση, ανεξάρτητα από τη διαδρομή:

A 12 \u003d U 2 - U 1,

όπου U 2και U 1είναι οι εσωτερικές ενέργειες του συστήματος στις καταστάσεις 2 και 1.

22. Νόμος Boyle-Mariotte

Ένας από τους ιδανικούς νόμους του αερίου είναι Νόμος Boyle-Mariotte,που γράφει: προϊόν πίεσης Πανά τόμο Vαέριο σε σταθερή μάζα αερίου και η θερμοκρασία είναι σταθερή. Αυτή η ισότητα ονομάζεται ισοθερμικές εξισώσεις. Η ισόθερμη απεικονίζεται στο PV-διάγραμμα της κατάστασης του αερίου ως υπερβολή και, ανάλογα με τη θερμοκρασία του αερίου, καταλαμβάνει τη μία ή την άλλη θέση. Η διαδικασία που λαμβάνει χώρα στο Τ= const, καλούμενος ισόθερμος.Αέριο στο Τ= το const έχει σταθερή εσωτερική ενέργεια U. Εάν το αέριο διαστέλλεται ισόθερμα, τότε όλη η θερμότητα πηγαίνει να κάνει δουλειά. Το έργο που εκτελείται από ένα αέριο που διαστέλλεται ισόθερμα είναι ίσο με την ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταδοθεί στο αέριο για να το εκτελέσει:

dA= dQ= PdV,

όπου δ ΑΛΛΑ- στοιχειώδη εργασία.

dv-στοιχειώδης όγκος?

Π- πίεση. Αν V 1 > V 2 και P 1< P 2 , то газ сжимается, и работа принимает отрицательное значение. Для того чтобы условие Τ= το const ικανοποιήθηκε, είναι απαραίτητο να θεωρηθούν οι αλλαγές στην πίεση και τον όγκο ως απείρως αργές. Υπάρχει επίσης μια απαίτηση για το μέσο στο οποίο βρίσκεται το αέριο: πρέπει να έχει αρκετά μεγάλη θερμοχωρητικότητα. Οι τύποι για τον υπολογισμό είναι κατάλληλοι και στην περίπτωση παροχής θερμικής ενέργειας στο σύστημα. Συμπιεστόαέριο ονομάζεται η ιδιότητά του να μεταβάλλεται σε όγκο με μεταβολή της πίεσης. Κάθε ουσία έχει συντελεστής συμπιεστότητας,και ισούται με:

c = 1 / V O (dV / CP) T ,

εδώ η παράγωγος λαμβάνεται στο Τ= συνθ.

Ο συντελεστής συμπιεστότητας εισάγεται για να χαρακτηρίσει τη μεταβολή του όγκου με μια αλλαγή στην πίεση. Για ένα ιδανικό αέριο ισούται με:

c = -1 / Π.

Στο SI, ο συντελεστής συμπιεστότητας έχει τις ακόλουθες διαστάσεις: [c] = m 2 /N.

23. Ο νόμος του Gay-Lussac

Ο νόμος του Gay-Lussacδηλώνει ότι ο λόγος του όγκου ενός αερίου προς τη θερμοκρασία του σε σταθερή πίεση και μάζα αερίου είναι σταθερός.

V/ Τ= Μ/ ΜΟ R/ Π= συνθ

στο Π= const, Μ= συνθ.

Αυτή η ισότητα ονομάζεται ισοβαρείς εξισώσεις.

Η ισοbar απεικονίζεται σε ένα διάγραμμα ΦΒ ευθείας γραμμής παράλληλης προς τον άξονα v.Η διαδικασία που λαμβάνει χώρα στο Π= const, καλούμενος ισοβαρής.Αν ένα V 1και Τ 1- αρχικό, και V 2και Τ 2είναι ο τελικός όγκος και θερμοκρασία, τότε η ισότητα είναι αληθής:

V 1 / T 1 \u003d V 2 / T 2.

Η εργασία που γίνεται από το αέριο κατά τη διαστολή μπορεί εύκολα να βρεθεί υπολογίζοντας το εμβαδόν του τριγώνου στο διάγραμμα ΦΒ:

A12=PDV= Μ/ ΜΣχετικά με το RDT,

όπου DV \u003d V 2 - V 1 - αλλαγή έντασης.

DT \u003d T 2 - T 1 - αλλαγή θερμοκρασίας.

Στο διάγραμμα VT, η ισοbar απεικονίζεται ως μια ευθεία γραμμή που αναδύεται από την αρχή. Ο νόμος του Gay-Lussac μπορεί να γραφτεί με την ακόλουθη μορφή:

V = V 0 (1+ a v t),

όπου V- όγκος σε θερμοκρασία t,μετρημένο από 0 o C;

V0είναι ο όγκος ενός ιδανικού αερίου σε θερμοκρασία Τ 0= 273.j6 Κ.

ονομάστε την ποσότητα:

a v = V/ V 0 T = 1 / T 0 \u003d 1 / 273,16 K - 1.

Στη γενική περίπτωση οποιασδήποτε ουσίας, ο συντελεστής διαστολής όγκου ορίζεται ως:

ένα= 1 / VO/ (dV/dT) p .

Ο συντελεστής διαστολής όγκου ενός ιδανικού αερίου είναι:

ένα= 1/Τ.

Αν ένα Τ= 0 o C, μετά a = a V

Για τα πραγματικά αέρια, ο νόμος Gay-Lussac δεν ισχύει σε χαμηλές θερμοκρασίες (δηλαδή κοντά στο απόλυτο μηδέν). Όταν ψύχονται στο απόλυτο μηδέν, όλα εκτός από τα αέρια ηλίου υγροποιούνται.

24. Νόμος του Καρόλου

ο νόμος του Καρόλουδηλώνει ότι ο λόγος της πίεσης ενός αερίου προς τη θερμοκρασία του είναι σταθερός εάν ο όγκος και η μάζα του αερίου παραμένουν αμετάβλητες:

Π/ Τ= Μ/ ΜΟ R/ V= συνθ

στο V= const, Μ= συνθ.

Αυτή η ισότητα ονομάζεται ισοχορικές εξισώσεις.

Μια ισοχώρη σχεδιάζεται σε ένα διάγραμμα ΦΒ ως ευθεία γραμμή παράλληλη προς τον άξονα P και σε ένα διάγραμμα PT είναι μια ευθεία γραμμή που εξέρχεται από την αρχή. Η διαδικασία που λαμβάνει χώρα στο V = const λέγεται ισοχωρικός.Χαρακτηριστικό γνώρισμα της ισοχωρικής διεργασίας είναι ότι το αέριο στο V= const δεν λειτουργεί. Όταν παρέχεται θερμική ενέργεια σε ένα αέριο, η εσωτερική του ενέργεια αυξάνεται λόγω της παρεχόμενης θερμότητας:

DU= Μ/ ΜΟ βιογραφικό D.T.,

όπου Μ- μοριακή μάζα;

βιογραφικόείναι η μοριακή θερμοχωρητικότητα.

DT = T 2 - T 1 - αλλαγή θερμοκρασίας.

Εάν τα P 1 και T 1 είναι αρχικά και τα P 2 και T 2 είναι τελική πίεση και θερμοκρασία, τότε:

P 1 / T 1 = P 2 / T 2

Ο νόμος του Καρόλου μπορεί να γραφτεί με την ακόλουθη μορφή:

P = P 0 (1 + a p t)

όπου R- πίεση σε θερμοκρασία t, μετρημένη από 0 о С;

P 0– ιδανική πίεση αερίου σε θερμοκρασία Τ0=273,16 Κ.

Συντελεστής θερμοκρασίας αλλαγής πίεσης,ή απλά ο συντελεστής θερμικής πίεσης, ονομάζεται η ακόλουθη παράμετρος:

a p \u003d P / P 0 T \u003d 1 / T 0.

25. Η εξίσωση κατάστασης ιδανικού αερίου

Εξίσωση κατάστασης ιδανικού αερίουπεριγράφει τη σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας και της πίεσης του. Δεδομένου ότι η πίεση ενός ιδανικού αερίου σε ένα κλειστό σύστημα Π= 1/3 O mn , Π= nkT, τότε η εξίσωση ιδανικού αερίου θα μοιάζει με αυτό:

P = NkT,

όπου Νείναι ο αριθμός των μορίων που περιέχονται στον όγκο V.

PV=m/ M x NkT,

Φ/Β= Μ/ MxRT,

όπου Μ- μοριακή μάζα;

Ναείναι ο αριθμός Avogadro.

κείναι η σταθερά Boltzmann.

Rείναι η καθολική σταθερά αερίου.

Ισότητα λέγεται οι εξισώσεις Mendeleev-Claiperon.Στην περίπτωση που η ποσότητα της ουσίας αερίου είναι 1 mol, η εξίσωση Mendeleev-Claiperon θα λάβει τη μορφή PV=RT.αέριο μπορεί να ληφθεί υπόψη τέλειος,εάν η κατάστασή του περιγράφεται από την εξίσωση Mendeleev-Claiperon ή ένα από τα συμπεράσματά της.

F(P, V, t 0) φέρει το όνομα εξισώσεις καταστάσεων.Στο διάγραμμα ΦΒ, το σύνολο των καταστάσεων με t 0 = const παριστάνεται ως υπερβολή. Το σύνολο των υπερβολών που αντιστοιχεί σε διαφορετικές θερμοκρασίες ονομάζεται ισόθερμες.Η διαδικασία με την οποία ένα αέριο αλλάζει από τη μια κατάσταση στην άλλη t0= const, καλούμενος ισόθερμος.

Πότε Π= const (1) υπάρχει μια γραμμική εξάρτηση του όγκου μιας ορισμένης μάζας αερίου από τη θερμοκρασία:

V= V 0 (1 + στο 0).

Αντιπροσωπεύει το νόμο του Gay-Lussac. Ομοίως για V= const:

P=P 0 (1 + στο 0).

Από αυτές τις εξισώσεις προκύπτει ότι όλες οι ισοβαρείς και ισόχωρες τέμνουν τον άξονα t0σε ένα μόνο σημείο που προσδιορίζεται από τη συνθήκη 1 + στο 0= 0. Λύση αυτής της εξίσωσης:

t 0 \u003d -1 / ένα= -273,15 o C.

R= 8,31 h 10 3 J/(deg h kmol) – καθολική σταθερά αερίου.

PV = m / m x RT.

26. Καθολική εξίσωση κατάστασης για ένα ιδανικό αέριο

Αναλογία μάζας Μαέριο (ουσία) στην ποσότητα αερίου (ουσία) vαυτό το σύστημα ονομάζεται μοριακή μάζα αερίου (ουσία):

M = m/ v.

Η μονάδα μοριακής μάζας είναι η εξής: [Μ]= 1 kg / 1 mol.

Η συνέπεια του νόμου του Avogadro μας επιτρέπει να βρούμε την αναλογία συγκεκριμένων όγκων:

v 2 / v 1 = M 1 / M 2

v 1 M 1 = M 2 v 2 .

Η τελευταία αναλογία αντικατοπτρίζει ένα σημαντικό ιδανική ιδιότητα αερίου:υπό τις ίδιες φυσικές συνθήκες, το γινόμενο του συγκεκριμένου όγκου ενός αερίου και της μοριακής του μάζας είναι μια σταθερή τιμή που δεν εξαρτάται από τη φύση του αερίου, δηλ. vM= ιδανικός. Δουλειά vMαντιπροσωπεύει τον όγκο 1 mole ενός ιδανικού αερίου και η τελευταία ισότητα σημαίνει την ισότητα των μοριακών όγκων όλων των αερίων στις ίδιες πιέσεις και θερμοκρασίες.

Η εξίσωση κατάστασης για ένα mol αερίου είναι η εξής:

PV m = MRT,

όπου MR = Rm= PV m/ Τ.

Το προϊόν MR είναι καθολική (μοριακή) σταθερά αερίου.Η φυσική έννοια της καθολικής σταθεράς αερίου είναι ότι είναι 26β Bota ενός mole ιδανικού αερίου με μεταβολή θερμοκρασίας 1 o και σταθερή πίεση διεργασίας. Δεν εξαρτάται από τη φύση του αερίου. R== 8,314/μ. Εξίσωση τύπου

PV m = 8,314Τ

που ονομάζεται καθολική εξίσωση κατάστασης.

Η καθολική εξίσωση κατάστασης για ένα ιδανικό αέριομπορούμε να θεωρήσουμε την εξίσωση Mendeleev–Claperon:

PV=uRT.

Εάν διατηρήσετε τον όγκο σταθερό και λάβετε την πίεση του αερίου ως δείκτη θερμοκρασίας, τότε μπορείτε να πάρετε ένα θερμόμετρο που έχει μια τέλεια γραμμική κλίμακα. Ονομάζεται κλίμακα ιδανικής θερμοκρασίας αερίου.Είναι βολικό να λαμβάνεται υδρογόνο ως θερμομετρική ουσία. Η κλίμακα που έχει καθοριστεί για το υδρογόνο ονομάζεται εμπειρική κλίμακα θερμοκρασίας.

27. Βασικές ιδιότητες αερίων μειγμάτων

Ένα σύνολο πολλών διαφορετικών αερίων μεταξύ των οποίων είναι αδύνατο να πραγματοποιηθεί μια χημική αλληλεπίδραση ονομάζεται μείγμα ιδανικών αερίων.Η πίεση υπολογίζεται με τον τύπο:

P i = N i kT/ V,

όπου Εγώ= 1, 2, r, καλείται μερικός

rείναι ο αριθμός των αερίων στο μείγμα.

N είναι ο αριθμός των μορίων του i-ου αερίου.

Vείναι ο όγκος του μείγματος.

κείναι η σταθερά Boltzmann.

Τ- θερμοκρασία.

ο νόμος του Ντάλτοναντανακλά τη σχέση μεταξύ της πίεσης ενός μείγματος ιδανικών αερίων και των μερικών πιέσεών τους. Αναφέρει: «Η πίεση του μείγματος rτα ιδανικά αέρια και το άθροισμα των μερικών πιέσεών τους είναι ίσα. Η μαθηματική διατύπωση του νόμου του Dalton έχει ως εξής:

P = P1+ Р2 +… + P r = NkT/v,

όπου Ν=Ν1+ Ν 2+. + N rείναι ο αριθμός των μορίων στο μείγμα rαέρια.

Νόμος του Amag.Αντανακλά τη σχέση μεταξύ του όγκου ενός μείγματος ιδανικών αερίων και των μερικών όγκων τους. Ο νόμος του Amag αναφέρει: «Ο όγκος ενός μείγματος rΤα ιδανικά αέρια και το άθροισμα των μερικών όγκων τους είναι ίσα μεταξύ τους ":

V \u003d V 1 + V 2 + ... + V r.

Οι παράμετροι του μείγματος αερίων μπορούν να βρεθούν γνωρίζοντας Ο νόμος του Clapeyron:

PV=mRT,

Ο λόγος της μάζας κάθε αερίου προς τη συνολική μάζα του μείγματος ονομάζεται κλάσμα μάζας:

g 1 \u003d m 1 / m; g 2 \u003d m 2 / m; … g n \u003d m n / m,

όπου g 1 , g 2 , g n– κλάσματα μάζας.

m 1 , m 2 , m nείναι οι μάζες των αερίων χωριστά?

Μείναι η μάζα του μείγματος.

Το άθροισμα των κλασμάτων μάζας όλων των αερίων του μείγματος είναι ίσο με ένα.

Η μάζα ενός μείγματος είναι το άθροισμα των μαζών των αερίων που περιλαμβάνονται σε αυτό το μείγμα.

Ο λόγος του μερικού όγκου προς τον όγκο ολόκληρου του μείγματος ονομάζεται κλάσμα όγκου:

r1= V 1/ V, r2= V 2/ V,., r n = V n/ V,

όπου r 1 , r 2 , r n– κλάσματα όγκου.

V 1 , V 2 ,., V nείναι μερικοί όγκοι αερίων μείγματος.

Vείναι ο όγκος του μείγματος των αερίων.

28. Μέση μοριακή μάζα μείγματος αερίων

Η εξίσωση για την εύρεση της σταθεράς του συγκεκριμένου μείγματος αερίων είναι:

R \u003d π.χ. i R i \u003d 8314,2 (g 1 / M 1 + g 2 / M 2 + ... + g n / M n)

Γνωρίζοντας τη μοριακή μάζα του μείγματος, μπορείτε να βρείτε τη σταθερά αερίου του μείγματος:

Γνωρίζοντας την ογκομετρική σύνθεση του μείγματος, λαμβάνουμε τους ακόλουθους τύπους:

g i = (R/ R i),

π.χ Εγώ= Re(r Εγώ/R Εγώ) = 1.

Ο τύπος για τον υπολογισμό της συγκεκριμένης σταθεράς αερίου θα έχει τη μορφή:

R= 1 / e(r Εγώ/R Εγώ) = 1 / (r 1 / R 1 + R 2 + ... + r n / R n).

Μέση μοριακή μάζα μείγματος αερίωνείναι μια μάλλον αυθαίρετη τιμή:

Μ= 8314,2 / (σολ 1 R 1 + σολ 2 R 2 +. + g n R n).

Αν αλλάξουμε τις συγκεκριμένες σταθερές αερίου R1, R2,…, R nτις τιμές τους από την εξίσωση Claiperon, βρίσκουμε τη μέση μοριακή μάζα ενός μείγματος αερίων, εάν το μείγμα προσδιορίζεται από κλάσματα μάζας:

Μ= 1 / (r1/ Μ1+ r2/ Μ2+. + rn/ Mn).

Στην περίπτωση που το μείγμα προσδιορίζεται με κλάσματα όγκου, λαμβάνουμε την ακόλουθη έκφραση:

R= 1 / er i R i= 8314,2 / er i M i .

Γνωρίζοντας ότι R= 8314,2 / M, παίρνουμε:

Μ= er i M i= r 1 M 1 + r 2 M 2 +. + r n M n .

Με αυτόν τον τρόπο, μέση μοριακή μάζα μείγματος αερίωνκαθορίζεται από το άθροισμα των γινομένων των κλασμάτων όγκου από τις μοριακές μάζες των επιμέρους αερίων που αποτελούν το μείγμα.

29. Μερικές πιέσεις

Η πίεση γράφεται ως: P i =N i kT/ V,

όπου Εγώ= 1,2,..., r, καλείται μερικός.Εδώ rείναι ο αριθμός των αερίων στο μείγμα.

N iείναι ο αριθμός των μορίων του i-ου αερίου.

Vείναι ο όγκος του μείγματος.

κείναι η σταθερά Boltzmann.

Τ- θερμοκρασία.

Μπορεί να βρεθεί εάν όλες οι κύριες παράμετροι του αερίου είναι γνωστές:

P i = m i R i T/ V = m i R i/ mR = Pg i R i/R = Pg i M/Μ ι

Εάν το μείγμα δίνεται με κλάσματα όγκου, τότε για να ληφθεί η μερική πίεση κάθε αερίου, χρησιμοποιείται ο νόμος Boyle-Mariotte, από τον οποίο μπορεί να βρεθεί ότι σε T \u003d const:

P i V = PV iκαι P i = PV i/ V = r i P.

Μερική πίεσηοποιουδήποτε αερίου υπολογίζεται ως το γινόμενο της συνολικής πίεσης ενός μείγματος αερίων και του κλάσματος όγκου του. Η τελευταία εξίσωση χρησιμοποιείται στην επίλυση τεχνικών προβλημάτων και στον έλεγχο θερμικών εγκαταστάσεων. Τα κλάσματα όγκου των αερίων λαμβάνονται πειραματικά χρησιμοποιώντας αναλυτές αερίων.

Η φυσική έννοια της μερικής πίεσης Πιείναι ότι αυτή είναι η πίεση του i-ου αερίου, με την προϋπόθεση ότι θα καταλάμβανε τον όγκο v.

ο νόμος του Ντάλτοναντανακλά τη σχέση μεταξύ της πίεσης ενός μείγματος ιδανικών αερίων και των μερικών πιέσεών τους. Λέει: πίεση μίγματος rτα ιδανικά αέρια και το άθροισμα των μερικών πιέσεών τους είναι ίσα. Η μαθηματική διατύπωση του νόμου του Dalton έχει ως εξής:

R= P 1 + P 2 + ...+ P r= NkT/v,

όπου Ν= Ν 1+ Ν 2+... + N rείναι ο αριθμός των μορίων σε ένα μείγμα αερίων r.

Η πίεση που ασκούν τα μόρια του καθενός rιδανικά αέρια, δεν εξαρτάται από την πίεση που ασκούν τα μόρια άλλων αερίων. Ο λόγος για αυτό το φαινόμενο είναι ότι τα μόρια σε ένα ιδανικό αέριο δεν αλληλεπιδρούν. Έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι σε υψηλές πιέσεις (της τάξης των 10 6 Pa) ο νόμος του Dalton δεν πληρούται.

30. Νόμος διατήρησης και μετατροπής της ενέργειας

Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής βασίζεται στον παγκόσμιο νόμο της διατήρησης και του μετασχηματισμού της ενέργειας, ο οποίος δηλώνει ότι η ενέργεια ούτε δημιουργείται ούτε καταστρέφεται.

Τα σώματα που συμμετέχουν στη θερμοδυναμική διαδικασία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους ανταλλάσσοντας ενέργεια. Ταυτόχρονα, για ορισμένα σώματα η ενέργεια μειώνεται, ενώ για άλλα αυξάνεται. Υπάρχουν δύο επιλογές για τη μεταφορά ενέργειας από φυσικά σώματα: μεταφορά θερμότητας και εκτέλεση μηχανικής εργασίας.

Στην πράξη, η μονάδα εργασίας είναι επίσης το τζάουλ, η ποσότητα εργασίας συμβολίζεται με L, το συγκεκριμένο έργο ανά μονάδα μάζας P kg) συμβολίζεται με /.

Υπάρχουν αρκετές βασικές διατάξεις του πρώτου νόμου της θερμοδυναμικής.

L Οποιαδήποτε είδη ενέργειας δεν προκύπτουν από μόνα τους, αλλά μετατρέπονται αμοιβαία μεταξύ τους και οι ποσότητες τους είναι πάντα οι ίδιες.

2. Είναι αδύνατο να κατασκευαστεί μια μηχανή αέναης κίνησης πρώτου είδους.

3. Εάν το σύστημα είναι πλήρως απομονωμένο, τότε η εσωτερική του ενέργεια παραμένει σταθερή.

Ας το προσποιηθούμε Q- την ποσότητα θερμότητας που παρέχεται στο σώμα, η οποία πρέπει να δαπανηθεί για την εκτέλεση της εργασίας και τη μετατροπή της εσωτερικής ενέργειας:

Q= ?U+L,

όπου L = ml- ο όγκος της εργασίας.

DU = mДu είναι η διαφορά μεταξύ της εσωτερικής ενέργειας της αρχικής και της τελικής κατάστασης.

Στην περίπτωση σωματικού βάρους ίσου με 1 κιλό:

q =?u+l,

όπου l, q, Du - συγκεκριμένες ποσότητες εργασίας, θερμότητα, η διαφορά μεταξύ των εσωτερικών ενεργειών της αρχικής και της τελικής κατάστασης. Αν η διαδικασία είναι απειροελάχιστη, τότε

dq = du + dl.

Η αναλογία που προκύπτει είναι μαθηματικό μοντέλο του πρώτου νόμου της θερμοδυναμικής.Ως εκ τούτου, η ακόλουθη διατύπωση του νόμου ακολουθεί: «Ολόκληρη η ποσότητα θερμότητας που λαμβάνει ένα φυσικό σώμα δαπανάται για την εκτέλεση εργασιών και για τη μετατροπή της εσωτερικής ενέργειας του σώματος».

Υπάρχει ένας λεγόμενος κανόνας σημάδι για τις παραμέτρους: q> 0 εάν παρέχεται θερμότητα στο φυσικό σώμα, και q<0, если отводится; μεγάλο> 0 εάν η εργασία γίνεται από το ίδιο το σώμα (διαστολή), και μεγάλο< 0, если работу совершают над телом извне (сжатие); Du> 0 - εάν η εσωτερική ενέργεια του σώματος αυξάνεται, D u< 0 – если внутренняя энергия уменьшается.

31. Εσωτερική ενέργεια

Εσωτερική ενέργειααποτελείται από εσωτερικές κινητικές και δυνητικές ενέργειες. Η εσωτερική κινητική ενέργεια δημιουργείται από τη χαοτική κίνηση των μορίων της ύλης.

Η κινητική ενέργεια ολόκληρου του μακροσυστήματος υπολογίζεται:

όπου Μείναι η μάζα του συστήματος.

wείναι η ταχύτητα της κίνησής του στο χώρο.

Οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των μορίων μιας ουσίας μεταξύ τους καθορίζουν την εσωτερική δυναμική ενέργεια του σώματος.

εσωτερική ενέργειαονομάζεται τέτοια ενέργεια, η οποία περικλείεται στο ίδιο το σύστημα και έχει δύο συστατικά - κινητική ενέργεια.

Αλλαγή συγκεκριμένης δυναμικής (εσωτερικής) ενέργειας του ίδιου σώματος. Η αλλαγή ολόκληρης της συγκεκριμένης (εσωτερικής) ενέργειας κατά τη διάρκεια μιας θερμοδυναμικής διαδικασίας θα μοιάζει με αυτό:

U- U k– και r.

Η εσωτερική ενέργεια του σώματος εργασίας αυθαίρετης μάζας υπολογίζεται από τον τύπο:

?v-Vk - Vp.

Ας υποθέσουμε ότι το ρευστό εργασίας περνά από την πρώτη κατάσταση στη δεύτερη όταν η θερμότητα παρέχεται από έξω. Τότε η ποσότητα αυτής της θερμότητας θα εκφραστεί ως:

q 1, 2 - u 2 - U 1 .

Η διαδικασία προχωρά σύμφωνα με τον ισοχορικό νόμο, έχουμε:

q 1,2 = ? v(Τ 2 -Τ 1).

Γενικά, για οποιαδήποτε ουσία με μάζα Μ:

v 2 -v 1 - Μ? v (T 2 - T 1),

όπου T 1 είναι η αρχική θερμοκρασία της θερμοδυναμικής διαδικασίας.

Τ2είναι η τελική θερμοκρασία.

u 1 είναι η αρχική τιμή της εσωτερικής ενέργειας.

u 2 είναι η τελική τιμή της εσωτερικής ενέργειας.

?—μέση ειδική θερμοχωρητικότητα (ισοχωρική).

32. Υπολογισμός εργασίας αερίου

Το αέριο λαμβάνει θερμότητα από μια συγκεκριμένη πηγή εκτός του συστήματος. ας υποδηλώσουμε την πίεση του αερίου με το γράμμα p, την περιοχή του εμβόλου - S, στη συνέχεια υπό τη δράση μιας εξωτερικής δύναμης F=psστο έμβολο θα είναι ακίνητο. Καθώς η εξωτερική δύναμη F μειώνεται, η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο δυνάμεων ΥΓ-Φμετακινήστε το έμβολο προς τα δεξιά. Το αέριο κάτω από το έμβολο θα επεκταθεί και θα υπερνικήσει τις εξωτερικές δυνάμεις κατά την εκτέλεση της εργασίας. Για μια διαδικασία ισορροπίας, έχουμε τα εξής.

1. Το έμβολο πρέπει να κινείται μέσα από τον κύλινδρο απείρως αργά (δηλαδή με απειροελάχιστη ταχύτητα). Αυτό θα επιτρέψει να υποθέσουμε ότι η πίεση του αερίου σε όλο τον όγκο είναι ανά πάσα στιγμή η ίδια.

2. Η θερμοκρασία της πηγής θερμότητας πρακτικά δεν διαφέρει από τη θερμοκρασία του ρευστού εργασίας (για το οποίο χρησιμοποιούμε αέριο), δηλ. η διαφορά στις θερμοκρασίες τους είναι απείρως μικρή. Αυτό καθιστά δυνατό να υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία σε όλο τον όγκο του αερίου ανά πάσα στιγμή είναι η ίδια.

Κάτω από τέτοιες συνθήκες, η διαδικασία διαστολής του ρευστού εργασίας ανά πάσα στιγμή θα έχει την ίδια θερμοκρασία, πυκνότητα και πίεση σε όλο τον όγκο, δηλ. η κατάστασή του θα είναι επίσης σε ισορροπία.

Αναλυτική λύση του προβλήματος υπολογισμού του έργου ενός αερίου λόγω της διαστολής του. Η ταχύτητα του εμβόλου κατά την κίνησή του στον κύλινδρο είναι απειροελάχιστη. Επομένως, για να αναλύσουμε τη διαδικασία διαστολής, χωρίζουμε ολόκληρο το τμήμα της διαδρομής που διανύει το έμβολο σε άπειρα μικρά μέρη dl. Επειτα dA(στοιχειώδες έργο) σε οποιοδήποτε στοιχειώδες τμήμα dl καθορίζεται από το γινόμενο:

dA = pSdl,

όπου ΥΣΤΕΡΟΓΡΑΦΟ- δύναμη?

δλ- μονοπάτι.

Χρησιμοποιώντας την ισότητα

Sdl = dv,

παίρνουμε

dA = pdv.

Δίνει μια έκφραση:

όπου ΑΛΛΑείναι το έργο που εκτελεί ένα αέριο μάζας j kg κατά τη διαστολή.

Το έργο που εκτελείται από ένα αέριο κατά τη διάρκεια της διαστολής είναι επίσης γνωστό ως τεχνικός.

33. Αναστρέψιμες και μη αναστρέψιμες διεργασίες

Εάν ένα θερμοδυναμικό σύστημα υφίσταται μια σειρά διαδοχικών καταστάσεων υπό τη δράση εξωτερικών δυνάμεων, τότε το σύνολο τους ονομάζεται θερμοδυναμική διαδικασία.Αυτή η διαδικασία εκτελείται από το σώμα εργασίας και η κατάστασή του αλλάζει με τέτοιο τρόπο ώστε η μάζα να παραμένει σταθερή. Η κύρια ιδιότητα μιας απλοποιημένης ιδανικής διαδικασίας είναι αυτή αναστρεπτό.

αναστρεπτόςδιεργασίες ονομάζονται διεργασίες που προχωρούν τόσο προς την εμπρόσθια όσο και προς την αντίστροφη κατεύθυνση και στις οποίες δεν συμβαίνουν υπολειμματικές αλλαγές είτε στο ρευστό εργασίας είτε στον περιβάλλοντα χώρο. Επιπλέον, το ρευστό εργασίας διέρχεται και προς τις δύο κατευθύνσεις από τις ίδιες στοιχειώδεις καταστάσεις ισορροπίας και στο τέλος της διαδικασίας επιστρέφει στο αρχικό του σημείο.

Οποιαδήποτε αναστρέψιμη διαδικασία είναι μια διαδικασία ισορροπίας. Η διαδικασία ονομάζεται ισορροπημένηαν οι διαδοχικές καταστάσεις που διέρχεται το σύστημα είναι επίσης σε ισορροπία. Μια διαδικασία που προχωρά πολύ αργά και έτσι προσεγγίζει την ισορροπία ανά πάσα στιγμή ονομάζεται οιονεί στατικό(είναι και αναστρέψιμο).

Γραφικά, η κατάσταση ισορροπίας απεικονίζεται ως ένα σημείο σε ένα χωρικό σύστημα συντεταγμένων με τρεις παραμέτρους v, p, T,και η ίδια η διαδικασία ισορροπίας είναι μια καμπύλη που διέρχεται από μια σειρά τέτοιων σημείων.

Η κατάσταση του συστήματος ονομάζεται ισορροπημένηεάν οποιαδήποτε στιγμή σε όλο τον όγκο που καταλαμβάνει το αέριο, οι ποσότητες v, p, T(οι παράμετροι κατάστασης) είναι οι ίδιες, αν και αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου εάν αλλάξει η κατάσταση. Στην περίπτωση ενός απομονωμένου συστήματος, τελικά επιστρέφει σε κατάσταση ισορροπίας και δεν μπορεί να βγει από αυτό μόνο του. Στην πράξη, οι αναστρέψιμες διεργασίες είναι δυνατές υπό ορισμένες προϋποθέσεις.

1. Το σώμα εργασίας αλλάζει την κατάστασή του απείρως αργά.

2. Το σώμα εργασίας έχει ένα άπειρο σύνολο καταστάσεων ισορροπίας.

3. Απουσιάζει η ανταλλαγή θερμότητας με το εξωτερικό περιβάλλον (μια μη αναστρέψιμη διαδικασία), η εξωτερική τριβή, η εσωτερική τριβή των σωματιδίων του σώματος μεταξύ τους.

4. Δεν υπάρχουν χημικές αλλαγές στην ουσία εργασίας.

Οι διεργασίες που δεν ικανοποιούν την ιδιότητα αναστρεψιμότητας είναι μη αναστρεψιμο.

Οποιαδήποτε πραγματική διαδικασία κατά την οποία το σώμα εργασίας αλλάζει την κατάστασή του είναι μη αναστρέψιμη.

Οποιαδήποτε πραγματική διαδικασία είναι επίσης μη ισορροπημένη. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η διαδικασία έχει μια πεπερασμένη ταχύτητα και η κατάσταση ισορροπίας στην ουσία εργασίας απλά δεν έχει χρόνο για να καθοριστεί. Οι πραγματικές διαδικασίες μπορούν να προσεγγίσουν την περιοχή ισορροπίας, αλλά δεν συμπίπτουν με τις διαδικασίες ισορροπίας, μπορούν να πάνε μόνο προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός και προς την αντίθετη κατεύθυνση μόνο υπό εξωτερική επίδραση.

34. Βασικές διατάξεις του δεύτερου θερμοδυναμικού νόμου

Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής καθιστά δυνατή την απάντηση στα ερωτήματα: είναι δυνατή ή όχι για την ανάπτυξη της υπό εξέταση διεργασίας, ποια κατεύθυνση της διαδικασίας θα επικρατήσει όταν η ισορροπία εδραιωθεί στο θερμοδυναμικό σύστημα. Και επίσης αυτός ο νόμος βοηθά στον καθορισμό των συνθηκών υπό τις οποίες το σύστημα θα εκτελέσει τη μέγιστη ποσότητα εργασίας.

Η ουσία αυτού του νόμου εκφράστηκε για πρώτη φορά από τον Γάλλο επιστήμονα και μηχανικό Sadie Carnot(1824). Έγραψε ότι όπου υπάρχει μόνο διαφορά θερμοκρασίας, είναι δυνατή η εμφάνιση μιας κινητήριας δύναμης. Επιπλέον, εξαρτάται μόνο από τις θερμοκρασίες των σωμάτων που αλληλεπιδρούν και δεν εξαρτάται από τον τύπο αυτών των σωμάτων. Για να ληφθούν μεγάλες τιμές μιας τέτοιας κινητήριας δύναμης, η αρχική θερμοκρασία του ρευστού εργασίας πρέπει να είναι σημαντική και, κατά συνέπεια, η ψύξη είναι επίσης μεγάλη. Επιπλέον, δεν θα είναι ποτέ δυνατή η πλήρης χρήση της κινητήριας δύναμης (ενέργειας) του καυσίμου.

Αυτές οι δηλώσεις του επιστήμονα καθορίζουν τις συνθήκες μετατροπής της θερμότητας των κινητήρων σε χρήσιμο έργο και από ποιες παραμέτρους εξαρτάται η ποιότητα αυτής της μετατροπής. Με βάση τις καθιερωμένες διατάξεις, θα πρέπει να μιλήσουμε για την ανάγκη δύο διεργασιών να συμβαίνουν ταυτόχρονα σε θερμικές συσκευές - η κύρια, στην οποία η θερμότητα μετατρέπεται σε εργασία και η πρόσθετη, η συνοδευτική διαδικασία μεταφοράς θερμότητας σε μια ψυχρή πηγή.

Στη θερμοδυναμική αυθόρμητοςονομάζουν τέτοιες διαδικασίες για τις οποίες μπορεί να ειπωθεί ότι προχωρούν μόνες τους, δηλαδή ανεξάρτητα. Σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο, οι αυθόρμητες διεργασίες συμβαίνουν μόνο όταν δεν υπάρχει ισορροπία στο θερμοδυναμικό σύστημα. Επιπλέον, η κατεύθυνση της ροής τέτοιων διεργασιών συμπίπτει με την κατεύθυνση προσέγγισης του συστήματος στο σημείο ισορροπίας.

Τα αξιώματα αποτελούν τη βάση του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής. Το πρώτο αξίωμα του Γερμανού επιστήμονα R. Clausius(1850) παρουσιάζει τη γενική διατύπωση του δεύτερου νόμου ως εξής: «Από το ένα σώμα (λιγότερο θερμαινόμενο) στο άλλο (περισσότερο θερμαινόμενο), η θερμότητα δεν περνά αυθόρμητα, αλλά μόνο με τη βοήθεια αντιστάθμισης». Ένα άλλο αξίωμα (κύριος Kelvin-Thomson, 1852) δηλώνει ότι είναι αδύνατο να δημιουργηθεί μια μηχανή θερμότητας - μια μηχανή αέναης κίνησης δεύτερου είδους (στην οποία η θερμότητα μετατρέπεται πλήρως σε εργασία). Επομένως, ο θερμικός κινητήρας θα εκτελέσει εργασία μόνο εάν υπάρχουν τουλάχιστον δύο πηγές θερμότητας με διαφορετικές θερμοκρασίες. Επιπλέον, μόνο ένα μέρος όλης της θερμότητας που απελευθερώνεται από τον εκπομπό θερμότητας (μια πηγή θερμότητας με υψηλή θερμοκρασία) μπορεί να μετατραπεί σε χρήσιμη εργασία. Η υπόλοιπη θερμότητα απομακρύνεται στην ψύκτρα.

Στην πράξη, οι αυθόρμητες διεργασίες (μεταφορά θερμότητας από θερμά σε ψυχρά σώματα, διάχυση, φαινόμενα διάλυσης και πολλές άλλες) είναι μη αναστρέψιμες. Επομένως, υπάρχει άλλη διατύπωση δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής:«Αν μια πραγματική διαδικασία είναι αυθόρμητη, τότε είναι μη αναστρέψιμη».

35. Θερμοδυναμική απόδοση και συντελεστής απόδοσης κύκλων

Θερμοπηγές (Τ 1)και που εκπέμπει θερμότητα στο ρευστό εργασίας ονομάζονται αισθητήρες θερμότητας.Πηγές με χαμηλή θερμοκρασία (Τ 2)και η λήψη θερμότητας από την ουσία εργασίας ονομάζονται δέκτες θερμότητας.

Στο διάγραμμα PI, το χρήσιμο έργο της κυκλικής διαδικασίας είναι ίσο με το εμβαδόν που σχηματίζεται από τις καμπύλες της προς τα εμπρός και αντίστροφης κίνησης της διαδικασίας και περικλείεται μέσα στον κύκλο. Εάν στο γράφημα η γραμμή διαστολής βρίσκεται πάνω από τη γραμμή συμπίεσης, η κατεύθυνση του κύκλου είναι δεξιόστροφα και το έργο που παράγεται στη διαδικασία καταναλώνεται από εξωτερικές συσκευές, ένας τέτοιος κύκλος είναι απευθείας.Εάν στο διάγραμμα η γραμμή συμπίεσης βρίσκεται πάνω από τη γραμμή διαστολής, η κατεύθυνση του κύκλου είναι αριστερόστροφα και η εργασία γίνεται χρησιμοποιώντας μια εξωτερική πηγή, ένας τέτοιος κύκλος είναι ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ.

Το χρήσιμο έργο του κινητήρα μπορεί να επιτευχθεί μόνο στην περίπτωση που το έργο της διαστολής είναι μεγαλύτερο από το έργο της συμπίεσης. Η μετατροπή της θερμότητας σε μηχανικό έργο είναι μια μη αυθόρμητη διαδικασία και πρέπει να συνοδεύεται από αποζημίωση.

Θερμικές συσκευές λαμβάνονται υπόψη τέλειοςαν δεν έχουν απώλειες. Ένας κύκλος θεωρείται επίσης ιδανικός εάν σχηματίζεται μόνο από αναστρέψιμα φαινόμενα. Στις θερμικές μηχανές, ονομάζεται η εκτίμηση της απόδοσης ενός ιδανικού άμεσου κύκλου θερμική απόδοση.Είναι ίση με την αναλογία της θερμότητας που μετατράπηκε σε εργασία κατά τη διάρκεια του κύκλου προς όλη τη θερμότητα που παρέχεται και συμβολίζεται h t(«αυτό», ελληνικό γράμμα):

όπου 1 γ- χρήσιμη εργασία.

q1 - παρεχόμενη θερμότητα.

q2- απαγωγή θερμότητας. Η εξωτερική εργασία κατά τον αντίστροφο κύκλο ισούται με:

1 γ = q 1 – q2,

όπου q 1 – θερμότητα που αφαιρείται στη θερμή πηγή.

q 2 είναι η θερμότητα που αφαιρείται από την ψυχρή πηγή.

Υπάρχει ένας όρος για τον αντίστροφο ιδανικό κύκλο αποτελεσματικότητα ψύξης,ποιο υποδεικνυεται? t :

Μπορεί να διατυπωθεί δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικήςέτσι: «Σε μια θερμική μηχανή, η μετατροπή της θερμότητας σε μηχανικό έργο είναι 100% αδύνατη».

36. Αντίστροφος και αναστρέψιμος κύκλος Carnot

Στις θερμοδυναμικές μελέτες, όχι μόνο η άμεση, αλλά και η αντίστροφη κατεύθυνση του κύκλου Carnot έχει λάβει πρακτική εφαρμογή. Διαφορά αντίστροφου κύκλουείναι ότι η θερμότητα αφαιρείται από μια πηγή με χαμηλή θερμοκρασία και δίνεται σε μια πηγή με υψηλή θερμοκρασία. Αυτός ο κύκλος είναι ιδανικός για ψυκτικές μονάδες.

Το σώμα εργασίας που εμπλέκεται στον αντίστροφο κύκλο ονομάζεται ψυκτικός.Κατά τη διάρκεια της αδιαβατικής διαστολής, η θερμοκρασία μειώνεται από την τιμή 71 στην τιμή T tΜετά από αυτό, όταν λαμβάνεται θερμότητα R2 από ψυχρή πηγή (Τ2), το αέριο συμπιέζεται ισοθερμικά. Στην επόμενη διαδικασία, εμφανίζεται αδιαβατική συμπίεση και η θερμοκρασία του ρευστού εργασίας αυξάνεται από την τιμή Τ 2μέχρι και Τ 1 .Υπό ισοθερμική συμπίεση, θερμότητα q 1 αφαιρείται από την ουσία εργασίας και πηγαίνει στη θερμή πηγή.

Η ψυκτική μηχανή λειτουργεί σύμφωνα με τον αντίστροφο κύκλο, η δημιουργία του οποίου απαιτεί συγκεκριμένη ποσότητα εργασίας (Ι). Σε αυτή την περίπτωση, το q μεταφέρεται από την ψυχρή στη θερμή πηγή 2 (η ποσότητα θερμότητας) και η καυτή πηγή εξακολουθεί να λαμβάνει θερμότητα αριθμητικά ίση με την εργασία που έγινε I. Έτσι, η συνολική ποσότητα θερμότητας που απομακρύνεται στη θερμή πηγή είναι:

q 1 = q 2 + 1

Η εργασία στη διαδικασία επέκτασης είναι θετική και η εργασία στη διαδικασία συμπίεσης είναι αρνητική. Η συνολική εργασία που απαιτείται για τη μεταφορά θερμότητας από μια ψυχρή πηγή σε μια θερμή πηγή είναι:

και αρνητικό.

Συντελεστής ψύξηςμιχαρακτηρίζει την απόδοση των συσκευών ψύξης και καθορίζεται από την αναλογία:

όπου q 2 είναι η ποσότητα θερμότητας που αφαιρείται από την ψυχρή πηγή και λαμβάνεται από τη θερμή πηγή.

I - τέλεια δουλειά.

Για τον αντίστροφο και αναστρέψιμο κύκλο Carnot, ο συντελεστής απόδοσης υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την αναλογία:

37. Θεώρημα Carnot

Ας κάνουμε μια σύντομη ανάλυση του τύπου για την τελική απόδοση ενός αναστρέψιμου άμεσου κύκλου Carnot:

Από την ισότητα αυτή προκύπτει:

1) η θερμική απόδοση εξαρτάται μόνο από τις θερμοκρασίες των ζεστών και ψυχρών πηγών.

2) h t(για τον κύκλο Carnot) όσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία της θερμής πηγής (71) και τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία της ψυχρής πηγής (72).

3) στον κύκλο Carnot, η θερμική απόδοση πρέπει απαραίτητα να είναι μικρότερη από τη μονάδα. Επειδή h t= 1 μπορεί να είναι μόνο στην περίπτωση T 2 / T 1 = 0, όταν T 1 = 0, ή T 2 = 0 (ή T 2 = -273,15 o C). Η θερμοκρασία της ψυχρής πηγής 72 στις πραγματικές θερμικές μηχανές είναι συνήθως η θερμοκρασία Τ 2 = 260 - 300 κ(περιβάλλον). Η θερμοκρασία του θερμαντήρα στον κλίβανο ατμοηλεκτρικών σταθμών είναι περίπου 2000 K και στους κινητήρες εσωτερικής καύσης είναι περίπου 2500 K, αφού τα τοιχώματα στους κυλίνδρους εμβόλου αυτών των κινητήρων ψύχονται και είναι τα προϊόντα καύσης που γίνονται ουσία εργασίας. Αυτό συνεπάγεται την ίδια δήλωση ότι όλη η θερμότητα που παρέχεται στο αέριο κατά τη διάρκεια του κύκλου δεν μπορεί να μετατραπεί πλήρως σε χρήσιμο έργο, αυτή η μετάβαση πρέπει απαραίτητα να συνοδεύεται από απώλεια μέρους της θερμότητας (απορροφάται από μια ψυχρή πηγή).

4) στον κύκλο Carnot, η θερμική απόδοση είναι μηδέν στην περίπτωση του T 1 = Τ 2 . Από αυτό προκύπτει ότι εάν διατηρείται η θερμική ισορροπία στο σύστημα, δηλαδή η θερμοκρασία όλων των σωμάτων του συστήματος είναι η ίδια, τότε η μετατροπή της θερμότητας σε χρήσιμο έργο είναι αδύνατη. Για έναν κύκλο Carnot (άμεσος) ισχύει: h t= 1 – T 2 / T 1 = 1 – 1 = 0 στο T 1 = ? t = T 2 (σε περίπτωση ίσων θερμοκρασιών και των δύο πηγών).

5) θερμική απόδοση; Το t χαρακτηρίζει έναν αναστρέψιμο κύκλο Carnot (κυκλική διαδικασία). Όλες οι πραγματικές διεργασίες είναι μη αναστρέψιμες, αυτό οφείλεται σε απώλειες ενέργειας (λόγω μεταφοράς θερμότητας, τριβής κ.λπ.). Επομένως, η θερμική απόδοση ενός πραγματικού (μη αναστρέψιμου) κύκλου Carnot είναι πάντα μικρότερη από 1 – T 2 /Τ 1 . Το κύριο χαρακτηριστικό αυτού του κύκλου είναι ότι είναι το ίδιο τόσο για τα ιδανικά όσο και για τα συνηθισμένα πραγματικά αέρια, εάν δοθούν θερμοκρασίες (Τ 1 , Τ 2) πηγές. Αυτή η δήλωση είναι η ουσία Θεωρήματα Carnotπου λέει: "Σε μια θερμική μηχανή για οποιονδήποτε αναστρέψιμο κύκλο, η θερμική απόδοση δεν θα εξαρτηθεί ούτε από τη φύση του κύκλου ούτε από τον τύπο της ουσίας (ρευστό εργασίας). Θα προσδιοριστεί μόνο από την αναλογία των θερμοκρασιών του θερμαντήρα (πομπός θερμότητας) και του ψυγείου (δέκτης θερμότητας). Με άλλα λόγια, σε μια θερμική μηχανή, για κάθε αναστρέψιμο κύκλο, η θερμική απόδοση υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον ίδιο τύπο που ορίζεται για τον αναστρέψιμο κύκλο Carnot.

38. Αλλαγή εντροπίας στις διεργασίες

Εντροπίαονομάζεται παράμετρος κατάστασης, η οποία εξαρτάται από τη μειωμένη θερμότητα (ο λόγος q /Τ). Η μεταβολή της εντροπίας υπολογίζεται με τον τύπο:

όπου q 1.2 είναι η ποσότητα θερμότητας που παρέχεται στο λειτουργικό ρευστό ή αφαιρείται από αυτό.

T cf - η μέση θερμοκρασία της παρεχόμενης (ή αφαιρούμενης) θερμότητας.

Αυτή η αναλογία καθορίζει τη μεταβολή της εντροπίας από την αρχική τιμή της εντροπίας S 1 στην τελική τιμή S 2

1) σε q 1,2 > 0 (η θερμότητα παρέχεται στο ρευστό εργασίας), η μεταβολή της εντροπίας είναι θετική: S 2 - S 1 > 0, S 2 > S 1, αφού η μέση θερμοδυναμική θερμοκρασία πρέπει να είναι πάντα θετική, δηλ. Τ βλ> 0. Με άλλα λόγια, η εντροπία του σώματος αυξάνεται.

2) στο q 1,2< 0 (теплота отводится от рабочего тела) изменение энтропии отрицательно: S 2 – S 1 <0, S 2 < S 1 т. е. энтропия тела снижается;

3) σε q 1,2 = 0 (αδιαβατική διαδικασία), η μεταβολή της εντροπίας είναι μηδέν: S 2 - S 1 = 0, S 2 = S 1 δηλ. η εντροπία του σώματος παραμένει σταθερή. Μια διαδικασία στην οποία η τιμή της εντροπίας δεν αλλάζει ονομάζεται ισεντροπική.

Για ένα ιδανικό αέριο, βγάζουμε τα ακόλουθα συμπεράσματα.

1. Σε μια ισοθερμική διεργασία, αντί για T cf, αρκεί να αντικατασταθούν οι τιμές θερμοκρασίας T στην εξίσωση εντροπίας, καθώς το T 1 \u003d T 2 \u003d συνεχίζει.

2. Η μεταβολή της εντροπίας σε μια ισοχωρική διαδικασία είναι:

S 2 - S 1 \u003d 2,3m; v lg(T 2 / T 1).

3. Η μεταβολή της εντροπίας σε μια ισοβαρή διεργασία είναι:

S 2 - S 1 \u003d 2,3m; p lg (T 2 / T 1).

όπου? V είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα σε μια διαδικασία σταθερού όγκου.

?Πείναι η ειδική θερμοχωρητικότητα σε μια διαδικασία με σταθερή πίεση.

Έτσι, η εντροπία μπορεί να αυξηθεί (μειωθεί) όταν η θερμότητα παρέχεται (αφαιρείται) σε ένα αυθαίρετα ληφθέν ρευστό εργασίας ή να παραμείνει αμετάβλητη απουσία μεταφοράς θερμότητας. Όταν ολοκληρώνεται ένας κύκλος, η εντροπία του ρευστού εργασίας αυξάνεται επίσης όταν λαμβάνεται θερμότητα από την πηγή ή μειώνεται όταν η θερμότητα μεταφέρεται στην πηγή.

Σε πραγματικές διεργασίες, λόγω του φαινομένου της μη αναστρεψιμότητας, η απόδοση μιας θερμικής συσκευής μειώνεται. Το μέτρο τέτοιων απωλειών είναι η εντροπία: η αύξησή της εξαρτάται άμεσα από την απώλεια του όγκου της εργασίας.

39. Η αρχή της αυξανόμενης εντροπίας και η φυσική έννοια του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής

Ας εξερευνήσουμε την έννοια της εντροπίας ως συνάρτηση κατάστασης:

Δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικήςμπορεί να διατυπωθεί ως: Τιμή εντροπίας

είναι ολικό διαφορικό, δηλ. είναι συνάρτηση κατάστασης.

Μία από τις φυσικές έννοιες της εντροπίας μπορεί να ονομαστεί αύξηση της οργάνωσης (τακτικότητας) του συστήματος με μείωση της εντροπίας.

Ας εξετάσουμε το φαινόμενο της αύξησης της εντροπίας στο παράδειγμα ενός κλειστού απομονωμένου συστήματος που αποτελείται από ένα λειτουργικό ρευστό, θερμές και ψυχρές πηγές θερμότητας που σχηματίζουν το περιβάλλον του συστήματος. Η μετάβαση του συστήματος από τη μια θέση στην άλλη συνοδεύεται από εργασία, και

dS >= 0,S2 > S1.

Για ένα απομονωμένο κλειστό σύστημα, η μεταβολή (αύξηση) της εντροπίας είναι θετική (μη αναστρέψιμη διαδικασία) ή ίση με μηδέν (αναστρέψιμη διαδικασία) για μια αυθαίρετη θερμοδυναμική διεργασία.

Για μια κυκλική διαδικασία μετατροπής της θερμότητας σε εργασία (μη αυθόρμητη) SdS i = 0 (αναστρέψιμες διεργασίες) και SDS > 0 (μη αναστρέψιμες διεργασίες), επομένως, σε ένα απομονωμένο σύστημα, η εντροπία αυξάνεται.

Αυτή η δήλωση ονομάζεται την αρχή της αυξανόμενης εντροπίας.

Η μαθηματική έκφραση του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής σε διαφορική μορφή γράφεται ως εξής:

όπου το πρόσημο ίσου χρησιμοποιείται για μια αναστρέψιμη διαδικασία και οι ανισότητες - για μια μη αναστρέψιμη.

Μπορεί να φανεί από αυτή την εξίσωση ότι η συνολική αύξηση της εντροπίας εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Είναι γνωστό ότι με την αύξηση της θερμοκρασίας του ρευστού εργασίας αυξάνεται η ποσότητα της θερμότητας που μπορεί να μετατραπεί σε εργασία. Με άλλα λόγια, η ενεργειακή αξία της θερμότητας αυξάνεται. Έτσι, η εντροπία μέσω της θερμοκρασίας καθορίζει την ποσότητα της θερμότητας που μετατρέπεται σε έργο, γεγονός που καθορίζει τη σύνδεσή της με τον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο. Ο νόμος αυτός ορίζει τις προϋποθέσεις μετατροπής της θερμότητας σε χρήσιμο έργο.

εξεργειακές συναρτήσειςονομάζονται εκφράσεις που σας επιτρέπουν να υπολογίσετε την τιμή της εξεργίας.

40. Εντροπία και στατική φύση του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής

Είναι γνωστό ότι στη θεωρία της μηχανικής, χρησιμοποιούνται δυναμικοί νόμοι για τη μελέτη της κίνησης μεμονωμένων μορίων. Η μοριακή κινητική θεωρία διαφέρει από τη μηχανική στο ότι μελετά συστήματα που αποτελούνται από μεγάλο αριθμό μορίων. Η χαοτική κίνηση των σωματιδίων σε τέτοια συστήματα υπακούει σε άλλους (στατιστικούς) νόμους. Παρά το γεγονός ότι η κίνηση κάθε μορίου περιγράφεται από μηχανικούς νόμους, ολόκληρο το σύνολο των σωματιδίων δεν λαμβάνεται υπόψη στη θεωρία της μηχανικής, η συμπεριφορά του μελετάται από τη στατιστική φυσική. Το γεγονός είναι ότι για όλα τα σωματίδια, ορίζεται η μέση τιμή των χαρακτηριστικών τους - η μέση ταχύτητα, η μέση τιμή ενέργειας κ.λπ. (μέση θερμοκρασία, μέση πίεση).

Κάτω από τέτοιες στατιστικές συνθήκες, ο υπολογισμός του μέσου όρου των χαρακτηριστικών της ύπαρξης οποιασδήποτε θερμοδυναμικής κατάστασης μιας ουσίας (για παράδειγμα, ενός αερίου) δεν είναι απολύτως απαραίτητος, αλλά έχει μόνο μια ορισμένη πιθανότητα.

Το απλούστερο παράδειγμα είναι η περίπτωση της ισότητας των ταχυτήτων όλων των μορίων αερίου ως η μικρότερη πιθανότητα ύπαρξης μιας κατάστασης μιας δεδομένης ουσίας. Ας υποδηλώσουμε υπό όρους μια τέτοια πιθανότητα με την τιμή της ποσότητας Στην περίπτωση άνισων ταχυτήτων, ο πιθανός αριθμός των συνδυασμών τους είναι μεγάλος και η ύπαρξη μιας κατάστασης στην οποία οι ταχύτητες των σωματιδίων δεν είναι ίσες έχει την πιθανότητα W> W0,και αυτή η διαφορά είναι αρκετά σημαντική. Με αυτόν τον τρόπο, θερμοδυναμική πιθανότηταποσότητα ονομάζεται:

Η τιμή του είναι πολύ μεγαλύτερη από τη μονάδα, γι' αυτό ονομάζεται και στατιστικό βάρος της θερμοδυναμικής κατάστασης. Η στατιστική φυσική καθιερώνει επίσης μια σύνδεση μεταξύ της θερμοδυναμικής πιθανότητας και εντροπίασυστήματα.

Η άμεση εξάρτηση της εντροπίας από τον λογάριθμο της θερμοδυναμικής πιθανότητας δίνεται από:

όπου Rείναι η σταθερά Claiperon.

N 0 είναι η σταθερά Avogadro.

Η τιμή του Κ είναι μια σταθερά (ή σταθερά) του Boltzmann.

Κατά συνέπεια, με την αύξηση της εντροπίας, η πιθανότητα εμφάνισης μιας ή άλλης θερμοδυναμικής κατάστασης αυξάνεται. Επιπλέον, η πιο πιθανή κατάσταση εμφανίζεται στη μέγιστη τιμή της εντροπίας.

41. Εξίσωση κατάστασης Van der Waals

Στη γενική περίπτωση, για πραγματικά αέρια, κατά τον υπολογισμό των παραμέτρων κατάστασης, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί η εξίσωση της κατάστασης pv = RT,

πράγμα που ισχύει για τα ιδανικά αέρια.

Γενική εξίσωση κατάστασης για πραγματικά αέρια.

στα οποία οι συντελεστές B i -ονομάζονται virial. Αυτοί οι συντελεστές είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας των πραγματικών μορίων αερίου και της δυναμικής ενέργειας της αλληλεπίδρασής τους.

Στον ορισμό Β Εγώ– συντελεστές, υπολογίζονται μόνο οι δύο πρώτοι όροι της σειράς, οι υπόλοιποι ιογενείς συντελεστές απορρίπτονται.

Τότε η εξίσωση κατάστασης για τα πραγματικά αέρια παίρνει την ακόλουθη μορφή:

όπου ΑΛΛΑκαι ΣΤΟείναι οι δύο πρώτοι ιογενείς συντελεστές, οι οποίοι εξαρτώνται μόνο από τη θερμοκρασία.

Σε μια συγκεκριμένη περίπτωση (χαμηλή πυκνότητα αερίου), η εξίσωση έχει τη μορφή:

Αν ένα Β 1 = f(T, Uδυναμικό), τότε η εξίσωση γίνεται εξίσωση κατάστασης για ένα πραγματικό αέριο van der Waals:

όπου σιείναι ο ελάχιστος όγκος που μπορεί να αποκτήσει ένα πραγματικό αέριο κατά τη συμπίεση.

έναείναι ένας συντελεστής που δεν είναι συνάρτηση παραμέτρων κατάστασης.

Για διαφορετικά αέρια, οι τιμές ένακαι σιδιαφορετικός.

Με άλλα λόγια, η εξίσωση van der Waals είναι μια ειδική περίπτωση του νόμου Bogolyubov-Mayer, στην οποία παραβλέπονται όλοι οι όροι 1/v πάνω από τον δεύτερο βαθμό. Εάν ένα πραγματικό αέριο έχει υψηλή πυκνότητα, τότε οι εξισώσεις αυτού του τύπου θα ισχύουν για περισσότερους όρους της σειράς. Στην περίπτωση αυτή, οι εξισώσεις της κατάστασης των πραγματικών αερίων δίνουν την ακρίβεια υπολογισμού αποδεκτή στην πράξη.

42. Εξίσωση κατάστασης για πραγματικά αέρια από τους M. N. Vukalovich και I. I. Novikov

Η καθολική εξίσωση που περιγράφει την κατάσταση οποιωνδήποτε πραγματικών αερίων ελήφθη το 1939 από Ρώσους επιστήμονες I. I. Novikovκαι Μ. Ν. Βουκάλοβιτς.Σε αυτόν

το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης δυνάμεων των μορίων (σύνδεση, διάσταση) έχει ήδη ληφθεί υπόψη και σε γενική μορφή γράφτηκε ως:

όπου ΑΛΛΑκαι ΣΤΟ- συντελεστές που υπολογίζονται με τους τύπους:

όπου ένακαι σι– για πραγματικά αέρια, σταθερές τιμές στις εξισώσεις κατάστασης.

Rείναι η καθολική σταθερά αερίου. r, c, k, m 1 , m 2 - συντελεστές που εκφράζουν το βαθμό συσχέτισης.

Διαφορετικά, η εξίσωση Vukalovich-Novikov μπορεί να αναπαρασταθεί ως:

όπου ένακαι σιείναι σταθερές στην εξίσωση van der Waals. m, γείναι σταθερές που υπολογίζονται πειραματικά.

Στη γενική περίπτωση, οι κύριες παράμετροι για τον υπέρθερμο ατμό (παρόμοια με το αέριο) είναι παράμετροι κατάστασης όπως η θερμοκρασία, η πίεση και ο ειδικός όγκος. Ο υπέρθερμος ατμός είναι κοντά σε ιδιότητες σε ένα ιδανικό αέριο, αφού οι παράμετροί του βρίσκονται μακριά από το κρίσιμο σημείο και από την οριακή καμπύλη (άνω καμπύλη στα διαγράμματα). Εάν η υπέρθερμη τάση ατμών δεν είναι πολύ υψηλή, τότε η εξίσωση της κατάστασης μπορεί να ληφθεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση van der Waals για την περίπτωση ενός πραγματικού αερίου, εισάγοντας διορθώσεις σε αυτό.

Για τους υδρατμούς, η εξίσωση κατάστασης των M. N. Vukalovich και I. I. Novikov στη σύγχρονη θερμοδυναμική είναι η πιο ακριβής εξίσωση. Επιπλέον, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό των καταστάσεων του υπέρθερμου ατμού (υπό την προϋπόθεση και για τον υπολογισμό της πίεσης), αν προσθέσουμε σε αυτόν αρκετούς επόμενους όρους της εξίσωσης.

43. Μερικές παράγωγοι παραμέτρων κατάστασης. Θερμικοί συντελεστές

Περιγράφονται οι ιδιότητες των πραγματικών ουσιών θερμικοί συντελεστές.

Ορισμός 1. Συντελεστής διαστολής όγκουέναΗ μεταβολή του όγκου μιας ουσίας όταν η θερμοκρασία της αυξάνεται κατά ένα βαθμό ονομάζεται.

– μερική παράγωγος παραμέτρων κατάστασης.

Χαρακτηρίζει τη μεταβολή του όγκου μιας ουσίας με μια ορισμένη μάζα, εάν η θερμοκρασία της αυξάνεται κατά ένα βαθμό, και η εξωτερική πίεση παραμένει σταθερή.

Ορισμός 2. Συντελεστής θερμικής πίεσηςσιονομάζεται μεταβολή της πίεσης ανάλογα με τη μεταβολή της θερμοκρασίας της ουσίας. Αυτή η τιμή είναι επίσης σχετική και υπολογίζεται ως:

– μερική παράγωγοπου χαρακτηρίζει τις αλλαγές πίεσης Π,Εάν η θερμοκρασία μιας ουσίας αυξηθεί κατά ένα βαθμό και ο όγκος παραμείνει σταθερός, η πίεση Πείναι συνάρτηση της θερμοκρασίας.

Ορισμός 3. Ισοθερμικός συντελεστής συμπιεστότηταςσολονομάζεται η μεταβολή του όγκου ως συνάρτηση της πίεσης.

- μερική παράγωγο, χαρακτηρίζει τη μεταβολή του όγκου μιας ουσίας εάν η πίεση μεταβάλλεται κατά μία μονάδα.

44. Ιδιότητες χαρακτηριστικών συναρτήσεων

Οι συναρτήσεις που περιγράφουν οποιεσδήποτε θερμοδυναμικές ιδιότητες ονομάζονται χαρακτηριστικές συναρτήσεις ή θερμοδυναμικά δυναμικά του συστήματος.Οι πιο σημαντικές χαρακτηριστικές λειτουργίες είναι: η ενθαλπία

Εγώ= Εγώ(S, p),

εσωτερική ενέργεια

U=U(S,v),

ισοβαρικό-ισόθερμο δυναμικό ή ελεύθερη ενθαλπία,

Ζ= Z(T,p),

ισοχωρικό-ισόθερμο δυναμικό ή ελεύθερη ενέργεια,

φά= φά(Τηλεόραση).

Προς το κύριο ιδιότητες χαρακτηριστικών συναρτήσεωνπεριλαμβάνουν τα ακόλουθα.

1. Τα θερμοδυναμικά δυναμικά διαφέρουν από άλλες συναρτήσεις στο ότι έχουν απλούστερη δομή και συγκεκριμένη φυσική σημασία.

2. Οι παράμετροι της κατάστασης του συστήματος είναι ίσες με τις μερικές παραγώγους του θερμοδυναμικού δυναμικού που λαμβάνονται ως προς τις ίδιες παραμέτρους.

3. Ως αποτέλεσμα διαφοροποίησης του θερμοδυναμικού δυναμικού, προκύπτει το συνολικό διαφορικό αυτής της συνάρτησης.

4. Χρησιμοποιώντας τις χαρακτηριστικές συναρτήσεις γραμμένες σε διαφορική μορφή, μπορεί κανείς να αποκτήσει οποιεσδήποτε θερμοδυναμικές παραμέτρους του συστήματος.

5. Το θερμοδυναμικό δυναμικό ολόκληρου του συστήματος είναι το άθροισμα των τιμών του δυναμικού των μερών του, δηλαδή έχει την ιδιότητα της προσθετικότητας.

6. Οι χαρακτηριστικές συναρτήσεις καθορίζουν τη σχέση μεταξύ των διαφόρων θερμοδυναμικών ιδιοτήτων μιας ουσίας. Έτσι, για παράδειγμα, οι πρώτες παράγωγοι του δυναμικού χαρακτηρίζουν τις θερμικές ιδιότητες (δηλαδή, ποσότητες που μετρώνται απευθείας από όργανα - όγκος, θερμοκρασία, πίεση), και οι δεύτερες παράγωγοι αντιστοιχούν στις θερμιδικές ιδιότητες του συστήματος (αυτές είναι ποσότητες εκφρασμένες σε μονάδες θερμοχωρητικότητας, εντροπίας, ενθαλπίας, εσωτερικής ενέργειας).

7. Μερικές παράγωγοι των χαρακτηριστικών συναρτήσεων καθιστούν δυνατή τη διατύπωση εξισώσεων θερμοχωρητικότητας Βιογραφικόκαι C p ,εξισώσεις καταστάσεων και άλλες θερμοδυναμικές εξαρτήσεις.

8. Η συνάρτηση είναι χαρακτηριστική μόνο για ορισμένες παραμέτρους. Κατά την επιλογή άλλων μεταβλητών, χάνει τις ιδιότητές του, γιατί στην περίπτωση αυτή οι επιμέρους παράγωγοι δεν εκφράζουν τις θερμοδυναμικές ιδιότητες του συστήματος.

45. Χημικό Δυναμικό

χημική ενέργειαονομάζεται τέτοια ενέργεια, η οποία σχηματίζεται ως αποτέλεσμα χημικών αλληλεπιδράσεων και αποτελεί μέρος της εσωτερικής ενέργειας της ύλης. Οι χημικές αντιδράσεις διακρίνονται σε εξώθερμες (που περνούν με την απελευθέρωση ενέργειας) και σε ενδόθερμες (συνοδευόμενες από την απορρόφησή της).

Στην περίπτωση μιας χημικής αντίδρασης, η εσωτερική ενέργεια του συστήματος αλλάζει, καθώς αλλάζει η απορρόφηση των ατόμων στις αντιδρώντες ουσίες. Για τέτοιες διαδικασίες, μπορεί κανείς να εφαρμόσει τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής με τη μορφή:

U 1 -U 2 \u003d? U \u003d Q + A,

όπου Q- ποσότητα θερμότητας.

DU είναι η αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια της ουσίας.

ΑΛΛΑ- χρήσιμη εργασία, συμπεριλαμβανομένης της εργασίας για την υπέρβαση διαφόρων ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων.

Το έργο που γίνεται σε μια αναστρέψιμη χημική αντίδραση είναι το μέγιστο. Εκφράζεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση Gibbs-Helmholtz:

Εξετάστε το χημικό δυναμικό της αντίδρασης. Στην περίπτωση των χημικών αντιδράσεων, η μάζα των αντιδρώντων δεν είναι σταθερή, μπορεί να οριστεί ως συνάρτηση t(ποσότητα ουσίας) από τις κύριες παραμέτρους (v, p, T, F, S, Uκαι τα λοιπά). Ας διαφοροποιήσουμε την ισότητα:

όπου uείναι η συγκεκριμένη ποσότητα εσωτερικής ενέργειας, έχουμε:

dU = mdu + udm,

f = u– ST+ pv= Εγώ– ST

ιείναι το χημικό δυναμικό.

Αλλά, χημικό δυναμικόείναι η μερική παράγωγος μάζας που λαμβάνεται από κάποιο θερμοδυναμικό δυναμικό σε ορισμένες τιμές του ορίσματος. Το χημικό δυναμικό δείχνει πώς αλλάζει η ενέργεια μιας ουσίας εάν η μάζα της αλλάξει κατά ένα.

46. ​​Βασικές διαφορικές εξισώσεις θερμοδυναμικής

Διαφορικές εξισώσεις στη θερμοδυναμικήχρησιμοποιούνται για τη μελέτη πραγματικών αερίων, σε θεωρητικούς (και πρακτικούς) υπολογισμούς.

Εξετάστε τις ακόλουθες περιπτώσεις.

1. Ανεξάρτητες μεταβλητές είναι οι παράμετροι p, V.

αυτός είναι ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής σε διαφορική μορφή.

2. Οι ανεξάρτητες μεταβλητές είναι παράμετροι r, T.

και η συνολική διαφορά όγκου είναι:

3. Οι ανεξάρτητες μεταβλητές είναι παράμετροι V, T.

4. Πότε Π= σταθερή θερμοχωρητικότητα

στο v= σταθερή θερμοχωρητικότητα

47. Μερικά παράγωγα κατ' όγκο, πίεση, θερμοκρασία

1. Μερική παράγωγος ως προς τον όγκο:

Αυτή είναι η μερική παράγωγος ως προς τον όγκο, που λαμβάνεται από την τιμή της εσωτερικής ενέργειας. 2. Μερική παράγωγος ως προς την πίεση.

Αντικαταστήστε την τιμή dQΣχετικά με dS = dQ/ T, παίρνουμε:

Αυτή είναι η μερική παράγωγος σε σχέση με την πίεση, που λαμβάνεται από την τιμή της εσωτερικής ενέργειας. 3. Μερική παράγωγος ως προς τη θερμοκρασία.

Αυτή είναι η μερική παράγωγος σε σχέση με τη θερμοκρασία, που λαμβάνεται από την τιμή της εσωτερικής ενέργειας.

48. Εξίσωση συνέχειας

Σύμφωνα με τη θεωρία της ροής αερίου, η ροή αερίου στην περίπτωση της στασιμότητας προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας ένα ειδικό σύστημα εξισώσεων. Περιλαμβάνει τις ακόλουθες αναλογίες:

1) εξίσωση ενέργειας για τη ροή αερίου.

2) εξίσωση κατάστασης?

3) την εξίσωση για τη συνέχεια της ροής του αερίου.

Εξίσωση Ενέργειαςπροκύπτει από την πρώτη

θερμοδυναμική για ροές αερίου.

Εξίσωση συνέχειαςονομάζεται αναλογία:

Gv = Fw.

Από αυτό προκύπτει ότι στην περίπτωση μιας σταθερής ροής αερίου σε κάθε τμήμα της ροής, ο ρυθμός ροής μάζας του αερίου είναι μια σταθερή τιμή. Διαφορετικά, αυτή η εξίσωση μπορεί να γραφτεί ως:

σολ=pFw =p 1 F 1 w 1 =P 2 F 2 w 2 =συνστ,

όπου r 1 ,r 2, r= 1/v πυκνότητα αερίου σε διατομές.

F1, F2είναι η περιοχή διατομής της ροής.

w 1, w 2είναι η ταχύτητα ροής, μετρούμενη στην περιοχή του τμήματος.

Σε αυτήν την περίπτωση, υπάρχουν δύο τμήματα ροής (1ο και 2ο) και η τιμή σολαπό αυτή την εξίσωση ονομάζεται ταχύτητα ροής μάζας αερίου (ανά δευτερόλεπτο).

Όπως γνωρίζετε, ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα λέει: «Η δύναμη καθορίζεται από το γινόμενο της μάζας και της επιτάχυνσης». Εάν η ροή του αερίου είναι μονοδιάστατη, τότε ο δεύτερος νόμος συνεπάγεται:

Σε αυτή την αναλογία, κάθε όρος έχει μια συγκεκριμένη φυσική σημασία. Εξετάστε κάθε παράγοντα από την εξίσωση.

1. Αξία

δείχνει πώς αλλάζει η πίεση ανάλογα με τη συντεταγμένη Χ.

2. Αξία

δείχνει πώς αλλάζει η ταχύτητα ανάλογα με τη συντεταγμένη X.

3. Αναλογία

είναι ίση με τη δύναμη που εφαρμόζεται στον στοιχειώδη όγκο, dV είναι ο εκχωρημένος όγκος.

4. Μέγεθος

αέριο ισούται με την επιτάχυνση της μάζας pdf(στοιχειώδης μάζα).

49. Εργασία ώθησης

Πιέστε δουλειά.Για να το προσδιορίσετε στην εξίσωση:

αντικαταστήσει την ισότητα i = u + pv, έχουμε ως αποτέλεσμα:

όπου d(pv) είναι το έργο της ώθησης που υπολογίζεται για έναν στοιχειώδη όγκο,

d(pv) = pdv+vdpείναι η εξίσωση για τη στοιχειώδη εργασία.

Η σχέση (2), συμπεριλαμβανομένων των βαρυτικών δυνάμεων, έχει τη μορφή:

Στην περίπτωση που η ροή αερίου αναπαρίσταται ως αδιαβατική διεργασία, στην οποία dq = 0, η σχέση (1) γράφεται ως εξής:

Με την αδιαβατική ροή, το άθροισμα της ειδικής κινητικής ενέργειας και της ειδικής ενθαλπίας είναι μια σταθερή τιμή.

Εάν πραγματοποιηθεί τεχνική εργασία στη διαδικασία, τότε για τη ροή αερίου ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής θα είναι:

όπου dl TEK- χρήσιμη εργασία (στοιχειώδης).

50. Διαθέσιμες εργασίες κατά την εκροή αερίου

Διερευνούμε τη διαδικασία κίνησης (εκροής) της ροής του αερίου.

Ας υποθέσουμε την παρουσία ενός συγκεκριμένου δοχείου, περιέχει ατμό ή αέριο (δηλαδή, ένα λειτουργικό ρευστό), το οποίο έχει παραμέτρους κατάστασης με τη μορφή f 1 , v 1 , p 1 . Από αυτό το δοχείο, στο τοίχωμα του οποίου υπάρχει μια τρύπα, το αέριο ρέει στο περιβάλλον. Αυτό οφείλεται στη διαφορά στις πιέσεις (p 1 - p 2), το αέριο εξόδου έχει πίεση p 1< p 2 Соответственно температура газа при этом равна t2,και ο ειδικός όγκος είναι v 2 Προκειμένου ο πίδακας του εκροού αερίου να λάβει μια δεδομένη κατεύθυνση, τα κυλινδρικά ακροφύσια (τα λεγόμενα ακροφύσια) προσαρμόζονται στην επιφάνεια όπου βρίσκεται η οπή από το εξωτερικό του δοχείου προς την επιφάνεια. όπου βρίσκεται η τρύπα. Τις περισσότερες φορές έχουν το σχήμα ενός κόλουρου κώνου, που λεπταίνει προς την εξωτερική άκρη. Τέτοια ακροφύσια ονομάζονται συγχυτικά. Στην περίπτωση ενός καναλιού που λειτουργεί σύμφωνα με την αντίστροφη διαδικασία, ένα τέτοιο ακροφύσιο είναι ένας διαχύτης. Το στόμιο ονομάζεται το εξωτερικό (δηλαδή, στην έξοδο) τμήμα του ακροφυσίου.

Ας υποδηλώσουμε την ταχύτητα του πίδακα αερίου στην έξοδο από το στόμιο με την τιμή και στην είσοδο του δοχείου - με την τιμή του W 1 (εισερχόμενο αέριο), ενώ το ακροφύσιο έχει ένα στόμιο, η διατομή του οποίου είναι καθορίζεται από την περιοχή f. Στην πράξη w 1πολύ λιγότερο w 2,στους υπολογισμούς, παραμελείται και λαμβάνεται: w 1= 0, w 2= w.

dq = du + dA,

όπου dA = pdv –εργασίες διαστολής ή το στοιχειώδες έργο που εκτελείται από το ίδιο το αέριο. Από εδώ:

Έτσι, ως αποτέλεσμα της εκροής αερίου, έχουμε έργο ίσο με Α 0.Αριθμητικά, ισούται είτε με την αύξηση της κινητικής ενέργειας κατά την εκροή, είτε με το άθροισμα του έργου της ώθησης και κατά των εξωτερικών δυνάμεων.

51. Ταχύτητα εκροής σε στενό κανάλι, ταχύτητα ροής μάζας

Ταχύτητα εκροής σε στενό κανάλι

Εξετάστε τη διαδικασία της αδιαβατικής εκροής της ύλης. Ας υποθέσουμε ότι ένα λειτουργικό ρευστό με συγκεκριμένο συγκεκριμένο όγκο (v1)βρίσκεται σε μια δεξαμενή υπό μια ορισμένη πίεση (σελ 1).Η διαδικασία εκροής συνίσταται στην κίνηση αερίου (ή ατμού) από ένα μέσο με πίεση p1(δεξαμενή) στο περιβάλλον, η πίεση στο οποίο p2< p 1 . Ταυτόχρονα, κατά τη διαδικασία εκπνοής της ουσίας εργασίας από το ακροφύσιο, η πίεση μέσα στη δεξαμενή πρακτικά δεν μειώνεται, αυτό είναι επιτρεπτό στην περίπτωση πολύ μεγάλου όγκου της δεξαμενής. Όταν μια ροή αερίου (ατμού) κινείται μέσα από ένα ακροφύσιο, η δυναμική του ενέργεια είναι πολύ μικρή και η αλλαγή του συνήθως παραμελείται. Η κινητική ενέργεια σε αυτή την περίπτωση αυξάνεται.

όπου w 1είναι η ταχύτητα κίνησης της ροής της ύλης στο τμήμα εισόδου της συσκευασίας.

w 2είναι η ταχύτητα στην έξοδο του ακροφυσίου.

ρυθμός εκροής αερίου (ατμού).από το ακροφύσιο.

Τις περισσότερες φορές η ταχύτητα w 1πολύ μικρότερη ταχύτητα w 2(W1 << W2), επομένως παραμελείται και θεωρείται W 1 = 0.

Τεράστιος ρυθμός ροήςη σχέση ονομάζεται:

όπου Ζ γ– δεύτερη κατανάλωση ατμού (αερίου).

S είναι η περιοχή διατομής της ροής.

rείναι η πυκνότητα του ρευστού εργασίας.

52. Εκροή σταγόνας υγρού. Μαζική ροή

Η διαθέσιμη εργασία για οποιαδήποτε ουσία που είναι λειτουργικό ρευστό καθορίζεται από τον τύπο:

I 0 = q +(i 1 – i 2).

Εάν η ροή είναι αδιαβατική (στο q= 0)

όπου Εγώ– ενθαλπία (J/kg);

W2= wείναι η ταχύτητα εκροής (m/s).

Η τιμή Di \u003d i 1 - i 2, ίση με τη διαφορά στις ενθαλπίες, ονομάζεται απώλεια θερμότητας αερίου (ατμός).

και για ένα υγρό που πέφτει, ισχύει η ισότητα:

όπου wείναι η ταχύτητα εκροής ρευστού από το ακροφύσιο.

μαζική ροήονομάζεται η ποσότητα της ουσίας που ρέει ανά δευτερόλεπτο μέσα από τα ακροφύσια. Είναι ίσος με την αναλογία του δεύτερου όγκου της εκροής μιας ουσίας (αερίου) U2στον ειδικό όγκο της ίδιας ουσίας που αντιστοιχεί στην πίεση p2:

ροή μάζας (καθορίζεται επίσης από την εξίσωση συνέχειας: Gv = Sw).

53. Κρίσιμη ταχύτητα

Μια ανάλυση του τύπου για τον ρυθμό ροής δείχνει ότι καθώς μειώνεται η τιμή του p 2 / p 1, ο ρυθμός ροής αυξάνεται. Αυτό είναι δυνατό, για παράδειγμα, εάν pi = const και η πίεση p2μειώνεται.

Είναι γνωστό από πειράματα ότι η μείωση της πίεσης στην έξοδο ενός συγκλίνοντος ακροφυσίου (ή ακροφυσίου σταθερής διατομής) p 2 μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο μέχρι μια ορισμένη οριακή τιμή, τη λεγόμενη κρίσιμη πίεση (p κρίσιμη). Εν αναλογία κρίσιμης πίεσηςονομάζεται ποσότητα σι= p κρίσιμο / p 1, επομένως P k = bp 1

Ως αποτέλεσμα της μείωσης της πίεσης p 0 (του εξωτερικού περιβάλλοντος) στο p1= υπάρχουν δύο περιπτώσεις:

1) p o >= P to, δηλ. ενώ η πίεση p o μειώνεται σε μια κρίσιμη τιμή, η ισότητα p2= p o όπου p 2 είναι η πίεση της ουσίας στην έξοδο του συγκλίνοντος ακροφυσίου, p o είναι η πίεση του περιβάλλοντος.

2) po< P к, т. е. дальнейшее падение давления p o среды ниже критического значения определяется равенством p 2 = p k ,Επιπλέον, η πίεση p 2 της εκροής ουσίας είναι σταθερή (σελ 2= const).

Έτσι, ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο η πίεση στο στόμιο του ακροφυσίου είναι σταθερή και δεν μειώνεται μπλοκάρισμα ακροφυσίων.Επομένως, μια τέτοια πίεση στην έξοδο του ακροφυσίου, η οποία δεν μπορεί να μειωθεί με τη μείωση της πίεσης του εξωτερικού περιβάλλοντος στο οποίο αποβάλλεται το υγρό εργασίας, ονομάζεται κρίσιμος(Ρ 2κ).

Ανεξάρτητα από την πτώση πίεσης του εξωτερικού περιβάλλοντος ταχυδρομείοστο στόμιο του συγκλίνοντος ακροφυσίου στο β κρυθμίζεται η πίεση P 2k = const, που αντιστοιχεί στο G max = const (ροή μάζας), εβδ= const (ποσοστό λήξης), Τ κ= const (θερμοκρασία) και v 2k= const (συγκεκριμένος όγκος), δηλαδή η σταθερότητα όλων των παραμέτρων στην έξοδο του ακροφυσίου (οι λεγόμενες παράμετροι εξόδου).

Στους ληφθέντες τύπους a, Y είναι συντελεστές που καθορίζονται μόνο από την τιμή κ(αδιαβατικός εκθέτης), οι τιμές τους βρίσκονται από ειδικούς πίνακες.

Εξ ορισμού κρίσιμη ταχύτηταονομάζεται η υψηλότερη ταχύτητα της ουσίας όταν ρέει έξω από το ακροφύσιο, που δεν υπερβαίνει την ταχύτητα του ήχου, δηλ. w k =a,όπου έναείναι η λεγόμενη τοπική ταχύτητα του ήχου.

Ο τύπος που προκύπτει ονομάζεται Η εξίσωση του Laplace.

54. Εκροή ιδανικού αερίου μέσω συνδυασμένου ακροφυσίου Laval

Ακροφύσια Lavalχρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μιας υπερκρίσιμης διαδικασίας εκπνοής του ρευστού εργασίας, η κατάσταση της οποίας είναι p o /p 1 < b k В нем выделяют три основные области.

1. Κοντό κωνικό τμήμα, στο οποίο η ταχύτητα ροής είναι υποηχητική.

2. Ένα στενό τμήμα στο οποίο η ύλη κινείται με την ταχύτητα του ήχου.

3. Ακροφύσιο διαστελλόμενου κώνου (υπερηχητική ροή).

Η βασική προϋπόθεση για την επιλογή των διαστάσεων του φαρδιού τμήματος του ακροφυσίου Laval για την εκπνοή του ρευστού εργασίας είναι η συνέχειά του από τα τοιχώματα του ακροφυσίου. Επομένως, η γωνία ανοίγματος του κώνου πρέπει να έχει όριο 12 o, αυτό βοηθά στην εξάλειψη σημαντικών απωλειών λόγω διαστολής του αερίου (ατμού).

Ας εξετάσουμε τις διεργασίες που συμβαίνουν κατά τη λειτουργία του συνδυασμένου ακροφυσίου. Όταν η πίεση του εξωτερικού περιβάλλοντος ταχυδρομείο< p k ,η ταχύτητα ροής και η πίεση στο στενό επίπεδο των ακροφυσίων είναι κρίσιμος.

Ο σχεδιασμός του ακροφυσίου Laval επιτρέπει κάθε αναλογία o< ταχυδρομείο/p1< σιλάβετε την πλήρη διαστολή της ουσίας εντός των ορίων της τιμής πίεσης. Ταυτόχρονα, η ενέργεια δεν χάνεται στο τμήμα εξόδου του ακροφυσίου και όταν η πίεση του ρευστού εργασίας και του εξωτερικού μέσου εξισορροπηθεί, η ταχύτητα ροής γίνεται υπερηχητική, κάτι που είναι απαραίτητο για την εφαρμογή του ακροφυσίου στην πράξη. Σε αυτή την περίπτωση, η ροή μάζας γίνεται μέγιστη, η τιμή της εξαρτάται από την περιοχή του μικρότερου τμήματος του ακροφυσίου (S min).

Στο στενό τμήμα του ακροφυσίου (που ονομάζεται λαιμός), ορίζονται οι κρίσιμες τιμές των παραμέτρων V k , T k , p k , w k = w ήχος, G max. (όπου W ήχος είναι η τοπική ταχύτητα ήχου) . Η κίνηση της ροής κατά μήκος του διαστελλόμενου τμήματος χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι το αέριο διαστέλλεται περαιτέρω εντός των ορίων [ p 2k , p 1 ], η ταχύτητα αυξάνεται στο διάστημα (δηλ. στις τιμές w> Wstar), που οδηγεί σε μείωση της πίεσης, αλλά ταυτόχρονα αυξάνεται ο συγκεκριμένος όγκος (δηλ. v>v k , Π< p k).

Το διαστελλόμενο τμήμα του ακροφυσίου μπορεί να λειτουργήσει ως διαχύτης, εάν βρίσκεται σε στενό επίπεδο w< w зв (для p o / p 1 > bk).

55. Στραγγαλισμός αερίου και εξίσωση διεργασίας

Για τους υδρατμούς, η κρίσιμη θερμοκρασία είναι Τ προς= 647 K, αντίστοιχα, T inv> 4400 K (θερμοκρασία αναστροφής). ΣΤΟ διαδικασία στραγγαλισμούοι υδρατμοί πάντα ψύχονται, αυτό οφείλεται στην πλήρη διάσπαση των μορίων ατμού σε τέτοιες όχι πολύ υψηλές τιμές αυτής της θερμοκρασίας αναστροφής.

Ο στραγγαλισμός υδρατμών χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες ιδιότητες που λαμβάνονται από την ανάλυση του διαγράμματος (i, s):

1) για οποιαδήποτε κατάσταση ατμού, ο στραγγαλισμός πάντα μειώνει τη θερμοκρασία των υδρατμών.

2) ο στραγγαλισμός των υγρών ατμών σε χαμηλές πιέσεις συνοδεύεται από μια μετάβαση από μια υγροποιημένη σε μια ξηρή και στη συνέχεια σε μια κατάσταση υπερθέρμανσης. Οι υγροί ατμοί σε υψηλές πιέσεις αρχικά υγραίνονται ακόμη περισσότερο, αλλά στη συνέχεια σχηματίζουν επίσης μια ξηρή και υπερθερμασμένη φάση.

3) ο στραγγαλισμός των υπερθερμασμένων ατμών σε υψηλές πιέσεις (εάν η θερμοκρασία υπερθέρμανσης είναι χαμηλή) συνοδεύεται από το πέρασμά τους από διάφορες φάσεις (ξηρό κορεσμένο, υγρό, ξηρό και τέλος υπερθερμασμένο). Η τελευταία κατάσταση του ατμού χαρακτηρίζεται από χαμηλές θερμοκρασίες και πιέσεις. Γενικά, κατά τη διάρκεια του στραγγαλισμού, οι υπερθερμασμένοι ατμοί διατηρούν την υπέρθερμη κατάστασή τους εάν οι πιέσεις τους ήταν υψηλές στην αρχή της διαδικασίας.

Συνήθως, στο διάγραμμα is, η διαδικασία στραγγαλισμού i 1 = i 2 είναι μια οριζόντια γραμμή που κατευθύνεται προς την αύξηση της εντροπίας (λόγω της μη αναστρέψιμης διεργασίας).

Είναι γνωστό ότι η πίεση του υπέρθερμου ατμού (και το χρήσιμο έργο του) μειώνεται κατά τη διαδικασία σύνθλιψης.

και κόλαση< a дрос, где а дрос - температурный эффект адиабатного необратимого расширения (т. е. дросселирования), а а ад – эффект адиабатного обратимого расширения. Отсюда при одном давлении dpέχουμε:

dT dros< dT ад на величину v/cp.

56. Μεταφορά θερμότητας μέσω σφαιρικού τοιχώματος

Ας υπάρχει μια κούφια μπάλα με εσωτερική και εξωτερική ακτίνα, αντίστοιχα, r 1 και r 2, ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας Εγώπου είναι σταθερό. Υπό δεδομένες οριακές συνθήκες του τρίτου είδους, θα καθοριστούν και οι συντελεστές μεταφοράς θερμότητας στις επιφάνειες της μπάλας Α'1και Α2και θερμοκρασίες του εσωτερικού και του εξωτερικού περιβάλλοντος, αντίστοιχα, Tl 1 και Tl 2 . Πιθανότητα ένα 1, ένα 2θα είναι σταθερές στο χρόνο και οι θερμοκρασίες Tf 1 , Tf 2 θα είναι σταθερές τόσο στο χρόνο όσο και στις επιφάνειες.

Στη σταθερή λειτουργία μεταφοράς θερμότητας, η συνολική ροή θερμότητας Q, που μεταφέρεται μέσω ενός ομοιογενούς σφαιρικού τοιχώματος από ένα θερμό μέσο σε ένα ψυχρό, θα είναι σταθερή για όλες τις ισοθερμικές επιφάνειες και μπορεί να προσδιοριστεί με τρεις εξισώσεις.

όπου d 1, d 2 είναι η εσωτερική και η εξωτερική διάμετρος της μπάλας.

ένα 1, ένα 2συντελεστές μεταφοράς θερμότητας από το ζεστό μέσο στον τοίχο και από τον τοίχο στο κρύο μέσο.

Εγώείναι ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του υλικού του τοίχου.

T 1, T 2 - θερμοκρασίες των εσωτερικών και εξωτερικών τοίχων.

όπου DT = Tzh 1 - Tzh 2 - διαφορά πλήρους θερμοκρασίας.

K wείναι ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας του σφαιρικού τοιχώματος (W/deg).

Στείλτε την καλή δουλειά σας στη βάση γνώσεων είναι απλή. Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα

Φοιτητές, μεταπτυχιακοί φοιτητές, νέοι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τη βάση γνώσεων στις σπουδές και την εργασία τους θα σας είναι πολύ ευγνώμονες.

Δημοσιεύτηκε στις http://www.allbest.ru/

Εισαγωγή

Η θερμική μηχανική είναι μια επιστήμη που μελετά τις μεθόδους λήψης, μετατροπής, μεταφοράς και χρήσης θερμότητας, καθώς και τις αρχές λειτουργίας και σχεδιαστικά χαρακτηριστικά των θερμικών μηχανών, συσκευών και συσκευών. Η θερμότητα χρησιμοποιείται σε όλους τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας.

Για να καθιερωθούν οι πιο ορθολογικοί τρόποι χρήσης του, να αναλυθεί η αποτελεσματικότητα των διαδικασιών εργασίας των θερμικών εγκαταστάσεων και να δημιουργηθούν νέοι, πιο προηγμένοι τύποι θερμικών μονάδων, είναι απαραίτητο να αναπτυχθούν τα θεωρητικά θεμέλια της θερμικής μηχανικής. Υπάρχουν δύο θεμελιωδώς διαφορετικοί τομείς χρήσης θερμότητας - ο ενεργειακός και ο τεχνολογικός.

Κατά τη χρήση ενέργειας, η θερμότητα μετατρέπεται σε μηχανικό έργο, με τη βοήθεια του οποίου δημιουργείται ηλεκτρική ενέργεια σε γεννήτριες, βολικές για μετάδοση σε απόσταση. Σε αυτή την περίπτωση, η θερμότητα λαμβάνεται με την καύση καυσίμου σε εγκαταστάσεις λεβήτων ή απευθείας σε κινητήρες εσωτερικής καύσης.

Στην τεχνολογία - η θερμότητα χρησιμοποιείται για την κατευθυντική αλλαγή των ιδιοτήτων διαφόρων σωμάτων (τήξη, στερεοποίηση, αλλαγές στη δομή, μηχανικές, φυσικές, χημικές ιδιότητες). Η ποσότητα της ενέργειας που παράγεται και καταναλώνεται είναι τεράστια.

Η θερμική μηχανική είναι μια γενική τεχνική πειθαρχία στην εκπαίδευση ειδικών σε τεχνικές ειδικότητες και αποτελείται από τρία αλληλένδετα θέματα: τεχνική θερμοδυναμική, τα θεμέλια της θεωρίας της μεταφοράς θερμότητας, που μελετούν τους νόμους του μετασχηματισμού και τις ιδιότητες της θερμικής ενέργειας και τις διαδικασίες της θερμότητας διάδοση.

Ο στόχος του μαθήματος θερμικής μηχανικής είναι να προετοιμάσει έναν χημικό μηχανικό-τεχνολόγο που έχει τις δεξιότητες να διαχειρίζεται σωστά το σχεδιασμό και τη λειτουργία της σύγχρονης χημικής παραγωγής, η οποία είναι ένας συνδυασμός τεχνολογικών και θερμικών διεργασιών και του αντίστοιχου τεχνολογικού και θερμοηλεκτρικού εξοπλισμού. Η εκπαίδευση αυτή θα συμβάλει στην επιτυχή εκπλήρωση των παραπάνω εργασιών από πτυχιούχους πανεπιστημίων χημικών μηχανικών. Η σημασία μιας τέτοιας εκπαίδευσης θα αυξηθεί καθώς η ατομική, η θερμοπυρηνική και οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας περιλαμβάνονται σε μια σειρά από πρακτικά σημαντικούς και αποτελεσματικούς, επειδή, σύμφωνα με μια γνωστή έκφραση, κανένα είδος ενέργειας δεν είναι τόσο ακριβό όσο η έλλειψή της.

αεριοστρόβιλος μερικός αεριοστρόβιλος συναγωγής

Θεωρητική ερώτηση #1

Η έννοια του μείγματος αερίων. μερική πίεση. Νόμος του Ντάλτον. Μερικός όγκος. Νόμος του Amag. Μέθοδοι πήξης μειγμάτων αερίων. Κίνδυνος πυρκαγιάς από εύφλεκτα μείγματα με αέρα

Ένα μείγμα αερίων είναι ένα μείγμα πολλών ιδανικών αερίων που δεν εισέρχονται σε καμία χημική αντίδραση μεταξύ τους. Παραδείγματα μίγματος αερίων είναι: ο ατμοσφαιρικός αέρας που αποτελείται από ένα μείγμα κυρίως αζώτου και οξυγόνου. φυσικό αέριο; καυσαέρια κινητήρων εσωτερικής καύσης (ICE), τα οποία περιέχουν CO 2 , CO, N 2 , NO 2 , O 2 και άλλα αέρια, υγρό αέρα (υδρατμοί) σε εγκαταστάσεις ξήρανσης κ.λπ.

Η κύρια αρχή που καθορίζει τις ιδιότητες ενός μείγματος αερίων είναι η αρχή της ανεξαρτησίας της δράσης των αερίων σε ένα μείγμα, δηλαδή, κάθε αέριο σε ένα μείγμα δρα ανεξάρτητα από άλλα αέρια, δεν αλλάζει τις ιδιότητές του και υπακούει σε όλους τους νόμους των αερίων. Επιπλέον, κάθε αέριο καταλαμβάνει ολόκληρο τον όγκο του μείγματος και όλα τα αέρια στο μείγμα έχουν την ίδια θερμοκρασία και οι ιδιότητες ενός μείγματος αερίων είναι το άθροισμα των ιδιοτήτων όλων των συστατικών του.

Από αυτό προκύπτει ότι τα μείγματα αερίων υπακούουν στους ίδιους νόμους και εξισώσεις με τα ομοιογενή ιδανικά αέρια. Ο κύριος νόμος που καθορίζει τη συμπεριφορά ενός μείγματος αερίων είναι ο νόμος του Dalton: η συνολική πίεση ενός μείγματος αερίων ιδανικών αερίων είναι ίση με το άθροισμα των μερικών πιέσεων όλων των συστατικών του:

R εκ= σελ 1 + σελ 2 + ... + σελ n =

όπου P cm είναι η πίεση του μείγματος αερίων. Р 1 , Р 2 , Р n - μερικές πιέσεις των συστατικών του μείγματος.

Κάθε συστατικό του μείγματος, που καταλαμβάνει ολόκληρο τον όγκο του μείγματος, βρίσκεται υπό τη δική του μερική πίεση. Αν όμως αυτό το συστατικό τοποθετηθεί υπό πίεση P cm στην ίδια θερμοκρασία του μείγματος T cm, τότε θα καταλάβει όγκο μικρότερο (V i) από τον όγκο του μείγματος V cm). Αυτός ο τόμος Vi ονομάζεται μειωμένος ή μερικός.

Η μερική πίεση υπολογίζεται από την εξίσωση κατάστασης για αυτό το στοιχείο:

Συνεπώς, .

Για να συγκριθούν τα αέρια που περιλαμβάνονται στο μείγμα κατ' όγκο, εισάγεται η έννοια του μερικού όγκου.

Ο μερικός (μειωμένος) όγκος ενός δεδομένου συστατικού είναι ο υπό όρους όγκος που θα είχε αυτό το συστατικό εάν ήταν μόνο στη θερμοκρασία και την πίεση του μείγματος. Η σχέση μεταξύ του όγκου του μείγματος αερίων και των μερικών όγκων των μεμονωμένων αερίων στο μείγμα αντανακλά τον νόμο Amag (νόμος προσθετικότητας): ο συνολικός όγκος του αερίου μίγματος είναι ίσος με το άθροισμα των μερικών όγκων των συστατικών του:

V εκ= V 1 + V 2 +...+ V n = .

Για να υπολογίσουμε τον μερικό όγκο, γράφουμε δύο εξισώσεις κατάστασης για οποιοδήποτε αέριο περιλαμβάνεται στο μείγμα:

το πρώτο είναι όταν ένα αέριο έχει μερική πίεση R 1 καταλαμβάνει όλο τον όγκο του μείγματος V εκέχει τη θερμοκρασία του μείγματος Τ εκ:

R 1 V εκ=m 1 R 1 Τ εκ;

το δεύτερο - όταν το αέριο έχει μειωμένο όγκο V i σε πίεση P cm και θερμοκρασία μείγματος T cm:

R εκV 1 =m 1 R 1 Τ εκ.

Διαιρώντας την πρώτη εξίσωση με τη δεύτερη, λαμβάνουμε τις εξισώσεις κατάστασης συνιστωσών

όπου R cm και V cm - πίεση και όγκος του μείγματος. P i και V i - πίεση και όγκος του συστατικού i.

Από εδώ εκφράζουμε τον μερικό όγκο του στοιχείου:

Οι ιδιότητες ενός αέριου μείγματος εξαρτώνται από τη σύνθεσή του, η οποία μπορεί να προσδιοριστεί με κλάσματα μάζας, όγκου και μοριακών κλασμάτων.

Κλάσμα μάζαςσυστατικό του μείγματος g i είναι η τιμή ίση με τον λόγο της μάζας του συστατικού προς τη μάζα ολόκληρου του μείγματος:

όπου m i είναι η μάζα αυτού του συστατικού. m cm είναι η μάζα ολόκληρου του μείγματος που περιέχει n συστατικά.

Επειδή η μάζα του μείγματος m είναι ίση με το άθροισμα των μαζών όλων των συστατικών:

τότε το άθροισμα των κλασμάτων μάζας είναι ίσο με:

Γνωρίζοντας τα κλάσματα μάζας των μεμονωμένων αερίων που περιλαμβάνονται στο μείγμα, είναι δυνατό να προσδιοριστούν οι μερικές πιέσεις τους

συνεπώς

Τα κλάσματα μάζας δίνονται συχνά ως ποσοστό. Για παράδειγμα, για ξηρό αέρα: g (N 2) \u003d 77%; g(O 2) = 23%.

Κλάσμα όγκουσυστατικό του μείγματος r i είναι η τιμή ίση με την αναλογία του μερικού όγκου του συστατικού προς τον όγκο του μείγματος:

όπου V Εγώ- μερικός όγκος του δεδομένου συστατικού. V εκείναι ο όγκος όλου του μείγματος.

Εφόσον ο όγκος του μείγματος είναι ίσος με το άθροισμα των μερικών όγκων των συστατικών, το άθροισμα των ογκομερών κλασμάτων είναι: .

Τα κλάσματα όγκου δίνονται ως ποσοστό. Για παράδειγμα, για αέρα: r (N 2) \u003d 79%; r(O 2) = 21%.

Γραμμομοριακό κλάσμασυστατικό του μείγματος x i είναι η τιμή ίση με την αναλογία του αριθμού των γραμμομορίων αυτού του συστατικού προς τον συνολικό αριθμό γραμμομορίων του μείγματος:

Δεδομένου ότι ο συνολικός αριθμός γραμμομορίων του μείγματος είναι ίσος με το άθροισμα των αριθμών των γραμμομορίων κάθε συστατικού, είναι προφανές ότι:

Σύμφωνα με το νόμο του Avogadro, οι όγκοι ενός mol οποιουδήποτε αερίου στην ίδια πίεση και θερμοκρασία, ιδιαίτερα στη θερμοκρασία και την πίεση ενός μείγματος, είναι ίδιοι σε μια ιδανική αέρια κατάσταση. Επομένως, ο μειωμένος όγκος οποιουδήποτε συστατικού μπορεί να υπολογιστεί ως το γινόμενο του όγκου ενός mol V Μαπό τον αριθμό των moles αυτού του συστατικού, δηλ. V Εγώ = V ΜΝ, και ο όγκος του μείγματος είναι σύμφωνα με τον τύπο V = V ΜΝ.

Επομένως, η αποστολή των αερίων που περιλαμβάνονται στο μείγμα, κατά μοριακά κλάσματα, είναι ίση με την εργασία από τα κλάσματα όγκου τους.

Η αναλογία μεταξύ μάζας και μοριακού κλάσματος μπορεί να βρεθεί από την εξίσωση:

Ως αποτέλεσμα, έχουμε τις ακόλουθες σχέσεις:

Στις εξισώσεις που προκύπτουν Μ ΕΚ- μέσο (φαινομενικό) μοριακό βάρος ενός δεδομένου μείγματος αερίων, δηλ. το μοριακό βάρος ενός τέτοιου υπό όρους ομοιογενούς αερίου, το οποίο είναι παρόμοιο στις ιδιότητές του με ένα δεδομένο μείγμα αερίων.

Με βάση αυτό, η αξία Μ ΕΚπροσδιορίζεται από τη σύνθεση του μείγματος ως εξής:

Δεδομένου ότι η αναλογία:

Προσθήκη εξαρτήσεων για το μέγεθος σολ Εγώγια όλα τα συστατικά του μείγματος αερίων, έχουμε:

Μετά από μετασχηματισμούς, παίρνουμε:

Η εξίσωση κατάστασης για ένα μείγμα αερίων μπορεί να υιοθετηθεί σύμφωνα με τις ακόλουθες εκτιμήσεις. Από την αρχή της ανεξαρτησίας προκύπτει ότι εάν κάθε αέριο σε ένα μείγμα υπακούει ανεξάρτητα στην εξίσωση κατάστασης, τότε ολόκληρο το μείγμα μπορεί να θεωρηθεί ως ένα ομοιογενές αέριο με τις δικές του ειδικές ιδιότητες, το οποίο επίσης υπακούει στην εξίσωση κατάστασης, δηλ.

όπου R ΕΚ- η μέση φαινομενική σταθερά αερίου του μείγματος, που προσδιορίζεται με βάση το μέσο μοριακό βάρος του μείγματος:

αξία R ΕΚμπορεί επίσης να βρεθεί από τη σύνθεση του μείγματος μετά την αντικατάσταση των εξαρτήσεων για Μ ΕΚ:

Αθροίζοντας όλα τα συστατικά, παίρνουμε:

Το άθροισμα στην αριστερή πλευρά της εξίσωσης είναι ίσο με τον όγκο του μείγματος. Διαιρώντας και τις δύο πλευρές της εξίσωσης με τη μάζα του μείγματος Μπαίρνουμε

Το άθροισμα στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης είναι η σταθερά του αερίου του μείγματος:

Ορισμένα αέρια και ατμοί σε ένα συγκεκριμένο μείγμα με αέρα είναι εκρηκτικά. Ο κίνδυνος πυρκαγιάς των μιγμάτων αερίων καθορίζεται από τη συγκέντρωση εύφλεκτων αερίων, ατμών ή σκόνης στο μείγμα. Στο κατώτερο όριο συγκέντρωσης ανάφλεξης (LEL), υπάρχει μικρή ποσότητα καυσίμου και περίσσεια αέρα στο μείγμα. Καθώς η συγκέντρωση του καυσίμου στο μείγμα αυξάνεται, υπάρχει έλλειψη αέρα, η οποία οδηγεί σε απώλεια της ικανότητας ανάφλεξης.

Μια έκρηξη ενός μείγματος μπορεί να συμβεί μόνο σε ορισμένες αναλογίες εύφλεκτων αερίων που περιλαμβάνονται στο μείγμα με αέρα ή οξυγόνο, που χαρακτηρίζονται από κατώτερα και ανώτερα όρια εκρηκτικότητας. Κατά την επιλογή της σύνθεσης του μείγματος λαμβάνονται υπόψη τα εκρηκτικά όρια. Για παράδειγμα, ένα μείγμα μεθανίου-αέρα είναι εκρηκτικό σε περιεκτικότητα 5,3 - 14,9% CH 4, και ένα μείγμα αμμωνίας-αέρα είναι εκρηκτικό σε περιεκτικότητα 14,0 - 27% NH 3. Έτσι, το μείγμα αερίων που χρησιμοποιείται στην παραγωγή, που περιέχει 12--13% CH 4 και 11--12% MH 3, είναι αντιεκρηκτικό στον αέρα. Ωστόσο, ένα τέτοιο αρχικό μείγμα είναι κοντά στα εκρηκτικά όρια και για την αποφυγή πιθανής παραβίασης της σύνθεσης, παρέχεται αυτόματος έλεγχος της αναλογίας των αερίων. Για απόλυτη ασφάλεια, προστίθεται άζωτο στο αρχικό μείγμα.

Θεωρητική ερώτηση #2

Κύκλοι εγκαταστάσεων αεριοστροβίλων

Οι εγκαταστάσεις αεριοστροβίλων (GTP) ονομάζονται συσκευές θερμικής ισχύος στις οποίες το ρευστό εργασίας είναι τα αέρια προϊόντα της καύσης καυσίμου (ή άλλα αέρια που θερμαίνονται με τον ένα ή τον άλλο τρόπο) και ο αεριοστρόβιλος είναι ο κινητήρας που λειτουργεί. Οι GTU είναι μεταξύ των κινητήρων εσωτερικής καύσης. Διαφέρουν από τους παλινδρομικούς κινητήρες εσωτερικής καύσης στο ότι γίνεται χρήσιμη εργασία σε αυτούς λόγω της κινητικής ενέργειας ενός αερίου που κινείται με μεγάλη ταχύτητα.

Σε σύγκριση με τους κινητήρες με έμβολο, οι μονάδες αεριοστροβίλου έχουν μια σειρά από τεχνικά και οικονομικά πλεονεκτήματα, και συγκεκριμένα:

Λιγότερο βάρος και μικρές διαστάσεις της εγκατάστασης με υψηλή ισχύ.

Η απουσία μηχανισμού στροφάλου.

Η ομοιομορφία της πορείας και η δυνατότητα άμεσης σύνδεσης με τους καταναλωτές της εργασίας - ηλεκτρικές γεννήτριες, φυγοκεντρικοί συμπιεστές κ.λπ.

Ευκολία συντήρησης.

Η υλοποίηση του κύκλου με πλήρη επέκταση και άρα με υψηλή θερμική απόδοση.

Η δυνατότητα χρήσης φθηνών ποιοτήτων καυσίμων (κηροζίνη).

Αυτά τα πλεονεκτήματα των αεριοστροβίλων έχουν συμβάλει στην εξάπλωσή τους σε πολλούς τομείς της τεχνολογίας.

Ο σχεδιασμός του πρώτου αεριοστρόβιλου αναπτύχθηκε από τον Π.Δ. Kuzminsky το 1897. Προοριζόταν για ένα μικρό σκάφος. Χαρακτηριστικό γνώρισμα αυτής της τουρμπίνας ήταν η λειτουργία της με υδρατμούς, οι οποίοι εγχύονταν στον θάλαμο καύσης για να μειώσουν τη θερμοκρασία των αερίων μπροστά από τον στρόβιλο.

Η ευρεία διανομή των αεριοστροβίλων κατέστη δυνατή μόνο μετά την επίλυση δύο βασικών προβλημάτων: τη δημιουργία ενός συμπιεστή αερίου υψηλής απόδοσης (turbocompressor) και την παραγωγή νέων ανθεκτικών στη θερμότητα μεταλλικών κραμάτων ικανών να λειτουργούν για μεγάλο χρονικό διάστημα σε θερμοκρασίες 650–750 °C και άνω.

Το έργο των αεριοστροβίλων βασίζεται σε ιδανικούς κύκλους που αποτελούνται από τις απλούστερες θερμοδυναμικές διεργασίες. Η θερμοδυναμική μελέτη αυτών των κύκλων βασίζεται σε υποθέσεις παρόμοιες με τους κύκλους ICE, δηλαδή: οι κύκλοι είναι αναστρέψιμοι, η θερμότητα παρέχεται χωρίς αλλαγή της χημικής σύνθεσης του ρευστού εργασίας του κύκλου, η απομάκρυνση θερμότητας θεωρείται αναστρέψιμη, δεν υπάρχουν υδραυλικά και τις απώλειες θερμότητας, το ρευστό εργασίας είναι ένα ιδανικό αέριο με σταθερή θερμοχωρητικότητα. Σε αντίθεση με τις παλινδρομικές μηχανές εσωτερικής καύσης, όπου οι διαδικασίες συμπίεσης, παροχής θερμότητας και διαστολής πραγματοποιούνται στον ίδιο κύλινδρο, στις εγκαταστάσεις αεριοστροβίλων αυτές οι διεργασίες συμβαίνουν σε διάφορα στοιχεία της εγκατάστασης, στα οποία εισέρχεται διαδοχικά η ροή του ρευστού εργασίας. Οι αεριοστρόβιλοι μπορούν να λειτουργήσουν με καύση καυσίμου σε σταθερή πίεση και σε σταθερό όγκο. Οι αντίστοιχοι ιδανικοί κύκλοι χωρίζονται σε κύκλους:

Με παροχή θερμότητας σε σταθερή πίεση ( P = const) είναι ο κύκλος Brayton.

Με παροχή θερμότητας σε σταθερό όγκο ( v = const) -- Κύκλος Humphrey;.

Κύκλος ανάκτησης θερμότητας.

Ο κύκλος με παροχή θερμότητας σε σταθερή πίεση έχει λάβει τη μεγαλύτερη πρακτική εφαρμογή.

Π= συνθ(κύκλος Μπράιτον)

Ένα σχηματικό διάγραμμα μιας εγκατάστασης αεριοστροβίλου, στην οποία η καύση καυσίμου λαμβάνει χώρα σε σταθερή πίεση, φαίνεται στο Σχ. 1 και ο αναστρέψιμος κύκλος που διεξάγεται σε αυτό παρουσιάζεται στα διαγράμματα pv και Ts στο Σχ. 1.1. Σε αυτήν την εγκατάσταση, ατμοσφαιρικός αέρας από το περιβάλλον, με πίεση p 1 και θερμοκρασία T 1 , εισέρχεται στην είσοδο του συμπιεστή (1) περιστρέφοντας στον ίδιο άξονα με τον αεριοστρόβιλο (4). Ο αέρας συμπιέζεται αδιαβατικά στον συμπιεστή 1-2 ) σε μια πίεση p 2 στην οποία τροφοδοτείται στον θάλαμο καύσης (3), όπου εισέρχεται αέριο ή υγρό καύσιμο. Εδώ, σε σταθερή πίεση, η καύση του καυσίμου λαμβάνει χώρα στο p=ίδιος (2-3 ), με αποτέλεσμα η θερμοκρασία των αέριων προϊόντων καύσης που προκύπτουν να ανεβαίνει στην τιμή του T 3 . Σε αυτή τη θερμοκρασία και πίεση p 3 = p 2, το αέριο εισέρχεται στον στρόβιλο (4), όπου, με αδιαβατική διαστολή ( 3-4 ) μέχρι την ατμοσφαιρική πίεση p 1 εκτελεί εργασίες, ένα μέρος της οποίας δαπανάται στον κινητήρα του συμπιεστή και το άλλο μέρος δαπανάται για την κίνηση της γεννήτριας που παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Από τον στρόβιλο (4), αέριο υπό πίεση p 4 = p 1 απελευθερώνεται στην περιβάλλουσα ατμόσφαιρα ( 4-1 ), και νέος καθαρός αέρας εισάγεται στον συμπιεστή από την ατμόσφαιρα.

Ως καθοριστικές παράμετροι του ιδανικού κύκλου γίνονται δεκτά τα ακόλουθα:

Λόγος πίεσης αέρα ή (λόγος συμπίεσης) ;

Βαθμός προέκτασης.

Ο κύριος θερμοδυναμικός δείκτης της απόδοσης του κύκλου είναι η θερμική του απόδοση

και την ποσότητα θερμότητας που αφαιρέθηκε - σύμφωνα με τον τύπο

Στη συνέχεια, η θερμική απόδοση του κύκλου

Συνήθως εκφράζεται ως συνάρτηση του βαθμού αύξησης της πίεσης y. Για το adiabat 1 - 2 έχουμε:

Για isobar 2 - 3

Για αδιαβατικά 3 - 4

Αντικαθιστώντας τις λαμβανόμενες τιμές των θερμοκρασιών T 2 , T 3 και T 4 στην εξίσωση θερμικής απόδοσης, λαμβάνουμε

Από τον τύπο προκύπτει ότι η θερμική απόδοση ενός αεριοστρόβιλου με παροχή θερμότητας σε σταθερή πίεση εξαρτάται από τον βαθμό αύξησης της πίεσης y και τον αδιαβατικό δείκτη k, που αυξάνεται με αυτές τις τιμές.

Υπόκειται σε εξάρτηση

Κατά συνέπεια, για το ίδιο ρευστό εργασίας, αύξηση του βαθμού

η συμπίεση οδηγεί πάντα σε αύξηση της απόδοσης.

Εργασία με κύκλο:

Παρά το γεγονός ότι η αύξηση του βαθμού αύξησης της πίεσης του αέρα επηρεάζει ευνοϊκά την απόδοση μιας εγκατάστασης αεριοστροβίλου, μια αύξηση αυτής της τιμής οδηγεί σε αύξηση της θερμοκρασίας των αερίων μπροστά από τα πτερύγια του στροβίλου. Οι τιμές αυτής της θερμοκρασίας περιορίζονται από τη θερμική αντίσταση των κραμάτων από τα οποία κατασκευάζονται οι λεπίδες. Επί του παρόντος, η μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία αερίου μπροστά από τον στρόβιλο είναι 800 - 1000 ° C και περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να επιτευχθεί μόνο με τη χρήση νέων ανθεκτικών στη θερμότητα υλικών και την εισαγωγή σχεδίων τουρμπίνας με ψυγμένα πτερύγια.

Σχέδιο και κύκλος GTU με παροχή θερμότητας στοV= συνθ (κύκλος Χάμφρεϊ)

Σε μια εγκατάσταση αεριοστροβίλου που λειτουργεί σε κύκλο με εισροή θερμότητας σε σταθερό όγκο (V=const), η διαδικασία καύσης καυσίμου λαμβάνει χώρα με κλειστές βαλβίδες εισόδου και εξόδου εγκατεστημένες στον θάλαμο καύσης. Ο συμπιεστής 1, που κινείται από τον στρόβιλο 6, παρέχει πεπιεσμένο αέρα στον θάλαμο καύσης 4 μέσω μιας ελεγχόμενης βαλβίδας 7. Η δεύτερη βαλβίδα 5 βρίσκεται στο άκρο του θαλάμου καύσης και είναι σχεδιασμένη να εξέρχεται από τα προϊόντα καύσης στον στρόβιλο. Το καύσιμο τροφοδοτείται στον θάλαμο καύσης από την αντλία 2, που βρίσκεται στον άξονα του στροβίλου, μέσω του ακροφυσίου. Η τροφοδοσία καυσίμου πρέπει να πραγματοποιείται περιοδικά από τη βαλβίδα καυσίμου 3.

Όταν η πίεση αυξάνεται, η βαλβίδα 5 ανοίγει και τα προϊόντα καύσης εισέρχονται στη συσκευή του ακροφυσίου και στα πτερύγια του στροβίλου 6. Όταν διέρχεται από τα πτερύγια του στροβίλου, το αέριο λειτουργεί και απελευθερώνεται στο περιβάλλον.

Ο κύκλος αυτού του φυτού αποτελείται από αδιαβατική συμπίεση στον συμπιεστή ( μετα Χριστον) παροχή θερμότητας στο v= συνθ(c-z) αδιαβατική διαστολή αερίου στον στρόβιλο ( z-e) ισοβαρική μεταφορά θερμότητας από το αέριο στον περιβάλλοντα αέρα ( α-χα). Ο θερμοδυναμικός κύκλος στις συντεταγμένες pv και Ts φαίνεται στο σχήμα 2.1. Οι κύριες παράμετροι του κύκλου είναι:

Ο βαθμός αύξησης της πίεσης στον συμπιεστή.

Ο βαθμός της ισοχορικής πίεσης αυξάνεται.

Η απόδοση ενός κύκλου αεριοστροβίλου με εισροή θερμότητας σε σταθερό όγκο προσδιορίζεται ως εξής:

Οι παράμετροι του αερίου στα χαρακτηριστικά σημεία του κύκλου προσδιορίζονται μέσω της αρχικής θερμοκρασίας Ta από τις σχέσεις:

Αντικαθιστώντας αυτές τις εκφράσεις για θερμοκρασίες στον τύπο θερμικής απόδοσης, παίρνουμε:

Έτσι, η τιμή της απόδοσης σε έναν αεριοστρόβιλο με εισροή θερμότητας σε σταθερό όγκο εξαρτάται από τον βαθμό αύξησης της πίεσης στον συμπιεστή και από τον βαθμό αύξησης της πίεσης στον θάλαμο καύσης, ο οποίος εξαρτάται από την ποσότητα θερμότητας που παρέχεται ( q 1 ) σε μια ισοχορική διαδικασία.

Η συγκεκριμένη εργασία ανά κύκλο καθορίζεται από:

Συγκρίσεις μεταξύ κύκλων με παροχή θερμότητας στο p=constκαι v= συνθφαίνεται, ότι για τον ίδιο βαθμό αύξησης της πίεσης και την ίδια ποσότητα θερμότητας που αφαιρείται, ένας κύκλος με εισροή θερμότητας σε σταθερό όγκο είναι πιο επικερδής από έναν κύκλο με εισροή θερμότητας σε σταθερή πίεση. Αυτό οφείλεται στον μεγαλύτερο βαθμό επέκτασης του κύκλου v = συνθ, και κατά συνέπεια, υψηλές τιμές θερμικής απόδοσης. Παρά αυτό το πλεονέκτημα, ο κύκλος με παροχή θερμότητας σε σταθερό όγκο δεν έχει βρει ευρεία εφαρμογή στην πράξη λόγω της πολυπλοκότητας του σχεδιασμού του θαλάμου καύσης και της φθοράς του στροβίλου σε μια παλλόμενη ροή αερίου, αν και οι εργασίες για τη βελτίωση αυτού του κύκλου συνεχίζονται .

Λόγω του πολύπλοκου σχεδιασμού του θαλάμου καύσης, ο κύκλος αεριοστροβίλου με ισοχωρική παροχή θερμότητας χρησιμοποιείται εξαιρετικά σπάνια, παρόλο που έχει αυξημένη απόδοση σε σύγκριση με τον κύκλο Brayton.

Κύκλος αεριοστροβίλου με ανάκτηση θερμότητας

Ένα από τα μέτρα για τη βελτίωση της θερμικής απόδοσης των αεριοστροβίλων είναι η χρήση της ανάκτησης θερμότητας. Η ανάκτηση θερμότητας είναι η χρήση της θερμότητας των καυσαερίων για τη θέρμανση του αέρα που εισέρχεται στον θάλαμο καύσης. Η ανάκτηση θερμότητας είναι δυνατή με την προϋπόθεση ότι T 4 >T 2 . Για να γίνει αυτό, μια πρόσθετη συσκευή, ένας εναλλάκτης θερμότητας, εισάγεται στο σχέδιο εγκατάστασης.

Ένα διάγραμμα μιας εγκατάστασης αεριοστροβίλου με καύση στο P = const με ανάκτηση θερμότητας φαίνεται στο σχήμα 3. Η διαφορά μεταξύ μιας εγκατάστασης αεριοστροβίλου με ανάκτηση θερμότητας και μιας εγκατάστασης χωρίς αναγέννηση είναι ότι ο πεπιεσμένος αέρας δεν εισέρχεται αμέσως στον συμπιεστή 1 στον θάλαμο καύσης 4, αλλά πρώτα περνά από τον αναγεννητή αέρα - εναλλάκτη θερμότητας 3, στον οποίο θερμαίνεται από τη θερμότητα των καυσαερίων. Αντίστοιχα, τα αέρια που φεύγουν από τον στρόβιλο περνούν μέσω ενός αναγεννητή αέρα πριν απελευθερωθούν στην ατμόσφαιρα, όπου ψύχονται, θερμαίνοντας τον πεπιεσμένο αέρα. Έτσι, ένα ορισμένο μέρος της θερμότητας, που προηγουμένως μεταφέρονταν από τα καυσαέρια στην ατμόσφαιρα, χρησιμοποιείται τώρα ωφέλιμα.

Ο κύκλος μιας εγκατάστασης αεριοστροβίλου με αναγέννηση και ισοβαρική παροχή θερμότητας σε διαγράμματα P,v - και T,s - φαίνεται στο Σχήμα 1.

Ρύζι. 1 Θερμικό διάγραμμα αεριοστρόβιλου με ανάκτηση θερμότητας

Ο εξεταζόμενος κύκλος αποτελείται από την αδιαβατική διαδικασία συμπίεσης αέρα στον συμπιεστή 1 - 2, διαδικασία 2 - 5, η οποία είναι μια ισοβαρική θέρμανση αέρα στον αναγεννητή, ισοβαρική διαδικασία 5 - 3, που αντιστοιχεί στην παροχή θερμότητας στο θάλαμο καύσης λόγω για την καύση καυσίμου, τη διαδικασία αδιαβατικής διαστολής των αερίων 3 - 4 στον στρόβιλο, ισοβαρική ψύξη των καυσαερίων στον αναγεννητή 4 - 1.

Η ποσότητα θερμότητας που παρέχεται στο ρευστό εργασίας κατά την ισοβαρική διεργασία

και αφαιρείται με την ισοβαρική διαδικασία

Αντικατάσταση των q 1 και |q 2 | προς τη γενική αναλογία

Θα παραλαβουμε.

Οι θερμοκρασίες στα κύρια σημεία του κύκλου καθορίζονται από:

Θερμική απόδοση του κύκλου αεριοστροβίλου με παροχή θερμότητας στο Р = συνθκαι η πλήρης αναγέννηση εξαρτάται από την αρχική θερμοκρασία T 1 και τη θερμοκρασία στο τέλος της αδιαβατικής διαστολής T 4 .

Σε πραγματικές συνθήκες, η θερμότητα της αναγέννησης δεν μεταφέρεται πλήρως, αφού οι εναλλάκτες θερμότητας δεν είναι ιδανικοί. Η θερμική απόδοση του κύκλου θα εξαρτηθεί από τον βαθμό αναγέννησης. Ο βαθμός αναγέννησης είναι ο λόγος της ποσότητας θερμότητας που μεταφέρεται στον αέρα, που λαμβάνεται από τον πεπιεσμένο αέρα στον αναγεννητή, προς την ποσότητα θερμότητας που θα μπορούσε να λάβει εάν θερμανθεί από T 2 σε T 5 \u003d T 4 στην έξοδο του τον αεριοστρόβιλο.

Θερμική απόδοση του κύκλου του αεριοστροβίλου με ατελή αναγέννηση, δηλ. στο r<1, определяется следующим образом

Ο βαθμός αναγέννησης καθορίζεται από την ποιότητα και την περιοχή των επιφανειών εργασίας του εναλλάκτη θερμότητας (αναγεννητής).

Επί του παρόντος, τέτοιοι αεριοστρόβιλοι χρησιμοποιούνται σε σταθερές εγκαταστάσεις λόγω του μεγάλου βάρους και των διαστάσεων του αναγεννητή, για παράδειγμα, ως σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής πλοίων.

Εργασία #1

Προσδιορίστε την ογκομετρική σύνθεση, το μοριακό βάρος, τη σταθερά αερίου και τον όγκο του μείγματος, εάν η σύσταση μάζας του είναι η εξής: προπάνιο - 48,7%, βουτάνιο - 16,8%, εξάνιο - 14,6%, αιθυλένιο - 4,7% , άζωτο - 15,2%. Η πίεση του μείγματος είναι 3 bar, η μάζα και η θερμοκρασία του μείγματος είναι αντίστοιχα ίσες

Βάρος, kg	Θερμοκρασία, 0 C

C 4 H 10 \u003d 16,8% C 6 H 14 \u003d 14,6% C 2 H 4 \u003d 4,7% P cm = 3 bar t cm = 17 0 С	g i (C 3 H 8) \u003d 0,487 g i (C 4 H 10) \u003d 0,168 g i (C 6 H 14) \u003d 0,146 g i (C 2 H 4) \u003d 0,047 g i (N 2) \u003d 0,152 P cm \u003d 3 10 5 Pa

Βρείτε: i - ?, M cm - ?,

R cm - ?, V cm - ?

1. Με βάση τα δεδομένα αναφοράς, προσδιορίζουμε τα μοριακά βάρη των συστατικών:

M (C 3 H 8) \u003d 44 kg / kmol;

M (C 4 H 10) \u003d 58 kg / kmol;

M (C 6 H 14) = 86 kg / kmol;

M (C 2 H 4) \u003d 28 kg / kmol;

M (N 2) \u003d 28 kg / kmol.

2. Υπολογίστε τις σταθερές αερίων των αερίων χρησιμοποιώντας την τιμή της καθολικής σταθεράς αερίου R = 8,314 kJ/kmol K:

R(C3H8) = = 0,18895 kJ/kg Κ = 188,9 J/kg Κ;

R(C4H10) = = 0,1433 kJ/kg Κ = 143,3 J/kg Κ;

R (C 6 H 14) \u003d \u003d 0,09667 kJ / kg K \u003d 96,7 J / kg K;

R (C 2 H 4) \u003d \u003d 0,2969 kJ / kg K \u003d 296,9 J / kg K;

R (N 2) \u003d \u003d 0,2969 kJ / kg K \u003d 296,9 J / kg K.

3. Προσδιορίστε τη σταθερά αερίου του μείγματος:

R εκ= ?(σολ Εγώ R Εγώ)

R= 0,487 188,95 + 0,168 143,3 + 0,146 96,7 + 0,047 296,9 + 0,152 296,9 = 92,02+24,07+13,95+14,26+1893 = Κ.

4. Προσδιορίστε τα κλάσματα όγκου των συστατικών που περιλαμβάνονται στο μείγμα:

όπου R cm είναι η σταθερά αερίου του μείγματος, J/(kg K);

R i - σταθερά αερίου των επιμέρους συστατικών που περιλαμβάνονται στο μείγμα J/(kg·K).

5. Υπολογίστε το μοριακό βάρος του μείγματος:

M cm \u003d 0,488 44 + 0,127 58 + 0,074 86 + 0,073 28 + 0,238 28 \u003d 21,47 + 7,37 + 6,36 + 2,04 + 6,66 d.

6. Υπολογίστε τον όγκο του μείγματος αερίων εκφράζοντας τον από την εξίσωση Claiperon:

RV = Μ R Τ,

m 3 / kg.

Απάντηση: r(C 3 H 8) - 48,8%; r(C4H10) -12,7%.

r(C6H14) - 7,4%. M cm - 44 kg / kmol.

r(C2H4) - 7,3%. R cm - 189,43 J / kg Κ.

r(Ν2) - 23,8%. V cm - 1.648 m 3 / kg.

Εργασία #2

Το μείγμα αερίων στον αντιδραστήρα έχει την εξής ογκομετρική σύνθεση: μονοξείδιο του άνθρακα = 14%, άζωτο = 6%, οξυγόνο = 75%, υδρατμοί = 5% θερμαίνονται από t1 σε t2. Προσδιορίστε την ποσότητα θερμότητας που παρέχεται στο μείγμα αερίων. Πάρτε την εξάρτηση της θερμοχωρητικότητας από τη θερμοκρασία σύμφωνα με την επιλογή σας

			συνεχής

H 2 O ατμός \u003d 5%	r(H2O) ατμός = 0,05

Εύρεση: Q - ?

1. Σύμφωνα με την κατάσταση του προβλήματος, προκύπτει ότι η εξάρτηση της θερμοχωρητικότητας από τη θερμοκρασία είναι σταθερή, δηλαδή, δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία, επομένως, η θερμοχωρητικότητα καθορίζεται από τον τύπο:

όπου C είναι η θερμοχωρητικότητα του αερίου, kJ/kmol K.

M i - μοριακό βάρος του συστατικού, g/kmol.

Για διατομικά αέρια (άζωτο, οξυγόνο) Γ v = 20,93 kJ/kmol K, για υδρατμούς και άλλα πολυατομικά αέρια Γ v = 25 kJ/kmol Κ.

Υπολογίστε τις θερμικές ικανότητες των εξαρτημάτων:

kJ/kmol K;

kJ/kmol K;

kJ/kmol K;

kJ/kmol Κ.

Ας υπολογίσουμε τη συνολική θερμοχωρητικότητα του μείγματος αερίων:

C cm = 0,7475 0,14 + 0,7475 0,06 + 0,6541 0,75 + 1,3889 0,05 = 0,1046 + 0,0448 + 0,4906 + 0,0694 = 0,7094 KJ/kol.

2. Υπολογίστε την ποσότητα θερμότητας σε σταθερή θερμοχωρητικότητα σύμφωνα με τον τύπο:

Q = mC v(Τ 2 - Τ 1 )

Q= 4 0,7094 (1073 - 423) \u003d 2,8376 650 \u003d 1844,44 J.

Απάντηση: Q = 1844,44J.

Εργασία #3

Ο αέρας λειτουργεί σε κύκλο με ισοχορική παροχή θερμότητας. Προσδιορίστε τις παραμέτρους του κύκλου σε χαρακτηριστικά σημεία και το χρήσιμο έργο του κύκλου εάν η μάζα αέρα, η αρχική πίεση, η αρχική θερμοκρασία, ο λόγος συμπίεσης και η ποσότητα της θερμότητας που παρέχεται κατά την καύση είναι αντίστοιχα ίσες

	P 1 \u003d 9 10 3 Pa

Βρείτε: A = ?

Ένας κύκλος με ισοχορική παροχή θερμότητας (κύκλος Otto) αποτελείται από δύο adiabats και δύο isochores. Τα χαρακτηριστικά του κύκλου είναι:

αναλογία συμπίεσης - ;

ο βαθμός αύξησης της πίεσης - ;

Η ποσότητα της παρεχόμενης και αφαιρούμενης θερμότητας καθορίζεται από τους τύπους:

Το έργο του κύκλου καθορίζεται από:

1. Ας προσδιορίσουμε τις παραμέτρους του κύκλου σε χαρακτηριστικά σημεία.

α) Προσδιορίστε τις παραμέτρους στο σημείο 1.

P 1 \u003d 90 10 3 Pa; Τ 1 = 298 Κ; M αέρα \u003d 28,97 kg / kmol.

Η σταθερά αερίου του αέρα είναι

Υπολογίζουμε τον ειδικό όγκο αέρα V 1 εκφράζοντας τον από την εξίσωση Claiperon:

β) Προσδιορίστε τις παραμέτρους στο σημείο 2.

Ο λόγος συμπίεσης είναι

Ως εκ τούτου m 3 / kg.

Από την αδιαβατική εξίσωση (διαδικασία 1-2 - αδιαβατική συμπίεση) εκφράζουμε τη θερμοκρασία

όπου k είναι ο αδιαβατικός δείκτης (για τον αέρα είναι 1,4).

Η πίεση P 2 βρίσκεται από την έκφραση

γ) Προσδιορίστε τις παραμέτρους στο σημείο 3.

Δεδομένου ότι το 2 - 3 είναι ισόχωρο, τότε το V 3 \u003d V 2 \u003d 0,7125 m 3 / kg.

Η θερμοκρασία στο σημείο 3 προσδιορίζεται από τη σχέση

Λαμβάνοντας Ms v \u003d 20,98 kJ / kg K, M (αέρα) \u003d 28,97 kg / kmol, παίρνουμε

Συνεπώς,

Η πίεση P 3 προσδιορίζεται από τη σχέση

δ) Προσδιορίστε τις παραμέτρους στο σημείο 4.

V 4 = V 1 \u003d 2,85 m 3 / kg.

από εδώ εκφράζουμε την πίεση στο σημείο 4

2. Προσδιορίστε το χρήσιμο έργο του κύκλου.

Υπολογίστε την ποσότητα θερμότητας που αφαιρέθηκε:

Η χρήσιμη εργασία στον κύκλο ισούται με

Απάντηση: μεγάλο ντο= 680,56 kJ.

Εργασία #4

Βρείτε την υψηλότερη αναλογία συμπίεσης σε έναν κύκλο με ισοχορική παροχή θερμότητας, εάν είναι γνωστό ότι η αρχική πίεση είναι 100 kPa, ο αδιαβατικός δείκτης είναι 1,3 και η αρχική θερμοκρασία και η θερμοκρασία αυτανάφλεξης του εύφλεκτου μείγματος είναι:

t self \u003d 430 0 C	P 1 \u003d 10 10 3 Pa

Εφόσον υπάρχει ισοχορική παροχή θερμότητας, μπορούμε να εκφράσουμε τον βαθμό συμπίεσης από την αδιαβατική εξίσωση:

Ας υπολογίσουμε τον λόγο συμπίεσης:

Απάντηση: αναλογία συμπίεσης; max στον κύκλο με ισοχορική παροχή θερμότητας ισούται με 26,9. Όσο υψηλότερος είναι ο λόγος συμπίεσης, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση του κύκλου.

Εργασία αριθμός 5

Διαρρέει αέρας από τη δεξαμενή. Βρείτε την τιμή της πίεσης του μέσου στο οποίο η θεωρητική ταχύτητα της αδιαβατικής εκροής θα είναι ίση με την κρίσιμη και την τιμή αυτής της ταχύτητας εάν η αρχική πίεση και η θερμοκρασία, αντίστοιχα, είναι ίσες

	P 1 \u003d 5 10 6 Pa

Εύρεση: P 2 =?

Ο αέρας είναι ένα διατομικό αέριο, επομένως η κρίσιμη τιμή για τον αέρα είναι 0,528.

Από την αναλογία εκφράζουμε και βρίσκουμε την πίεση του μέσου Р 2:

Ας προσδιορίσουμε την τιμή και ας τη συγκρίνουμε με την κρίσιμη τιμή για τον αέρα: 0,528 = 0,528.

Εφόσον η αδιαβατική εκροή αερίου συμβαίνει στο ? σε cr, τότε η θεωρητική ταχύτητα εκροής αερίου θα είναι ίση με την κρίσιμη ταχύτητα και καθορίζεται από τον τύπο

Απάντηση: P 2 \u003d 2,64 10 6 Pa; w kr= 321 m/s.

Θεωρητική ερώτηση #3

Συναγωγική μεταφορά θερμότητας υπό εξαναγκασμένη κίνηση ρευστού. Μεταφορά θερμότητας κατά την αναγκαστική κίνηση του ρευστού μέσω καναλιών.

Η μεταφορά θερμότητας με συναγωγή είναι μια κοινή διαδικασία συναγωγής και αγωγής θερμότητας, καθώς όταν κινείται ένα υγρό ή αέριο, αναπόφευκτα εμφανίζεται επαφή μεμονωμένων σωματιδίων με διαφορετικές θερμοκρασίες.

Η συναγωγική μεταφορά θερμότητας μεταξύ της ροής υγρού ή αερίου στην επιφάνεια ενός στερεού σώματος ονομάζεται συναγωγική μεταφορά θερμότητας, η οποία

συχνά συνοδεύεται από μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία.

Ανάλογα με την αιτία που προκαλεί την κίνηση ενός ρευστού, διακρίνονται δύο είδη κίνησης: η ελεύθερη (φυσική συναγωγή) και η εξαναγκασμένη (αναγκαστική μεταφορά).

Η ελεύθερη κίνηση προκύπτει λόγω της διαφοράς στις πυκνότητες των θερμαινόμενων και ψυχρών σωματιδίων ρευστού, η οποία προκαλεί την εμφάνιση μιας ανυψωτικής δύναμης. Τα σωματίδια υγρού που έρχονται σε επαφή με τη θερμαινόμενη επιφάνεια του σώματος θερμαίνονται και γίνονται ελαφρύτερα από τα ψυχρά σωματίδια πάνω τους. Αυτή η διάταξη των σωματιδίων είναι ασταθής: τα ψυχρά σωματίδια τείνουν να κατεβαίνουν και να εκτοπίζουν ελαφρύτερα θερμαινόμενα σωματίδια, τα οποία πρέπει να κινηθούν προς τα πάνω προς τα κατερχόμενα ψυχρά σωματίδια. Υπάρχει μια πολύπλοκη ακανόνιστη κίνηση κατά την οποία τα ρεύματα ανόδου και καθόδου συγκρούονται. Όσο περισσότερη θερμότητα μεταφέρεται, τόσο πιο έντονη είναι η ελεύθερη κίνηση του ρευστού. Η ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται είναι ανάλογη με την επιφάνεια του σώματος και τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της επιφάνειας που απελευθερώνει (ή λαμβάνει θερμότητα) και του υγρού. Η διαφορά θερμοκρασίας καθορίζει τη δύναμη ανύψωσης της κίνησης και η επιφάνεια καθορίζει τη ζώνη κατανομής της διαδικασίας μεταφοράς θερμότητας.

Η εξαναγκασμένη κίνηση συμβαίνει υπό την επίδραση μιας δύναμης που επενεργεί στο υγρό από το εξωτερικό - από αντλία, άνεμο, ανεμιστήρα, συμπιεστή, εκτοξευτήρα κ.λπ. μέσω του οποίου κινείται το υγρό. Η κινητήρια δύναμη καθορίζεται κυρίως από τη διαφορά πίεσης. Η ένταση της μεταφοράς θερμότητας κατά την αναγκαστική κίνηση ενός υγρού εξαρτάται από την ταχύτητα κίνησης του, τον τύπο και τις φυσικές ιδιότητες του υγρού, τη θερμοκρασία του, το σχήμα και το μέγεθος του καναλιού στο οποίο λαμβάνει χώρα η ανταλλαγή θερμότητας.

Η ένταση της διαδικασίας μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή περιορίζεται από τη διαδικασία αγωγιμότητας της θερμότητας στο όριο ενός υγρού με μια στερεή επιφάνεια και στο οριακό στρώμα σε σχέση με τα ακίνητα σωματίδια του υγρού δίπλα στη στερεά επιφάνεια. Η ένταση της μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή μπορεί να αυξηθεί αυξάνοντας την ταχύτητα του υγρού σε σχέση με τη στερεά επιφάνεια, γεγονός που συμβάλλει στη μείωση του πάχους του οριακού στρώματος. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει δύο στάδια και δύο τύπους μεταφοράς θερμικής ενέργειας:

Μεταφορά θερμικής ενέργειας με συναγωγή σε όγκο υγρού ή αερίου.

Η μεταφορά θερμικής ενέργειας μέσω θερμικής αγωγιμότητας σε ένα λεπτό, βραδέως κινούμενο στρώμα υγρού ή αερίου, που βρίσκεται ακριβώς δίπλα σε ένα στερεό τοίχωμα και ονομάζεται οριακό στρώμα ή στρωτή υποστιβάδα.

Μεταφορά θερμότητας με θερμική αγωγιμότητα σε άμεση επαφή σωματιδίων υγρού ή αερίου με σωματίδια ενός στερεού τοιχώματος απευθείας στο όριο μιας στερεής επιφάνειας.

Με βάση τις παραπάνω διατάξεις, προέκυψε η βασική εξίσωση της μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή, που ονομάζεται εξίσωση Newton-Richmann:

όπου q είναι η ειδική ροή θερμότητας κατά τη μεταφορά θερμότητας με συναγωγή, W/m 2 ;

Q - συνολική ροή θερμότητας, W;

F - επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή, m 2 ;

l w - συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας υγρού (αερίου) στο οριακό στρώμα, W / m 2 K.

d p.sl. είναι το πάχος του οριακού στρώματος του υγρού (αερίου) δίπλα στην επιφάνεια ανταλλαγής θερμότητας, m.

β - συντελεστής μεταφοράς θερμότητας που χαρακτηρίζει τις συνθήκες ανταλλαγής θερμότητας μεταξύ του υγρού και του στερεού τοιχώματος, W / m 2 K.

Συντελεστής μεταφοράς θερμότητας β -το κύριο χαρακτηριστικό της διαδικασίας μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή και είναι μια σύνθετη συνάρτηση μεγάλου αριθμού ανεξάρτητων ποσοτήτων που χαρακτηρίζουν το φαινόμενο.

Ένα από τα κύρια καθήκοντα της μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή είναι ο προσδιορισμός του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας υπό συγκεκριμένες συνθήκες. Ο αναλυτικός προσδιορισμός του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας, κατά κανόνα, είναι αδύνατος, επειδή Η τιμή του εξαρτάται από πολλές μεταβλητές: παραμέτρους διεργασίας, φυσικές σταθερές, γεωμετρικές διαστάσεις και οριακές συνθήκες. Ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας καθορίζεται από εμπειρικούς τύπους, οι οποίοι συντάσσονται σε μορφή κριτηρίου σύμφωνα με τους κανόνες της θεωρίας της ομοιότητας. Δύο διαδικασίες μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή θεωρούνται παρόμοιες εάν όλες οι παράμετροι που χαρακτηρίζουν τη μεταφορά θερμότητας είναι παρόμοιες.

Για να απλοποιηθεί η διαδικασία δημιουργίας ομοιότητας, χρησιμοποιούνται αδιάστατα σύμπλοκα φυσικών παραμέτρων - αριθμοί ή κριτήρια ομοιότητας. Υπάρχουν πολλοί παρόμοιοι αριθμοί. Για μεταφορά θερμότητας με συναγωγή

χρησιμοποιήστε τους παρακάτω πέντε αριθμούς ομοιότητας.

Αριθμός Reynoldsχαρακτηρίζει το καθεστώς ροής ενός υγρού ή αερίου και εκφράζει την αναλογία των δυνάμεων αδράνειας (κεφαλή ταχύτητας) προς τις δυνάμεις ιξώδους τριβής:

όπου w- μέση ταχύτητα υγρού ή αερίου, m/s.

μεγάλο- χαρακτηριστικό μέγεθος, m;

v- συντελεστής κινηματικού ιξώδους, m 2 / s.

Σε αριθμούς Reynolds μικρότερους από 2000, το καθεστώς θεωρείται στρωτό, σε τιμές μεγαλύτερες από 10000, το καθεστώς κίνησης είναι ταραχώδες. με τιμές του αριθμού από 2000 έως 10000 - η μεταβατική λειτουργία.

Αριθμός Prandtlορίζει την αναλογία μεταξύ του πάχους

δυναμικά και θερμικά οριακά στρώματα:

όπου a είναι ο συντελεστής θερμικής διάχυσης, m 2 / s.

n - συντελεστής κινηματικού ιξώδους, m 2 / s.

Αριθμός Nusseltχαρακτηρίζει την ένταση της μεταφοράς θερμότητας μεταξύ ενός υγρού (αερίου) και της επιφάνειας ενός στερεού σώματος:

όπου b είναι ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας, W / (m 2 CHK);

l - χαρακτηριστικό μέγεθος, m;

l - συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας αερίου ή υγρού, W / (mChK).

Αριθμός Grashofχαρακτηρίζει την ένταση της ελεύθερης μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή:

όπου g \u003d 9,81 m / s 2 - επιτάχυνση ελεύθερης πτώσης.

β - συντελεστής ογκομετρικής διαστολής: για υγρά b δίνονται στα βιβλία αναφοράς (Παράρτημα L), για αέρια - b = 1 / T, 1 / K.

l - χαρακτηριστικό μέγεθος, m;

Dt - διαφορά θερμοκρασίας υγρών (αερίων) σωματιδίων.

n - κινηματικό ιξώδες, m 2 / s.

Αριθμός Eulerχαρακτηρίζει τον λόγο πτώσης πίεσης προς κεφαλή ταχύτητας:

όπου DP είναι η πτώση πίεσης στο τμήμα του καναλιού, Pa;

r - πυκνότητα υγρού (αερίου), kg/m 3;

w - ταχύτητα υγρού (αερίου), m/s.

Κατά το σχεδιασμό εναλλάκτη θερμότητας, είναι απαραίτητο να προσδιοριστούν δύο παράμετροι: ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας b και η πτώση πίεσης DP. Περιλαμβάνονται στους αριθμούς Nusselt και Euler, δηλ. αυτοί είναι καθορισμένοι αριθμοί ομοιότητας. Οι αριθμοί Reynolds, Grashof και Prandtl είναι καθοριστικοί. Εξισώσεις ομοιότητας- τη σχέση μεταξύ του καθορισμένου αριθμού ομοιότητας και των καθοριστικών αριθμών ομοιότητας. Έτσι, κατά τη μοντελοποίηση, ο κύριος στόχος είναι να βρεθούν οι εξισώσεις:

Η γενική εξίσωση ομοιότητας για τη μεταφορά θερμότητας με συναγωγή έχει τη μορφή

όπου c, n, m, d- συντελεστές που καθορίζονται από πειραματικές μελέτες.

Στις εξισώσεις κριτηρίου, ο συντελεστής λαμβάνει υπόψη την κατεύθυνση της ροής θερμότητας κατά την αναλογία, ενώ Pr είναι ο αριθμός Prandtl για ένα υγρό (αέριο) στη θερμοκρασία του. Prst - Αριθμός Prandtl για υγρό (αέριο) σε θερμοκρασία τοίχου.

Οι φυσικές παράμετροι που περιλαμβάνονται στους τύπους πρέπει να λαμβάνονται στην καθοριστική θερμοκρασία, η οποία υποδεικνύεται για κάθε περίπτωση μεταφοράς θερμότητας, και χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες καθοριστικές θερμοκρασίες:

t ST - μέση θερμοκρασία τοίχου.

t W - η μέση θερμοκρασία του υγρού ή του αερίου.

t PL - η μέση θερμοκρασία του οριακού στρώματος (φιλμ), ορίζεται ως ο αριθμητικός μέσος όρος μεταξύ t W και t ST.

Η μέση θερμοκρασία ενός υγρού (αερίου) μπορεί να οριστεί κατά προσέγγιση ως ο αριθμητικός μέσος όρος μεταξύ της αρχικής και της τελικής θερμοκρασίας του υγρού.

Η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας κατά τη ροή του υγρού στους σωλήνες είναι πιο περίπλοκη από τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας κατά το πλύσιμο μιας επίπεδης επιφάνειας με απεριόριστη ροή, στην οποία το υγρό που ρέει μακριά από το σώμα δεν επηρεάζεται από τις διεργασίες που λαμβάνουν χώρα κοντά στο τείχος. Η διατομή του σωλήνα έχει πεπερασμένες διαστάσεις. Ως αποτέλεσμα, στον σωλήνα, ξεκινώντας από μια ορισμένη απόσταση από την είσοδο, το υγρό σε ολόκληρη τη διατομή υφίσταται την επιβραδυντική δράση των ιξωδών δυνάμεων. Λόγω των πεπερασμένων διαστάσεων του σωλήνα, η θερμοκρασία του υγρού αλλάζει τόσο κατά μήκος της διατομής όσο και κατά μήκος του καναλιού. Όλα αυτά επηρεάζουν τη μεταφορά θερμότητας.

Η ροή του υγρού στους σωλήνες μπορεί να είναι στρωτή, μεταβατική και τυρβώδης.

Με στρωτή ή πολυεπίπεδη, ήρεμη, κίνηση πίδακα, οι πίδακες υγρών επαναλαμβάνουν τα περιγράμματα ενός καναλιού ή τοίχου, δηλαδή δεν αναμειγνύονται. Η διάδοση της θερμότητας σε διεύθυνση κάθετη προς την κατεύθυνση της κίνησης οφείλεται αποκλειστικά στη θερμική αγωγιμότητα.

Σε τυρβώδη κίνηση, το ρευστό αναμιγνύεται συνεχώς. Η ταχύτητα ενός ρευστού σωματιδίου σε οποιαδήποτε στιγμή του χρόνου ποικίλλει σε μέγεθος και κατεύθυνση. Στο τυρβώδες καθεστώς, η θερμότητα μεταφέρεται με θερμική αγωγιμότητα μόνο στο παχύρρευστο υποστιβάδα και μέσα στον τυρβώδη πυρήνα αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται με εντατική ανάμειξη σωματιδίων ρευστού.

Η μετάβαση από στρωτό σε τυρβώδες και αντίστροφα συμβαίνει υπό ορισμένες συνθήκες. Οι παράμετροι μετάβασης καθορίζονται από τον αριθμό Reynolds. Έτσι, για παράδειγμα, για λείους σωλήνες, αυτός ο αριθμός είναι περίπου ίσος με 2300.

Στη στρωτή κίνηση ενός ρευστού διακρίνονται δύο καθεστώτα: η ιξώδης και η ιξώδης-βαρυτική.

Ο ιξώδης τρόπος κίνησης ονομάζεται όταν οι ιξώδεις δυνάμεις υπερισχύουν των δυνάμεων ανύψωσης στο ρευστό. Ένα τέτοιο καθεστώς κίνησης λαμβάνει χώρα με την εξαναγκασμένη κίνηση των παχύρρευστων ρευστών και την εξαφανιστικά μικρή επίδραση της ελεύθερης κίνησης. Ο ιξώδης τρόπος κίνησης παρατηρείται συνήθως κατά τη στρωτή κίνηση υγρών με υψηλό ιξώδες σε σωλήνες μικρής διαμέτρου και σε χαμηλές διαφορές θερμοκρασίας.

Το ιξώδες-βαρυτικό καθεστώς είναι το καθεστώς κίνησης του ρευστού όταν οι δυνάμεις ανύψωσης είναι αρκετά μεγάλες: η εξαναγκασμένη κίνηση υπερτίθεται από την ελεύθερη κίνηση, η επίδραση της οποίας στη μεταφορά θερμότητας δεν μπορεί να παραμεληθεί. Σε αυτή την περίπτωση, η κατανομή της ταχύτητας στο τμήμα του σωλήνα εξαρτάται όχι μόνο από την αλλαγή στο ιξώδες, αλλά και από την ένταση και την κατεύθυνση της ελεύθερης κίνησης του υγρού, λόγω της διαφοράς στις πυκνότητες των όλο και περισσότερων θερμαινόμενων σωματιδίων υγρού.

Με ένα ανεπτυγμένο τυρβώδες καθεστώς (Re> 10000), χρησιμοποιείται η ακόλουθη εξίσωση:

όπου e l είναι ένας συντελεστής διόρθωσης που λαμβάνει υπόψη την επίδραση του αρχικού τμήματος της ροής στον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας στον σωλήνα.

Η καθοριστική θερμοκρασία είναι η μέση θερμοκρασία του υγρού ή του αερίου. Το χαρακτηριστικό μέγεθος l είναι: για έναν στρογγυλό σωλήνα - η εσωτερική διάμετρος του σωλήνα d. για σωλήνα αυθαίρετου σχήματος - ισοδύναμη διάμετρος d ισοδύναμο

F - περιοχή διατομής του καναλιού, m 2;

P είναι η συνολική περίμετρος του τμήματος, ανεξάρτητα από το ποιο τμήμα αυτής της περιμέτρου εμπλέκεται στη μεταφορά θερμότητας, m.

Για τα αέρια, ο τύπος είναι απλοποιημένος, επειδή Στην περίπτωση αυτή, το κριτήριο Pr είναι πρακτικά μια σταθερή τιμή, ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία, Pr = 0,67…1,0 (καθορίζεται από τον αριθμό των ατόμων στο μόριο): .

Κατά την ανταλλαγή θερμότητας σε καμπυλωτούς σωλήνες (πηνία), λόγω του φυγοκεντρικού φαινομένου, εμφανίζεται δευτερεύουσα κυκλοφορία στη διατομή του σωλήνα, η παρουσία της οποίας οδηγεί σε αύξηση του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας. Επομένως, ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας πρέπει να πολλαπλασιαστεί με τον συντελεστή διόρθωσης e zm:

όπου d - διάμετρος σωλήνα, m; D - διάμετρος πηνίου, m.

Σε περίπτωση στρωτής ροής ρευστού (Απ<2320) вынужденное перемещение ее частиц сопровождается также и свободным движением.

Η μέση τιμή του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας καθορίζεται από τον τύπο:

Κατά τον υπολογισμό του κριτηρίου Gr, η τιμή του Dt χαρακτηρίζει τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του υγρού (αερίου) και του τοίχου.

Εάν ο φορέας θερμότητας είναι αέριο, ο τύπος απλοποιείται: .

Με κάθετη διάταξη του σωλήνα εισάγεται τροποποίηση 0,85 εάν συμπίπτουν ελεύθερες και εξαναγκασμένες κινήσεις και εισάγεται τροποποίηση 1,15 προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Εάν ο φορέας θερμότητας είναι υγρό με υψηλό συντελεστή ιξώδους, τότε η ελεύθερη μεταφορά δεν επηρεάζει τη μεταφορά θερμότητας. Εξίσωση ομοιότητας για το καθεστώς ιξώδους -

Η μέση θερμοκρασία του υγρού λαμβάνεται ως καθοριστική θερμοκρασία και η εσωτερική διάμετρος του σωλήνα χρησιμεύει ως χαρακτηριστική γραμμική διάσταση.

Στο εύρος των αριθμών Reynolds από 2320 έως 10000, παρατηρείται ένα μεταβατικό καθεστώς κίνησης ρευστού. Για τον προσδιορισμό του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας στον μεταβατικό τρόπο κίνησης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η ακόλουθη εξίσωση κριτηρίου σχεδιασμού:

όπου το K 0 είναι συνάρτηση του αριθμού Reynolds.

Η μέση θερμοκρασία του υγρού λαμβάνεται ως καθοριστική θερμοκρασία στην εξίσωση και η εσωτερική διάμετρος του σωλήνα λαμβάνεται ως καθοριστικό μέγεθος ρε εσωτ ή ρε εξ

Η μεταφορά θερμότητας στον μεταβατικό τρόπο κίνησης του ρευστού σε κανάλια και σωλήνες υπολογίζεται κατά την επίλυση προβλημάτων από την πρακτική της πυρόσβεσης.

Ο τύπος υπολογισμού για τον προσδιορισμό των μέσων τιμών του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας, που λαμβάνεται με βάση τη γενίκευση των πειραματικών δεδομένων, έχει τη μορφή:

Δείκτης φάμε τους αριθμούς Nu, Re, Pr σημαίνει ότι όλες οι φυσικές παράμετροι υπολογίζονται στη μέση θερμοκρασία του υγρού. Σε αυτή την περίπτωση, η εσωτερική διάμετρος του σωλήνα λαμβάνεται ως καθοριστικό μέγεθος. ρε εσωτή ρε εξ=4 φά/ Uγια κανάλια μη κυκλικής διατομής, όπου F είναι το εμβαδόν διατομής του καναλιού και U είναι η περίμετρος αυτού του τμήματος.

Πολλαπλασιαστής e l \u003d 1 με l / d out; 50 και με l / d out<50, его принимают в зависимости от числа Рейнольдса для данных условиях

Η τιμή του e l εξαρτάται από τις συνθήκες εισόδου ρευστού στον σωλήνα.

Αρκετά συχνά, για την επίλυση προβλημάτων πυρασφάλειας, χρησιμοποιούνται εξισώσεις που περιγράφουν τη μεταφορά θερμότητας κατά τη διάρκεια της αναγκαστικής κίνησης του ρευστού.

Θεωρητική ερώτηση νούμερο 4

Θερμική ακτινοβολία. Βασικοί νόμοι μεταφοράς ακτινοβολίας θερμότητας

Η θερμική ακτινοβολία είναι μια μέθοδος μεταφοράς θερμότητας στο διάστημα, που πραγματοποιείται ως αποτέλεσμα της διάδοσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, η ενέργεια των οποίων, όταν αλληλεπιδρά με την ύλη, μετατρέπεται σε θερμότητα. Η μεταφορά θερμότητας ακτινοβολίας συνδέεται με διπλό μετασχηματισμό ενέργειας: αρχικά, η εσωτερική ενέργεια του σώματος μετατρέπεται σε ενέργεια ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και στη συνέχεια, μετά τη μεταφορά ενέργειας στο διάστημα από ηλεκτρομαγνητικά κύματα, η δεύτερη μετάβαση της ακτινοβολούμενης ενέργειας σε εμφανίζεται η εσωτερική ενέργεια ενός άλλου σώματος.

Η θερμική ακτινοβολία ενός σώματος εξαρτάται από τη θερμοκρασία του (τον βαθμό θέρμανσης του σώματος).

Πυκνότητα ροής της ίδιας της ακτινοβολίας μι λυγμός, W / m 2, το σώμα ονομάζεται ακτινοβόλο (ακτινοβόλο) ικανότητά του. Αυτή η παράμετρος ακτινοβολίας μέσα σε ένα στοιχειώδες τμήμα μηκών κύματος dl ονομάζεται φασματική πυκνότητα της εγγενούς ροής ακτινοβολίας El, W / m 3, ή φασματική εκπομπή του σώματος ή φασματική ένταση της ακτινοβολίας.

Η ενέργεια της θερμικής ακτινοβολίας που προσπίπτει σε ένα σώμα, σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, μπορεί να απορροφηθεί, να ανακληθεί από το σώμα ή να περάσει μέσα από αυτό:

Q απορρόφηση + Q αρνητικό + Q στήριγμα = Q pad.

Ο λόγος του απορροφούμενου μέρους της ενέργειας προς την προσπίπτουσα ενέργεια της θερμικής ακτινοβολίας ονομάζεται ικανότητα απορρόφησης του σώματος και συμβολίζεται με το γράμμα Α. Ο λόγος του ανακλώμενου μέρους της ενέργειας προς την προσπίπτουσα ενέργεια της θερμικής ακτινοβολίας ονομάζεται η ανακλαστικότητα του σώματος και συμβολίζεται με το γράμμα R. Ο λόγος της ενέργειας που μεταδίδεται μέσω του σώματος προς την προσπίπτουσα ενέργεια της θερμικής ακτινοβολίας ονομάζεται διαπερατότητα του σώματος και συμβολίζεται με το γράμμα D. Έτσι, σύμφωνα με το νόμο του διατήρηση της ενέργειας, γράφουμε:

Ένα σώμα που απορροφά όλη την ενέργεια ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνειά του ονομάζεται μαύρο σώμα (μαύρο σώμα). Για ένα εντελώς μαύρο σώμα, η απορροφητικότητα A = 1.

Ένα σώμα που αντανακλά όλη την ενέργεια ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνειά του ονομάζεται απολύτως λευκό σώμα (αν η ανάκλαση συμβαίνει σε ένα ημισφαίριο) ή κατοπτρικό σώμα (αν η γωνία της προσπίπτουσας δέσμης είναι ίση με τη γωνία της ανακλώμενης δέσμης). Σε αυτή την περίπτωση, η ανακλαστικότητα R = 1.

Ένα σώμα που διέρχεται όλη την ενέργεια ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνειά του ονομάζεται διαφανές ή διαθερμικό. Σε αυτή την περίπτωση, η απόδοση D = 1.

Ένα στερεό σώμα δεν περνά την ενέργεια της θερμικής ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνειά του και επομένως

Το άθροισμα της αυτο-ακτινοβολίας και του μέρους της προσπίπτουσας ενέργειας, που αντανακλάται από την επιφάνεια του σώματος, ονομάζεται αποτελεσματική ακτινοβολία του σώματος:

E eff = E συμβάν + E αρν.

Η προκύπτουσα ροή θερμότητας της ακτινοβολίας είναι η διαφορά μεταξύ της δικής του ακτινοβολίας και μέρους της προσπίπτουσας ενέργειας που απορροφά το σώμα από το σώμα:

E res = E συμβάν; E απορρόφηση = E eff; E pad.

Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της ροής, οι διεργασίες μεταφοράς θερμότητας συμβαίνουν σε σταθερό (στάσιμο) τρόπο, όταν οι θερμοκρασίες σε όλα τα σημεία είναι σταθερές χρονικά και σε ασταθή (μη στάσιμο) τρόπο.

Οι νόμοι της ακτινοβολούμενης μεταφοράς θερμότητας λήφθηκαν για ένα εντελώς μαύρο σώμα υπό ακίνητες συνθήκες.

Εξετάστε τους βασικούς νόμους της ακτινοβολίας.

Νόμος Stefan-Boltzmannκαθορίζει τη σχέση μεταξύ της εκπομπής και της θερμοκρασίας του μαύρου σώματος:

όπου E o είναι η ικανότητα εκπομπής ενός εντελώς μαύρου σώματος, W / m 2.

y o \u003d 5,67Ch10- 8, - σταθερά ακτινοβολίας ενός εντελώς μαύρου σώματος, W / m 2 ChK 4; 61

C o \u003d 5,67-εκπομπή ενός εντελώς μαύρου σώματος, W / m 2 ChK 4.

T είναι η απόλυτη θερμοκρασία του σώματος που ακτινοβολεί, Κ.

Για γκρι σώματα:

E είναι η ικανότητα εκπομπής του γκρίζου σώματος, W / m 2.

C - εκπομπή γκρι σώματος, W / (m 2 ChK 4).

Αν διαιρέσουμε την ενέργεια ακτινοβολίας ενός γκρίζου σώματος με την ενέργεια ακτινοβολίας ενός εντελώς μαύρου σώματος, παίρνουμε:

όπου e είναι ο βαθμός εκπομπής του σώματος.

Αν υποθέσουμε ότι C=C0Che, τότε η ενέργεια ακτινοβολίας ενός γκρίζου σώματος μπορεί να γραφτεί ως:

Ο βαθμός μαύρης μπορεί να κυμαίνεται από 0 έως 1. Εξαρτάται όχι μόνο από τις φυσικές ιδιότητες του σώματος, αλλά και από την κατάσταση της επιφάνειας ή την τραχύτητα του.

Όπως φαίνεται από τον τύπο, η εξάρτηση της ενέργειας από την απόλυτη θερμοκρασία έχει τεταρτοταγή εξάρτηση, επομένως, το κύριο μέρος της θερμότητας κατά τις πυρκαγιές μεταφέρεται με μεταφορά θερμότητας ακτινοβολίας.

ο νόμος του Kirchhoffδηλώνει ότι η αναλογία εκπομπής ενός σώματος προς την απορροφητικότητά του είναι ίδια για τις επιφάνειες όλων των γκρίζων σωμάτων (στην ίδια θερμοκρασία) και είναι ίση με την ικανότητα εκπομπής ενός εντελώς μαύρου σώματος στην ίδια θερμοκρασία:

όπου Ε και Α είναι η ικανότητα εκπομπής και απορροφητικότητας των σωμάτων.

Τρεις συνέπειες προκύπτουν από το νόμο του Kirchhoff:

1) στη φύση δεν υπάρχουν επιφάνειες που να ακτινοβολούν περισσότερη ενέργεια από ένα εντελώς μαύρο σώμα (στην ίδια θερμοκρασία).

2) σώματα με μεγαλύτερη ικανότητα απορρόφησης έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα ακτινοβολίας και αντίστροφα.

3) οι απορροφητικές ικανότητες και οι βαθμοί εκπομπής των πραγματικών (γκρίζων) σωμάτων είναι αριθμητικά ίσοι (A=e).

ο νόμος του Λάμπερτκαθορίζει τη σχέση μεταξύ της ποσότητας της ακτινοβολούμενης ενέργειας και της κατεύθυνσης της ακτινοβολίας:

μι Hείναι η ποσότητα ενέργειας που ακτινοβολείται προς την κατεύθυνση της κανονικής.

Ο νόμος του Lambert λήφθηκε για ένα απολύτως μαύρο σώμα· για γκρίζα σώματα με τραχιά επιφάνεια, αυτός ο νόμος ισχύει σε< 60 0 .

Για γυαλισμένες επιφάνειες, ο νόμος του Lambert δεν ισχύει· για αυτές, η ακτινοβολία υπό γωνία θα είναι μεγαλύτερη από την κάθετη κατεύθυνση προς την επιφάνεια.

Ο νόμος του κρασιούδηλώνει ότι η μέγιστη ένταση ακτινοβολίας αντιστοιχεί στην ακόλουθη τιμή του μήκους κύματος:

Μπορεί να φανεί από τον τύπο ότι το μέγιστο της ακτινοβολίας μετατοπίζεται προς μικρά κύματα με αύξηση της θερμοκρασίας (διαφορετικά, ο νόμος του Wien ονομάζεται νόμος μετατόπισης).

...

Παρόμοια Έγγραφα

Παρασκευή αερίων για επεξεργασία, καθαρισμός τους από μηχανικά μείγματα. Διαχωρισμός αερίων μειγμάτων, απόσταξη και συμπύκνωση σε χαμηλή θερμοκρασία. Τεχνολογικό σχέδιο εγκατάστασης κλασματοποίησης αερίου. Ιδιαιτερότητες αερίων επεξεργασίας πεδίων συμπυκνωμάτων αερίου.

διατριβή, προστέθηκε 02/06/2014


Διερεύνηση της επίδρασης διαφόρων τύπων ξηραντικών παραγόντων στην απόδοση ξήρανσης άμμου και πυρήνων χύτευσης. Υπολογισμός της μονάδας ξήρανσης κατά τη διαδικασία ξήρανσης της ράβδου με αέρα που διέρχεται από το στεγνωτήριο. Θερμοτεχνικές βάσεις της διαδικασίας ξήρανσης, μεταφορά θερμότητας.

θητεία, προστέθηκε 11/04/2011


Περιοδική διόρθωση δυαδικών μειγμάτων. Εγκαταστάσεις συνεχούς απόσταξης για τον διαχωρισμό δυαδικών μειγμάτων. Υπολογισμός του ψυγείου του υπολείμματος ΦΠΑ, του ύψους του στρώματος αερίου-υγρού του υγρού. Προσδιορισμός ταχύτητας ατμού και διαμέτρου στήλης.

θητεία, προστέθηκε 20/08/2011


Σχηματισμός του μίγματος άλεσης ως μέθοδος σταθεροποίησης των τεχνολογικών ιδιοτήτων του κόκκου. Απαιτήσεις για την παρασκευή μιγμάτων λείανσης σιτηρών. Υπολογισμός της σύστασης των συστατικών του μείγματος άλεσης, τα χαρακτηριστικά κάθε παρτίδας κόκκου σιταριού για την παρασκευή του.

δοκιμή, προστέθηκε 05/07/2012


Θεμελιώδης χημεία της αιθάλης, μέθοδοι παραγωγής της. Παρασκευή ενώσεων καουτσούκ με ορισμένη σκληρότητα που περιέχουν αιθάλη. Χαρακτηριστικά της επιλογής της σωστής μάρκας για την ένωση καουτσούκ. Επεξεργασία ενώσεων καουτσούκ γεμάτες με αιθάλη.

θητεία, προστέθηκε 16/05/2013


Φυσικά και χημικά φαινόμενα στην επεξεργασία καουτσούκ και ενώσεων καουτσούκ. Χαρακτηριστικά της σύγχρονης τεχνολογίας για την παρασκευή ενώσεων καουτσούκ. Παρασκευή μιγμάτων με βάση καουτσούκ ισοπρενίου. Επεξεργασία μιγμάτων καουτσούκ σε μηχανές κυλίνδρων.

θητεία, προστέθηκε 01/04/2010


Διόρθωση μιγμάτων λαδιών. Συστήματα ανταλλαγής θερμότητας για εγκαταστάσεις πρωτογενούς απόσταξης πετρελαίου και διόρθωσης αερίων υδρογονανθράκων. Αξιολόγηση της δυνατότητας αύξησης της απόδοσης του συστήματος ανταλλαγής θερμότητας. Εξέταση του βελτιστοποιημένου σχήματος από την άποψη της υδραυλικής.

διατριβή, προστέθηκε 20/10/2012


Υπολογισμός της λεπίδας εργασίας. Όγκος ενός τμήματος πτερυγίου. Κατασκευή λεπίδων με χρήση τρισδιάστατων πρωτοτύπων. Παράμετροι ακρίβειας χύτευσης και δικαιώματα επεξεργασίας. Προετοιμασία άμμου χύτευσης σε συνεχή φυγοκεντρικό αναδευτήρα.

διατριβή, προστέθηκε 27/05/2014


Χαρακτηριστικά και πεδίο εφαρμογής των θερμομονωτικών υλικών, η δομή και οι ιδιότητές τους. Αποδοτικότητα και μειονεκτήματα της θερμομόνωσης πολλαπλών στρώσεων-σκόνης κενού. Τεχνολογία απομόνωσης σε συσκευές εγκαταστάσεων διαχωρισμού αερίων μειγμάτων σε χαμηλή θερμοκρασία.

έκθεση, προστέθηκε στις 24/11/2010


Απαιτήσεις για το ασφαλτικό μίγμα, χαρακτηριστικά των υλικών που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή του. Επιλογή της σύνθεσης του ασφαλτικού μίγματος σκυροδέματος σύμφωνα με την εργασία. Τεχνολογία και σειρά, εξοπλισμός για την παρασκευή ασφαλτομίγματος.

Το μείγμα αερίων βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας εάν οι συγκεντρώσεις των συστατικών και οι παράμετροι κατάστασής του σε όλο τον όγκο έχουν τις ίδιες τιμές. Στην περίπτωση αυτή, η θερμοκρασία όλων των αερίων που περιλαμβάνονται στο μείγμα είναι ίδια και ίση με τη θερμοκρασία του μείγματος Τεκ.

Σε κατάσταση ισορροπίας, τα μόρια κάθε αερίου διασκορπίζονται ομοιόμορφα σε όλο τον όγκο του μείγματος, έχουν δηλαδή τη δική τους ειδική συγκέντρωση και, κατά συνέπεια, τη δική τους πίεση. R Εγώ, Πα, που λέγεται μερικός . Ορίζεται ως εξής.

Η μερική πίεση είναι ίση με την πίεση αυτού του συστατικού, υπό την προϋπόθεση ότι μόνο αυτό καταλαμβάνει ολόκληρο τον όγκο που προορίζεται για το μείγμα σε θερμοκρασία του μείγματος T εκ .

Σύμφωνα με το νόμο του Άγγλου χημικού και φυσικού Dalton, που διατυπώθηκε το 1801, η πίεση ενός μείγματος ιδανικών αερίων είναι p. εκ ισούται με το άθροισμα των μερικών πιέσεων των συστατικών του p Εγώ :

όπου nείναι ο αριθμός των εξαρτημάτων.

Η έκφραση (2) ονομάζεται επίσης νόμος μερικής πίεσης.

3.3. Μειωμένος όγκος συστατικού ενός μείγματος αερίων. Νόμος του Amag

Εξ ορισμού, η μειωμένη ένταση Εγώ-ο συστατικό του μίγματος αερίων V Εγώ, m 3, είναι ο όγκος που αυτό το συστατικό από μόνο του θα μπορούσε να καταλάβει, υπό την προϋπόθεση ότι η πίεση και η θερμοκρασία του είναι ίσες με την πίεση και τη θερμοκρασία ολόκληρου του μείγματος αερίων.

Ο νόμος του Γάλλου φυσικού Amag, που διατυπώθηκε γύρω στο 1870, λέει: το άθροισμα των μειωμένων όγκων όλων των συστατικών ενός μείγματος είναι ίσο με τον όγκο του μείγματοςV εκ :

, m 3 . (3)

3.4. Χημική σύνθεση του μείγματος αερίων

Η χημική σύνθεση του μείγματος αερίων μπορεί να ρυθμιστεί τρία διαφορετικάτρόπους.

Θεωρήστε ένα μείγμα αερίων που αποτελείται από n συστατικά. Το μείγμα καταλαμβάνει όγκο V cm, m 3, έχει μάζα Μ cm, kg, πίεση R cm, Pa και θερμοκρασία Τ cm, Κ. Επίσης, ο αριθμός των mol του μείγματος είναι Νβλέπε τυφλοπόντικα. Ταυτόχρονα, η μάζα του ενός Εγώ-ο συστατικό Μ Εγώ, kg και τον αριθμό των moles αυτού του συστατικού ν Εγώ, mol.

Είναι προφανές ότι:

, (4)

. (5)

Χρησιμοποιώντας το νόμο Dalton (2) και Amag (3) για το μείγμα που εξετάζουμε, μπορούμε να γράψουμε:

, (6)

, (7)

όπου R Εγώ- μερική πίεση Εγώ-ο συστατικό, Pa; V Εγώ- μειωμένος όγκος Εγώου συστατικό, m 3 .

Αναμφισβήτητα, η χημική σύνθεση ενός μείγματος αερίων μπορεί να προσδιοριστεί είτε κατά μάζα, είτε κατά γραμμομοριακό ή όγκο κλασμάτων των συστατικών του:

, (8)

, (9)

, (10)

όπου σολ Εγώ , κ Εγώ και r Εγώ– κλάσματα μάζας, mole και όγκου Εγώτο συστατικό του μείγματος, αντίστοιχα (αδιάστατες ποσότητες).

Είναι προφανές ότι:

,
,
. (11)

Συχνά στην πράξη, η χημική σύνθεση του μείγματος δεν δίνεται με κλάσματα Εγώη συνιστώσα, αλλά τα ποσοστά της.

Για παράδειγμα, στη θερμική μηχανική, θεωρείται περίπου η υπόθεση ότι ο ξηρός αέρας αποτελείται από 79 τοις εκατό κατ' όγκο άζωτο και 21 τοις εκατό κατ' όγκο οξυγόνο.

Τοις εκατό Εγώ Το συστατικό του μείγματος υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας το κλάσμα του επί 100.

Για παράδειγμα με ξηρό αέρα θα έχουμε:

,
. (12)

όπου
και
είναι τα κλάσματα όγκου αζώτου και οξυγόνου στον ξηρό αέρα. N 2 και O 2 - προσδιορισμός ποσοστών όγκου αζώτου και οξυγόνου, αντίστοιχα, % (όγκος).

Σημείωση:

1)Τα μοριακά κλάσματα ενός ιδανικού μείγματος είναι αριθμητικά ίσα με τα κλάσματα όγκου:κ Εγώ = r Εγώ . Ας το αποδείξουμε.

Χρησιμοποιώντας τον ορισμό του κλάσματος όγκου(10)και τον νόμο Amag (3) μπορούμε να γράψουμε:

, (13)

όπουV Εγώ - μειωμένος όγκοςΕγώ-ο συστατικό, m 3 ; ν Εγώ - αριθμός σπίλωνΕγώ-ο συστατικό, mol; - ο όγκος ενός μορίουΕγώτο συστατικό σε πίεση μείγματος pεκ και θερμοκρασία μίγματος Τεκ , Μ 3 /mol.

Από το νόμο του Avogadro (βλ. παράγραφο 2.3 αυτού του παραρτήματος) προκύπτει ότι στην ίδια θερμοκρασία και πίεση, ένα mole οποιουδήποτε αερίου (συστατικό μείγματος) καταλαμβάνει τον ίδιο όγκο. Ειδικότερα, στο Τεκ και πεκ θα είναι κάποιο ποσόV 1 , Μ 3 .

Τα παραπάνω μας επιτρέπουν να γράψουμε την ισότητα:

. (14)

Αντικατάσταση(14)σε(13)παίρνουμε αυτό που χρειαζόμαστε:

. (15)

2)Τα κλάσματα όγκου των συστατικών ενός μείγματος αερίων μπορούν να υπολογιστούν γνωρίζοντας τις μερικές πιέσεις τους. Ας το δείξουμε.

ΣκεφτείτεΕγώ-ο συστατικό ενός ιδανικού μείγματος αερίων σε δύο διαφορετικές καταστάσεις: όταν βρίσκεται στη μερική του πίεση p Εγώ ; όταν καταλαμβάνει τον μειωμένο όγκο τουV Εγώ .

Η εξίσωση κατάστασης ενός ιδανικού αερίου ισχύει για οποιαδήποτε από τις καταστάσεις του, ιδίως για τις δύο προαναφερθείσες.

Σύμφωνα με αυτό, και λαμβάνοντας υπόψη τον ορισμό του συγκεκριμένου όγκου, μπορούμε να γράψουμε:

, (16)

, (17)

όπουR Εγώ είναι η σταθερά του αερίουΕγώ-ο συστατικό του μείγματος, J/(kg K).

Αφού χωρίσετε και τα δύο μέρη(16)και(17)ο ένας στον άλλο παίρνουμε τα απαιτούμενα:

. (18)

Από(18)φαίνεται ότι οι μερικές πιέσεις των συστατικών του μείγματος μπορούν να υπολογιστούν από τη χημική του σύνθεση, με γνωστή ολική πίεση του μείγματος pεκ :

. (19)

Η μερική πίεση κάθε αερίου που αποτελεί μέρος του μείγματος είναι η πίεση που θα δημιουργούσε η ίδια μάζα αυτού του αερίου εάν καταλάμβανε ολόκληρο τον όγκο του μείγματος στην ίδια θερμοκρασία.

Στη φύση και στην τεχνολογία, πολύ συχνά ασχολούμαστε όχι μόνο με ένα καθαρό αέριο, αλλά με ένα μείγμα πολλών αερίων. Για παράδειγμα, ο αέρας είναι ένα μείγμα αζώτου, οξυγόνου, αργού, διοξειδίου του άνθρακα και άλλων αερίων. Από τι εξαρτάται η πίεση ενός μείγματος αερίων;

Το 1801, ο John Dalton το καθιέρωσε η πίεση ενός μείγματος πολλών αερίων είναι ίση με το άθροισμα των μερικών πιέσεων όλων των αερίων που αποτελούν το μείγμα.

Αυτός ο νόμος ονομάζεται ο νόμος των μερικών πιέσεων των αερίων

Νόμος του Dalton Η μερική πίεση κάθε αερίου σε ένα μείγμα είναι η πίεση που θα δημιουργούσε η ίδια μάζα αυτού του αερίου εάν καταλάμβανε ολόκληρο τον όγκο του μείγματος στην ίδια θερμοκρασία.

Ο νόμος του Dalton ορίζει ότι η πίεση ενός μείγματος (ιδανικών) αερίων είναι το άθροισμα των μερικών πιέσεων των συστατικών του μείγματος (η μερική πίεση ενός συστατικού είναι η πίεση που θα ασκούσε ένα συστατικό εάν καταλάμβανε μόνο του ολόκληρο τον χώρο που καταλάμβανε από το μείγμα). Αυτός ο νόμος υποδεικνύει ότι κάθε συστατικό δεν επηρεάζεται από την παρουσία άλλων συστατικών και ότι οι ιδιότητες του συστατικού στο μείγμα δεν αλλάζουν.

Δύο νόμοι του Ντάλτον

Νόμος 1 Η πίεση ενός μείγματος αερίων είναι ίση με το άθροισμα των μερικών πιέσεών τους. Από αυτό προκύπτει ότι η μερική πίεση ενός συστατικού ενός μείγματος αερίων είναι ίση με το γινόμενο της πίεσης του μείγματος και του μοριακού κλάσματος αυτού του συστατικού.

Νόμος 2 Η διαλυτότητα ενός συστατικού ενός μείγματος αερίων σε ένα δεδομένο υγρό σε σταθερή θερμοκρασία είναι ανάλογη της μερικής πίεσης αυτού του συστατικού και δεν εξαρτάται από την πίεση του μείγματος και τη φύση άλλων συστατικών.

Οι νόμοι διατυπώνονται από τον J. Dalton αντί. το 1801 και το 1803.

Η εξίσωση του νόμου του Dalton

Όπως έχει ήδη σημειωθεί, τα μεμονωμένα συστατικά του μείγματος αερίων θεωρούνται ανεξάρτητα. Επομένως, κάθε στοιχείο δημιουργεί πίεση:

\[ p = p_i k T \quad \αριστερά(1\δεξιά), \]

και η συνολική πίεση είναι ίση με το άθροισμα των πιέσεων των συστατικών:

\[ p = p_(01) k T + p_(02) k T + \cdots + p_(i) k T = p_(01) + p_(02) + \cdots + p_(i) \quad \left( 2\δεξιά),\]

όπου \(p_i\) είναι η μερική πίεση i του συστατικού αερίου. Αυτή η εξίσωση είναι ο νόμος του Dalton.

Σε υψηλές συγκεντρώσεις, υψηλές πιέσεις, ο νόμος του Dalton δεν πληρούται ακριβώς. Δεδομένου ότι η αλληλεπίδραση μεταξύ των συστατικών του μείγματος εκδηλώνεται. Τα εξαρτήματα δεν είναι πλέον ανεξάρτητα. Ο Ντάλτον εξήγησε το νόμο του χρησιμοποιώντας την ατομικιστική υπόθεση.

Έστω το συστατικό i στο μείγμα αερίων, τότε η εξίσωση Mendeleev-Claiperon θα μοιάζει με:

\[ ((p)_1+p_2+\dots +p_i)V=(\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)((\mu )_2)+\dots +\frac(m_i )((\mu )_i))RT\ \τετράδα \αριστερά(3\δεξιά), \]

όπου \(m_i \) είναι οι μάζες των συστατικών του μείγματος αερίων, \((\mu )_i \) είναι οι μοριακές μάζες των συστατικών του αερίου μείγματος.

Αν μπεις \(\αριστερά\langle \mu \δεξιά\rangle \)έτσι ώστε:

\[ \frac(1)(\left\langle \mu \right\rangle )=\frac(1)(m)\left[\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)( (\mu )_2)+\dots +\frac(m_i)((\mu )_i)\right] \quad \left(4\right), \]

τότε η εξίσωση (3) μπορεί να γραφτεί ως:

\[ pV=\frac(m)(\left\langle \mu \right\rangle )RT \quad \left(5\right). \]

Ο νόμος του Dalton μπορεί να γραφτεί ως εξής:

\[ p=\sum\limits^N_(i=1)(p_i)=\frac(RT)(V)\sum\limits^N_(i=1)((\nu )_i)\ \quad \αριστερά (6\δεξιά). \]

\[ p_i=x_ip\ \quad \αριστερά(7\δεξιά), \]

όπου \(x_i-molar\ συγκέντρωση\ i-th \)αέριο στο μείγμα, ενώ:

\[ x_i=\frac((\nu )_i)(\sum\limits^N_(i=1)(n_i))\ \quad \left(8\right), \]

όπου \((\nu )_i \) είναι ο αριθμός των moles \(i-th\) αερίου στο μείγμα.

Η Javascript είναι απενεργοποιημένη στον browser σας.
Τα στοιχεία ελέγχου ActiveX πρέπει να είναι ενεργοποιημένα για να κάνετε υπολογισμούς!