Файл: Смеси идеальных газов. Термодинамические процессы с идеальным газом.docx

Скачать файл (0,04Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Решение задач

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.01.2024

Просмотров: 38

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»

Кафедра теоретических основ теплотехники (ТОТ)

Расчетное задание №1

«Смеси идеальных газов. Термодинамические
процессы с идеальным газом»

Вариант №72

Выполнила: студентка гр. 5121-П

Кириллина Ю. С.

Проверил: к.т.н., доц. каф. ТОТ

Мухамадиев А. А.

Казань 2014

Содержание

Введение………………………………………………………………………………...…….3

Задача 1 ………………………………………………………………………………...……..4

Задача 2……………………………………………………………………………..…………7

Вывод…………………………………………………………………………………………12

Список литературы…………………………………………………………………………..13

Введение

Работа посвящена основным понятиям и законам термодинамики. В первой задаче показывается умение работы со смесью идеальных газов, во второй - с термодинамическими процессами с идеальным газом.

Идеальный газ – это модель реального газа, в котором отсутствует межмолекулярное взаимодействие и размерами молекул можно пренебречь по сравнению с размерами межмолекулярного пространства. Понятие идеального газа введено для удобства расчетов параметров состояния.

Рабочим телом тепловых машин часто являются смеси различных газов. Если компоненты смеси не вступают в химическую реакцию друг с другом, и каждый компонент смеси подчиняется уравнению состояния идеального газа, то такая смесь может рассматриваться как некоторый новый идеальный газ, для расчетов с которым необходимо знать его среднюю (кажущуюся) молярную массу или удельную газовую постоянную смеси. Расчетное определение этих величин возможно, если задан состав смеси. Состав смеси задают объемными (молярными) или массовыми долями.

Каждый компонент смеси ведет себя независимо от других, т.е. занимает весь объем, в котором заключена смесь, и оказывает свое, так называемое парциальное, давления на стенки сосуда. Температура всех компонентов смеси одинакова и равна температуре смеси.

Теплоемкостью тела называют количество теплоты, необходимое для изменения ее температуры на 1К. В зависимости от того, в каких единицах задано количество теплоты вещества, в расчетах используют массовые, объемные или молярные удельные теплоемкости. Теплоемкость идеального газа зависит от характера процесса подвода/отвода теплоты, от атомности газа и температуры. Теплоемкость в процессе при постоянном давлении называется изобарной, а в процессе при постоянном объеме – изохорной.

Термодинамический процесс можно наглядно изобразить на P-V и T-S диаграммах.

Задача 1.

Для газовой смеси, заданной объемными долями, требуется определить массовый состав смеси, среднюю (кажущуюся) молекулярную массу смеси через объемные и массовые доли, газовые постоянные компонентов и смеси, плотность смеси при заданных и нормальных условиях, средние мольную, объемную и массовую теплоемкости смеси при р=const и v=const в интервале температур от t₁ до t₂, а также затраты тепла на нагрев при р=const 10нм³ и 10кг смеси в интервале температур от t₁ до t₂. Зависимость теплоемкости от температуры считать нелинейной.

Дано:
r(CO₂)=0.13 r(N₂)=0.75 r(H₂O)=0.05 r(O₂)=0.07 P=0.45 МПа t₁=40°С t₂=380°С V=10нм³ M=10кг	Массовые доли компонентов можно определить по формуле перехода: ; где , μ_i – молярная масса компонента смеси, r_i – объемная доля компонента смеси ; ; ; ; . Через массовые доли среднюю (кажущуюся) молекулярную массу смеси определяют по формуле: ; где R_μ – универсальная газовая постоянная, – удельная газовая постоянная, ; ;
g_i – ? – ? R_i – ? R_см – ? ρ – ? ρ_н_._у. – ? с_p – ? μс_p – ? с_p’ – ? с_v – ? μс_v – ? с_v’ – ? q – ?

;

.

Плотность смеси определяют по уравнению состояния идеального газа:

;

.

При физических нормальных условиях (Т=273К, Р=101325Па)

.

Из справочной таблицы выписываем средние изобарные мольные теплоемкости:

Газ	μc_p, кДж/кмоль∙К
t, °C	0	100	300	400
N₂	29,115	29,144	29,383	29,601
O₂	29,274	29,538	30,400	30,878
CO₂	35,860	38,112	41,755	43,250
H₂O	33,499	33,741	34,575	35,090

Средние изобарные мольные теплоемкости при заданных температурах находим методом интерполяции:

;

Для t₁=40°C

;

;

Для t₂=380°C

;

.

Средняя теплоемкость находится по формуле:

;

.

Мольная теплоемкость смеси находится по формуле:

;

;

Массовую теплоемкость находим из соотношения:

;

;

Объемная теплоемкость находится из соотношения:

;

;

Мольную изохорную теплоемкость можно найти из уравнения:

;

.

Количество теплоты находится по уравнению:

;

.

Задача 2.

Газ массой m имеет начальные параметры – давление P₁ и температуру t₁. После политропного изменения состояния параметра газа стали P₂ и V₂. Определить характер процесса (сжатие или расширение), конечную температуру t₂, показатель политропы n, теплоемкость процесса С, работу, тепло, изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Определить эти же параметры, а также конечное давление P₂, если изменение состояния до того же конечного объема V₂ происходит: а) по адиабате; б) по изотерме. Изобразить (без расчета) все процессы в PV и TS диаграммах. Составить сводную таблицу результатов расчета. Теплоемкость газа считать постоянной.

Дано:
СО₂ t₁=200°С P₁=6.0 бар m=10.5 кг P₂=1.5 бар V₂=0.85 м³	По уравнению состояния идеального газа определяем начальный объем: ; ; где – удельная газовая постоянная СО₂. ; . V₁>V₂, значит происходит сжатие газа. Показатель политропы определяется через связь между параметрами состояния: ; ; ;
характер процесса – ? t₂ – ? n – ? с – ? L – ? Q – ? ∆U – ? ∆H – ? ∆S – ? P₂ – ?