ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 49
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Газовые смеси и теплоёмкость
В энергетических установках (ЭУ) в качестве теплоносителей выступают смеси газов (воздух, продукты сгорания топлив и пр.). Чистые вещества, составляющие смесь, называются её компонентами. Свойства смеси определяются свойствами отдельных компонентов и составом смеси.
В качестве примера газовой смеси, которая может быть использована в качестве рабочего тела в замкнутых ЭУ, является смесь гелия и ксенона. Особенностью применения данной смеси является отсутствие химического взаимодействия её компонентов с элементами конструкции установки.
Расчётное задание
В объеме при давлении и температуре хранится смесь газа гелия He (атомная масса 4,003 а.е.м.) и ксенона Xe (атомная масса 131,3 а.е.м.). Состав смеси задан массовыми долями компонентов
и 
. Исходные данные для расчёта приведены в таблице 1.Считая газы идеальными, определить:
1) относительный мольный (объёмный) состав смеси
,2) газовые постоянные компонентов и смеси
,3) среднюю молярную массу смеси ,
4) парциальные давления
и парциальные объемы 
компонентов,5) плотности компонентов и смеси при нормальных условиях (
) и при условиях хранения ( 
,6)парциальные плотности компонентов (т.е. плотности при
),7) массу компонентов
и смеси m; объем 
занимаемый смесью при нормальных условиях,8) энтальпию, внутреннюю энергию и энтропию компонентов
,
,
и смеси h,u,sпри условиях хранения,9) изобарную и изохорную истинные теплоемкости компонентов и смеси при условиях хранения:
А) массовые
Б) мольные
В) объёмные (для 1 нм3, т.е. при нормальных условиях).
Таблица 1. Исходные данные для расчёта.
| № |  , % |  , % | V ,  | p, МПа | Т, К |
| 6 | 50 | 50 | 0,5 | 2 | 1300 |
Расчет
1.Определение относительного мольного (объёмного) состава смеси
. Из определения
= 
. Так как 
= 
, тогда 
= 
Для исходных компонентов смеси получаем:
2.Расчёт газовых постоянных компонентов и смеси
Из определения
получаем:
Определим газовую постоянную смеси, так как
= X ⇔ 
= 
⇔ 
=
⇔ 
⇔ 
= R ⇔ 
тогда для данной смеси получаем:
3.Определение средней молярной массы смеси.
Имеем:
= 
= 
= 
= 
= 
, тогда для данной смеси получаем:
Для проверки воспользуемся значением газовой постоянной, полученной в пункте 2:
4.Определение парциальных давлений
и парциальных объемов 
компонентов.Воспользуемся УСИГом
⇒ 
= 
= ⇒ 
⇒ 
= = ⇒ 
Для компонентов смеси получаем:
Проверка:
5. Плотности компонентов и смеси при нормальных условиях (
) и при условиях хранения (
);
В качестве нормальных условий принимаются значения температуры и давления
T=273,15 K и давления p = 101325 Па.
Определим объём одного моля газа при НУ из УСИГ
Тогда для компонентов и смеси получаем
Проверка:
6. Парциальные плотности компонентов (т.е. плотности при
Из определения парциальной плотности компонента смеси получаем:
Проверка:
7.Определение массы компонентов
и смеси m; объем занимаемый смесью при нормальных условиях;Из УСИГ получаем:
Из определения массовой доли следует, что
Проверка:
Согласно соотношению m = Σ
получаем:
Запишем УСИГ для смеси при нормальных условиях
, откуда
8. Расчёт энтальпии, внутренней энергии и энтропии компонентов
, 
, 
и смеси h , u, s при условиях хранения.Из таблицы для T=1300 К =1026,85 ºC и при p=20 барнайдем значения h и s при p=20 бар :
и 
.| T, ºC | p, бар |  ,  |  , |
| 1000 | 20 | 5188,7 | 1,7714 |
| 1100 | 20 | 5717,9 | 2,1640 |
Из таблицы для T=1300 Ки при p=20 бар найдем значения h и s :
и 
.
