가스 혼합물이나 용액이 포함된 시스템의 열역학적 계산을 수행하려면 그 구성을 알아야 합니다. 혼합물의 구성은 다음과 같이 지정될 수 있습니다.
질량 분율로, 여기서 
- 몰 질량 나-번째 성분, kg/mol; 중 나– 상대 분자량 나-번째 구성 요소; N 나- 수량 나-번째 물질, 두더지;
각 단계마다 
;
몰분율 
, 어디 
- 혼합 물질의 양, mol; 각 상에 대해 혼합물 성분의 몰 분율의 합 
;
몰 분율과 동일한 부피 분율 
, 어디 
- 용량 나가스 혼합물의 온도 및 압력에서 감소된 부피라고 불리는 혼합물의 번째 성분; 
, m 3 /mol – 혼합물의 i 번째 성분의 몰 부피. Avagadro의 법칙에 따르면 혼합 가스의 모든 구성 요소의 몰 부피는 동일하며 
, 어디 
. 가스 혼합물의 구성 요소의 감소된 부피의 합은 혼합물의 부피(Amag의 법칙)와 같습니다. 
.
이상 기체 혼합물의 구성은 부분 압력으로 지정할 수도 있습니다. 아르 자형 나, 질량 농도 
및 몰 농도 
.
용액의 조성을 지정할 때 질량 및 몰 농도가 사용됩니다.
부분 압력 아르 자형 나 - 이건 압박이야 나혼합물의 온도에서 혼합물을 위해 의도된 전체 부피를 차지하는 경우 가스 혼합물의 첫 번째 구성 요소입니다.
3.2. 이상기체 혼합물의 관계. 돌턴의 법칙
가스 혼합물의 평균 몰 질량은 다음 식으로 결정됩니다. 
, kg/mol, 여기서 
- 혼합물의 질량; 
- 혼합물에 함유된 물질의 양. 그 다음에
.
가스 혼합물의 특정 가스 상수
, J/(kgK),
어디 
J/(molK) – 몰 가스 상수; 
- 혼합물의 몰 질량.
돌턴의 법칙:
, 파,
저것들. 혼합물에 포함된 개별 가스의 분압의 합은 혼합물의 전체 압력과 같습니다. 따라서 용기의 각 가스는 자체 분압하에 있는 혼합물의 온도에서 전체 부피를 차지합니다.
이상 기체 혼합물의 상태 방정식은 다음과 같은 형식을 갖습니다.
.
부분압력 및 부피 감소용 나- 혼합물의 번째 구성 요소인 경우 상태 방정식의 형식은 다음과 같습니다.
그런 다음, 이 방정식을 항으로, 첫 번째를 두 번째로 나누면 다음과 같습니다.
.
방정식 나누기 
방정식에 
용어별로 다음을 얻습니다.
.
제4장. 열용량
4.1. 열용량의 종류
열용량은 다양한 열역학적 과정에서 온도가 1도 변할 때 신체가 열을 흡수하고 방출하는 특성입니다. 총 평균 열용량과 총 실제 열용량이 구별됩니다.
열역학적 공정(TP)의 총 평균 열용량은 TP의 최종 세그먼트에 대한 질량이 m, kg인 몸체의 열용량입니다.
,[J/K].
TP의 총 실제 열용량은 질량이 있는 몸체의 열용량입니다. 중, 주어진 순간마다 kg TP:
, [J/K].
좌표에서 임의의 TP 1-2를 고려하십시오. 
, 어디 큐– [J] 단위의 열 입력; 티
– 온도는 [ 0 C]입니다. 그 다음에 
,
.
차량이 균일한 작동 유체인 경우 상대 열용량이 계산에 사용됩니다.
비열 용량 – 물질 1kg당 열용량 c=C/중, J/kgK;
몰 열용량 – 물질 1몰당 열용량 
, J/molK;
체적 열용량 – 물질 1m3당 열용량 
, J/m 3K.
열용량은 공정의 함수이며 작동 유체의 유형, 공정의 특성 및 상태 매개변수에 따라 달라집니다. 따라서 일정한 압력을 갖는 공정의 열용량을 등압 열용량이라고 합니다.
,
어디 시간, J – 엔탈피.
부피가 일정한 공정의 열용량을 등방성 열용량이라고 합니다.
,
어디 유, J - 내부 에너지.
이상기체의 열용량은 온도와 압력에 의존하지 않고 분자의 이동 자유도에만 의존하며, 분자의 이동 자유도 간의 에너지 균등 분포의 법칙에 따라 열용량은 다음과 같습니다. 
, 어디 
- 단원자 가스의 회전 자유도는 0과 같습니다. 
, 이원자 가스의 경우 - 
=2 및 삼원자 기체의 경우 
=3;
J/molK – 몰 가스 상수. 열용량 
Mayer의 방정식에 의해 결정됩니다.
.
단원자 가스의 경우 
그리고 
, 이원자 가스의 경우 
그리고 
, 3개 이상의 원자 가스의 경우 
그리고 
.
실제 가스의 열용량은 압력과 온도에 따라 달라집니다. 많은 경우에 압력이 열용량에 미치는 영향을 무시하고 실제 가스의 열용량은 온도에만 의존한다고 가정할 수 있습니다. 씨= 에프(티). 이 의존성은 실험적으로 결정됩니다.
온도에 대한 실제 비열 용량의 경험적 의존성은 다항식으로 표현될 수 있습니다.
어디 
온도에 티=0 0 C. 이원자 기체의 경우 다음 두 가지 항으로 제한할 수 있습니다. 
, 또는 
, 어디 
.
공정 1-2의 마지막 섹션에서 열량은 다음과 같습니다.
그러면 이 공정 섹션의 평균 열용량은 다음과 같습니다.
, J/kgK.
기온이 낮은 지역에서는 티<100К прекращается вращательное движение молекул и колебательное движение атомов, а при температуре티→0K 분자의 병진 운동도 멈춥니다. 즉, ~에 티=0K 와 함께 아르 자형 = 씨 V=0이고 분자의 열 이동이 멈춥니다(Nernst et al., 1906-1912의 실험 데이터). 온도에서 티→0K에서는 절대 온도에 대한 열용량의 의존성에 대한 위의 그래프에 설명된 것처럼 물질의 특성이 온도에 의존하지 않습니다.
1. 주요 자원 유형.
액체연료의 주요성분
연료- 에너지원; 연소 중에 상당한 양의 열을 발생시키는 가연성 물질.
응집 상태에 따라 고체, 액체, 기체 연료가 구별됩니다.
에게 고체 천연 연료장작, 갈탄 및 단단한 석탄, 이탄, 무연탄을 포함합니다. 고체 인공 연료 - 코크스, 숯, 연탄, 갈탄 및 경탄 먼지, 열무연탄. 천연 액체 연료는 없습니다. 인공 액체연료로는 각종 수지와 연료유 등이 사용된다. 기체 연료는 천연 가스와 같은 천연 연료일 수 있다. 코크스로(코크스로), 고로(고로 또는 상층로), 가스 발생기(발전로)에서 생산된 가스는 인공기체 연료로 사용됩니다.
액체 연료- 이들은 주로 유기 기원의 물질이며 주요 구성 요소는 탄소, 수소, 산소, 질소 및 황입니다.
탄소(C)는 주요 열 운반체입니다. 탄소 1kg이 연소되면 34,000kJ의 열이 방출됩니다. 탄소는 연료유에 최대 85%까지 함유되어 화합물을 형성할 수 있습니다.
수소(H)는 두 번째로 중요한 연료 요소입니다. 1kg의 수소가 연소되면 약 125,000kJ의 열이 방출됩니다. 액체연료의 수소 함유량은 10%이다.
액체 연료에는 수분(W)과 최대 0.5%의 회분(A)도 포함되어 있습니다.
질소(N)와 산소(O)는 복합 유기산과 페놀의 일부이며 연료에 소량(약 3%) 함유되어 있습니다.
연소 중 황(S)은 많은 양의 열을 방출하지만, 황 화합물은 용융 또는 가열된 금속과 상호작용할 때 품질이 저하됩니다. 황 화합물을 함유한 연소 생성물은 용광로 금속 부분의 부식을 증가시키고, 황으로 포화된 강철은 증가했습니다. 붉은 취성. 유황은 일반적으로 탄화수소에 포함됩니다(최대 4% 이상).
작동 연료 구성:
씨피 +H피 + 오피 +N피 +에스피 + 에피 = 100 %.
수분이 없는 건조 연료를 건조 질량(c)이라고 합니다.
씨와 함께 +H와 함께 + O C + N와 함께 + S c + A c = 100%. 황을 함유한 연료의 유기질량을 가연성 질량(g)이라고 합니다.
와 함께 G + 엔 G + 오 G +N G +에스 G = 100.
2. 기체연료의 주요성분
기체 연료- 기본적으로 메탄, 에틸렌, 기타 탄화수소 등 다양한 가스의 혼합물입니다. 기체 연료에는 일산화탄소, 이산화탄소 또는 이산화탄소, 질소, 수소, 황화수소, 산소 및 기타 가스뿐만 아니라 수증기도 포함됩니다.
천연가스는 순수 가스전에서 생산되거나 석유(부수가스)와 함께 생산됩니다. 첫 번째 경우, 주요 가연성 성분은 메탄이며 그 함량은 최대 95~98%에 이릅니다. 관련 가스에는 메탄 외에도 에탄(C2H6), 프로판(C 3 H 8), 부탄(C 4 H 10), 펜탄(C 5 H 12) 등 상당한 양의 다른 탄화수소가 포함되어 있습니다. 발열량이 높지만 연료로 사용되는 경우는 거의 없습니다. 그들은 주로 화학 산업에서 사용됩니다.
가스 분석기라는 장비를 사용하여 가스 연료의 구성을 결정합니다.
건조 기체 연료의 구성은 다음과 같습니다.
CH 4 + C 2 H 4 + CO 2 + H 2 + H 2 S + CmHn+ N 2 + O 2 +… = 100.
메탄(CH4)은 많은 천연가스의 주성분입니다. 1m3의 메탄이 연소되면 35,800kJ의 열이 방출됩니다. 천연가스의 메탄은 최대 93~98%까지 포함될 수 있습니다.
에틸렌(C2H4) - 1m3의 에틸렌이 연소되면 59,000kJ의 열이 방출됩니다. 가스에는 소량이 포함될 수 있습니다.
수소(H 2) - 1m 3의 수소가 연소되면 10,800kJ의 열이 방출됩니다. 코크스 가스를 제외한 많은 가연성 가스에는 비교적 적은 양의 수소가 포함되어 있습니다. 그러나 코크스로 가스의 함량은 50~60%에 달할 수 있습니다.
프로판(C 3 H 8), 부탄(C 4 H 10) - 이러한 탄화수소의 연소는 에틸렌의 연소보다 더 많은 열을 방출하지만 가연성 가스의 함량은 미미합니다.
일산화탄소(CO) - 이 가스 1m 3의 연소는 1 2 770kJ의 열을 방출합니다. 일산화탄소는 고로 가스의 주요 가연성 성분입니다. 이 가스는 색이나 냄새가 없으며 매우 유독합니다.
황화수소(H 2 S) – 1m 3의 황화수소가 연소되면 23,400kJ의 열이 방출됩니다. 가스 연료에 황화수소가 존재하면 용광로 및 가스 파이프라인의 금속 부분 부식이 증가합니다. 가스에 산소와 수분이 동시에 존재하면 황화수소의 부식 효과가 증가합니다. 황화수소는 불쾌한 냄새가 나는 무거운 가스이며 독성이 매우 높습니다.
나머지 가스(CO 2, N 2, O 2)와 수증기는 밸러스트 구성 요소입니다. 연료에 존재하면 연소 온도가 감소합니다. 이들 가스의 함량이 증가함에 따라 가연성 성분의 함량은 감소합니다. 안전 규정에 따르면 유리산소 함량이 0.5%를 초과하는 연료는 위험한 것으로 간주됩니다.
3. 연료의 연소열
연료의 연소열– 이는 1kg의 액체 또는 1m 3의 기체 연료가 완전 연소되는 동안 방출되는 열량 Q(kJ)입니다.
연소 생성물의 총 수분 상태에 따라 더 높은 발열량과 더 낮은 발열량으로 구분됩니다.
액체 연료의 연소 생성물의 수분은 가연성 질량의 수소 H가 연소되는 동안뿐만 아니라 연료 w의 초기 수분이 증발하는 동안 형성됩니다. 연소 생성물에는 연소에 사용되는 공기의 수분도 포함되어 있습니다. 그러나 일반적으로 고려되지 않습니다. 연료에 가연성 질량 H p kg의 수소가 포함되어 있으면 연소 중에 9H P kg의 수분이 형성됩니다. 동시에 연소 생성물에는 (9H P + W P) kg의 수분이 포함되어 있습니다. 1kg의 수분을 증기 상태로 전환하려면 약 2500kJ의 열이 필요합니다. 수증기 응축이 발생하지 않으면 수분 증발에 소비된 열은 사용되지 않습니다. 이 경우 더 낮은 발열량을 얻습니다.
Q p H =Q p B -25(H p +W p).
연소열은 실험적 방법과 계산 방법의 두 가지 방법으로 결정됩니다.
연소열을 실험적으로 결정할 때 열량계가 사용됩니다.
결정 방법:연료의 일부는 장치(열량계)에서 연소되고, 연료 연소 중에 방출되는 열은 물에 흡수됩니다. 물의 질량을 알면 온도를 변화시켜 연소열을 계산할 수 있습니다. 이 방법은 간단하기 때문에 좋습니다. 발열량을 결정하려면 기술적 분석 데이터가 있으면 충분합니다.
계산 방법.여기서 연소열은 D.I. Mendeleev의 공식에 따라 결정됩니다.
Q p H = 339С p +1030Н p -109(О p -S p) – 25 W p kJ/kg,
여기서 C p, H p, O p, Sp 및 W p는 작동 연료의 탄소, 수소, 산소, 황 및 수분 함량(%)에 해당합니다.
조건부 연료연료 소비를 표준화하고 설명하는 데 사용되는 개념입니다.
기존 연료는 일반적으로 발열량이 낮은 연료(29,310kJ/kg)로 불립니다. 연료를 기존 연료로 전환하려면 발열량을 29,310 kJ/kg으로 나누어야 합니다. 즉, 이 연료에 해당하는 값을 구해야 합니다. 연료유의 경우 1.37-1.43, 천연 가스의 경우 - 1.2-1.4 입니다.
4a
4. 용광로의 주연료
연료 유정유 제품으로 난로에 불을 붙이는 데 사용됩니다. 연료유의 연소열은 39-42 MJ/kg입니다. 연료유의 대략적인 구성: 85-80% C; 10-12.5% HP; 0.5-1.0% (OP + N P); 0.4~2.5% SP; 0.1-0.2%AR; 2% W P . 정유소를 떠날 때 연료유의 수분 함량은 2%를 초과해서는 안 됩니다. 중유에도 유황이 함유되어 있는데, 중유가 저유황(저유황)으로 나뉘는 비율에 따라<0,5% Sp), сернистый (0,5-1% Sp) и высокосернистый (>1% Sp).
중유는 파라핀 함량과 정제 방법에 따라 분류됩니다. 직선증류형(저점도) 연료유와 점도가 높은 분해형 연료유가 있습니다. 점도에 따라 연료유는 등급으로 분류됩니다. 연료유 브랜드 번호는 50oC 온도에서의 조건부 점도(VU50)를 나타냅니다. 점도는 점도계라는 도구를 사용하여 결정됩니다. 조건부 점도는 테스트 온도에서 200cm 3의 오일 제품이 흐르는 시간과 20oC의 온도를 갖는 동일한 양의 물이 흐르는 시간의 비율로 간주됩니다. 이 표시기와 관련하여 연료 오일은 등급 40, 100, 200과 MP(노로용 연료유)로 구분됩니다.
연료유 브랜드 번호가 증가함에 따라 밀도도 증가하며, 이는 20oC에서 0.95-1.05g/cm 3입니다. 온도가 증가하면 밀도가 감소합니다.
연소용 연료유를 준비할 때에는 밀도와 등급을 고려할 필요가 있습니다. 준비 과정은 물과 기계적 불순물(점토, 모래 등)을 분리하기 위한 연료유의 침전 및 여과로 이루어지며, 이는 고온에서 발생하여 물에서 연료유가 분리됩니다. 다음과 같은 경우 연료유의 점도와 밀도가 감소합니다. 가열되어 결과적으로 떠오릅니다. 탱크 바닥에는 수분이 쌓이고, 상단에는 탈수 연료유가 쌓입니다.
철도 탱크에서 배수할 때, 공장 및 작업장 탱크에서 용광로로 파이프라인을 통해 공급할 때, 노즐로 분사할 때(연료유는 일반적으로 원자화된 상태에서 연소됨) 연료유의 점도가 매우 중요합니다. 점도가 낮을수록 연료유를 펌핑하고 분사하는 데 소비되는 에너지가 줄어듭니다. 따라서 온도가 높을수록 점도는 낮아집니다. 온도는 점도 그래프에 따라 선택되며, 연료유의 조건부 점도는 5~10 단위를 보장합니다.
가열 시 연료유의 인화점, 즉 불꽃이나 불꽃으로 인해 발화할 수 있는 휘발성 성분이 집중적으로 방출되기 시작하는 가열 온도를 고려해야 합니다. 인화점은 일반적으로 80-190 o C 범위 내에서 다양합니다. 그리고 가열 온도로 이해되는 인화점과 발화 온도를 혼동해서는 안 됩니다. 도달 시 연료유의 발화 온도는 530-600 o C입니다. , 가스 - 500-700 o C) 연료유는 자연적으로 발화하며 유리한 조건에서는 계속 연소됩니다.
5. 연소이론의 기본원리
타고 있는열과 빛의 방출과 함께 가연성 연료 요소와 산화제(보통 공기 중의 산소)가 빠르게 화학적으로 결합하는 과정입니다.
토치- 연료와 공기가 용광로에 분사될 때 형성되는 화염 유형 중 하나입니다. 특정 모양과 크기를 갖는 토치에서는 직접 연소, 혼합물을 발화 온도까지 가열 및 혼합하는 과정이 동시에 발생합니다.
연소 이론에서는 균질 연소와 불균일 연소를 구별합니다. 체적에서는 균질 연소가 일어나고, 액적 표면에서는 불균일 연소가 발생하며, 그 다음에는 휘발성 성분이 증발한 후 그을음 입자에서 발생합니다. 액체 연료의 입자 크기가 작을수록 액체상과 기체상 사이의 상호 작용 비표면적이 더 커집니다. 따라서 액체 연료를 분사하면 단위 부피당 더 많은 연료를 연소할 수 있습니다. 즉, 연소를 강화할 수 있습니다.
균질 연소는 운동성과 확산이라는 두 가지 경우에 발생할 수 있습니다. 운동의 경우, 사전 준비된 연료-공기 혼합물이 연소 영역(예: 용광로의 작업 공간)에 공급됩니다. 공정의 주요 부분은 혼합물을 직접 가열하고 연료 및 연소의 가연성 성분을 산화시키는 것입니다. 이 경우 토치가 짧아지고 온도가 높아집니다. 혼합물을 예열하거나 공기를 산소로 풍부하게 하면 연소 과정이 가속화됩니다. 거의 모든 가스-공기 혼합물을 500°C로 가열하면 연소 속도가 거의 10배 증가합니다.
그러나 혼합물을 예열하는 온도는 발화 온도를 초과해서는 안됩니다. 확산 연소를 사용하면 가열, 혼합물 혼합 및 연소 과정이 토치에서 동시에 수행됩니다. 가장 느린 단계는 가스와 공기의 미세 및 거대 부피 분자의 역확산, 즉 혼합물 형성입니다. 따라서 토치는 첫 번째 경우보다 길어집니다. 토치의 길이를 줄이기 위한 노력의 일환으로 가스와 공기 흐름이 별도의 흐름으로 분할됩니다. 또한 제트 속도를 높이고 가스와 공기 흐름을 서로 비스듬히 유도하는 등의 방법으로 토치를 줄이는 데 도움이 됩니다.
가연성 가스와 공기의 혼합물의 점화는 특정 비율에서만 가능합니다. 이들의 제한 비율을 농도 한계라고 합니다. 혼합물 내 인화성 가스의 최대 함량(%)에 따라 결정되는 하한과 상한이 있습니다. 수소의 경우 한계는 4.1 – 75입니다. 일산화탄소 – 12.5-75; 메탄 – 5.3-14; 코크스 오븐 가스 – 5.6-30.4, 천연 가스 – 4-13.
난방 공학에서는 열 응력의 개념이 자주 사용됩니다. 이는 용광로의 1m 3 또는 용광로의 작업 공간과 관련하여 단위 시간당 연료를 연소할 때 방출되는 열의 양을 의미합니다. 액체 연료의 경우 600kW/m 3 에 이르고, 기체 연료의 경우 그 두 배에 달합니다.
6. 연료 연소의 분석적 계산
계산에는 다음 비율과 양이 사용됩니다.
1) 산소가 풍부하지 않은 일반 공기의 산소에 대한 질소의 부피 함량 비율, 케이= 3,76;
2) 화학 원소의 분자량(수소의 경우 대략 2, 질소의 경우 – 28, 산소 및 황 – 32kg/mol)
3) 정상 조건(온도 0°C, 압력 101.3kPa)에서 공기 및 연소 생성물의 양.
액체 연료의 구성을 고려하십시오.
P와 함께 + 엔피 + 오피 +N피 + S p + A p + W p = 100.
가연성 성분은 탄소, 수소, 황입니다. 건조한 공기를 사용할 때 구성 요소의 완전 연소 반응은 다음과 같은 형태를 갖습니다.
C + O 2 + kN 2=CO2+kN 2 +질문 1 ;
2H 2 + O 2 + kN 2=2H 2 O + kN 2+ 질문 2 ;
S + O 2 + kN 2= 그래서 2+ kN 2+질문 3 .
탄소와 황 1몰이 연소되면 산소 1몰이 소모됩니다. 수소 2몰이 연소되면 산소 1몰도 소모됩니다. 산소 1몰당 k몰의 질소가 용광로에 유입됩니다. 질소는 연소 생성물로 들어갑니다. 따라서 예를 들어 탄소 1몰이 연소되면 이산화탄소 1몰과 질소 3.76몰이 생성됩니다. 이 반응을 이용하여 탄소가 연소되면 6b그러면 열량 Qt가 방출됩니다. 수소가 연소되면 연소 생성물의 자체 구성이 형성되고 다른 양의 열이 방출됩니다.
1몰의 탄소를 연소하려면 22.4m 3의 부피와 1kmol의 산소가 필요합니다. 탄소 1kg 당 산소 소비량을 계산해야 하는 경우 산소 1kmol의 부피를 탄소 분자량 12로 나눕니다. 따라서 22.4 / 12 = 1.867m 3 / kg의 산소가 소비됩니다. 탄소 1kg. 비슷하게 추론하면 1kg의 수소를 연소하려면 22.4 / /(2O2) = 5.5m 3의 산소가 필요하다는 것을 알 수 있습니다(분모의 곱은 분자량이 2인 두 개의 수소 분자가 연소 반응에 참여한다는 것을 의미합니다) ). 1kg의 황을 연소하면 22.4 / 32 = 0.7m 3의 산소가 소비됩니다.
이론적으로 필요한 흐름에 대한 실제 공기 흐름의 비율을 공기 흐름 계수라고 합니다.
? = 라 /L 0 ,또는 L a = ?L 0 ,
어디 라그리고 엘 0– 실제 및 이론적 공기 유량, m 3 /kg 또는 m 3 /m 3. 공기 소비 계수는 연료 유형, 연료 연소 장치(버너 또는 노즐)의 설계, 공기 및 가스 가열 온도에 따라 달라집니다.
7. 공기유량 조절
공기가 부족하거나 연료 연소 장치가 불완전한 경우 연소가 불완전할 수 있습니다.
연소 생성물에 가연성 성분(일산화탄소, 수소, 메탄 또는 흑탄소)이 존재하면 화학적 불완전 연소 또는 흔히 말하는 것처럼 연료의 화학적 과소연소가 발생합니다. 후자는 연료의 낮은 발열량에 대한 백분율로 열 손실이 발생하는 것이 특징입니다.
공기 유량이 높을수록 연소 과정이 더욱 완전해집니다. 그러나 이 계수가 증가하면 공기 소비가 증가하고 가스가 용광로를 떠나면서 상당한 열 손실이 발생합니다. 용광로의 온도가 감소하여 작업 공간의 열 전달이 저하되고 금속 산화가 증가합니다. 따라서 용광로 운영시 최적의 공기 유량을 선택하려고 노력합니다. ㅏ.
제어 ㅏ두 가지 방법으로 수행됩니다. 그 중 하나를 사용하여 연료 및 공기 소비량을 측정하고 미리 계산된 테이블을 사용하여 a를 결정합니다. 그러나 이 방법은 작업 창을 통해 퍼니스로 들어가는 공기와 퍼니스 벽돌의 누출을 고려하는 것을 허용하지 않습니다. 따라서 가스 분석기를 사용하여 연소 생성물의 구성에 따라 공기 유량을 주기적으로 확인합니다. 화학 분석을 통해 연소 생성물의 RO2, CO, H2, CH4 및 O2 함량을 결정한 다음 S.G. Troiba의 공식을 사용하여 a를 결정합니다.
? = 1+ UO 2 오두막/ ?RO 2 .
여기서 O 2 과잉 = O 2 – 0.5CO – 0.5H 2 – 2CH 4 는 과잉 산소의 함량입니다.
RO 2 = RO 2 + CO + CH 4 +…,%;
유– 연료 유형에 따른 계수.
연료유의 경우 유= 0.74, 천연가스의 경우 – 0.5.
예를 살펴 보겠습니다.
일.
정의하다 ㅏ, RO 2 14%, CO 4%, CH 4 0.5%인 경우; H 2 1%, O 2 2%.
O 2g = 2 – 0.5(4 + 1) – 2O 0.5 = -1.5%;
RO 2 = 14 + 4 + 0.5 = 18.5%;
ㅏ= 1 – 0.5O 1.5 / 18.5 = 0.96.
8. 에너지 사용
용광로의 열 작동 분야의 일부 조항은 가역 공정의 고전적인 열역학에서 직접 얻을 수 있습니다.
용광로의 열 작업은 그 안에서 발생하는 전체 열 공정으로 이해되며, 궁극적인 목표는 하나 또는 다른 기술 프로세스의 완성입니다.
벽돌(라이닝) K에 의해 환경으로부터 보호되는 기술 프로세스 ZTP 영역과 열 생성 영역 ZHT의 조합으로 용광로를 상상해 봅시다. 재료 M은 열역학 제1법칙에 따라 기술 프로세스 영역에 집중되어 있습니다. 다음 방정식을 작성할 수 있습니다.
Q 응? K.I.E =QM + Qk
어디 질문– 도입된 전력, W/kg;
? K.I.E- 퍼니스 작업 공간 내 에너지 사용 계수
큐엠, 큐케이– 각각 재료가 흡수하는 힘 중그리고 벽돌 에게, W/kg.
방정식 (1)의 모든 값은 1kg의 재료 질량과 관련됩니다 중.
에너지 이용률 ? K.I.E주로 에너지 유형에 따라 다릅니다. 따라서 전기 에너지는 재료(유용한)와 석조물이 흡수한 열로 완전히 변환될 수 있습니다. ? K.I.E= 1. 화로에서 화학연료에너지를 사용하는 경우 에너지 이용계수 ? K.I.E항상 1보다 작습니다. 연료 스토브에서는 이 계수를 다음과 같이 부릅니다. 열 이용 계수? 전부계수는 특정 조건에서 에너지 효율의 가장 중요한 개념을 나타냅니다. 일반적으로 bkie의 값은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
? K.I.E= (질문 – 큐? e)/Qe=1 – 큐? e/Qe,
어디 3분기– 가스상의 화학적 및 물리적 열 형태로 퍼니스의 작업 공간을 초과하는 전력(W/kg).
크기 ? K.I.E한편으로는 주어진 산소 소비 계수에서 연료 연소의 완전성, 즉 연료와 산소의 혼합 속도, 즉 물질 전달 과정의 완전성에 의해 결정됩니다. 반면에, 그 가치는 ? K.I.E퍼니스에서 나오는 가스의 온도, 즉 열 교환 공정의 완성도에 따라 달라집니다.
열 및 화학 에너지의 효율성은 기술 프로세스의 주어진 조건과 열 및 물질 전달 프로세스의 구성에 따라 달라지므로 가역적 프로세스의 열역학을 사용하여 찾을 수 없는 값을 나타냅니다. 열과 물질 전달.
9. 온도 및 열적 조건
계의 내부에너지는 운동에너지와 위치에너지로 구성된다. 운동 에너지– 원자와 분자의 무작위 이동 에너지, 위치 에너지 – 상호 인력과 척력의 에너지.
기체 운동 이론(Maxwell-Boltzmann 법칙)에 따라 이상 기체에 대한 평형 온도의 열역학적 개념은 다음 방정식을 사용하여 해독할 수 있습니다.
T=2NEn/3R= Nmw n 2 / 3R,
어디 에피- 에너지 N좁은 범위의 속도에서 질량 m을 갖는 입자;
N– 아보가드로 수;
아르 자형– 가스 상수.
유효 온도는 로의 가열 부분의 특정 조건부(감소) 온도로, 로의 가열 부분에서만 가열 표면으로의 복사 열 유속의 밀도가 동일하게 보장되며 실제로 로에 존재합니다. 문제의.
화염(히터)과 라이닝 내부 표면의 실제 온도는 가열 표면의 온도와 발열량에 따라 달라지며, 일반적으로 로 내 위치와 시간에 따라 달라집니다. 퍼니스의 길이와 시간에 따른 값의 변화 티 = 에프(l, t)는 퍼니스의 온도 체제를 특성화합니다.
발생된 열의 양을 와트로 표시하여 화력이라고 합니다. 큐 T.M. . 정지 모드에서 화력은 시간에 의존하지 않는 일정한 값입니다( 큐 T.M. = const). 비정지 모드 큐 T.M. = 에프(티). 평균 전력에 대한 최대 화력의 비율은 때때로 다음과 같이 불립니다. 부스트 팩터:
Ф = ( 큐 T.M.) 최대 /( 큐 T.M.)cp
기술 운영 기간을 표시하기 위해 Dt를 사용하는 경우:
(큐 T.M. ) 평균 = Q? / ? 티.
온도와 열 체제의 조합.
1. 시간이 지나도 거의 일정한 온도와 열 조건
(T n (t) = const; 큐 T.M. (r) = const).
2. 시간이 지남에 따라 변하는 온도와 일정한 열 체제
(T n (t) = const; 큐 T.M. (t) = const).
3. 시변 온도 및 열 체제
(T n (t) = const; 큐 T.M. (t) = const), 예를 들어 잉곳용 가열 웰.
4. 시간 상수 온도 및 가변 열 체제
(T n (t) = const; 큐 T.M. (t) = const).
10. 열 균형. 들어오는 대차대조표 항목
짧은 시간 동안 집계된 열 수지를 때로 이라고 합니다. 즉각적인. 즉시 잔액 할당– 프로세스가 비정상 열 조건(배치로)에서 발생하는 경우 기술 프로세스에 대한 에너지 소비의 역학을 명확히 합니다.
배치로의 경우 열수지의 모든 항목이 시간이 지남에 따라 변경된다는 점에서 열수지 작성이 다릅니다(연속로의 경우 시간이 지남에 따라 일정함). 따라서 특정 기간에 대한 수지를 작성할 때 다음을 수행해야 합니다. 특정 기간의 평균값. 두 번째 특징은 Qakk 벽돌에 의한 열 축적을 위한 구성 요소의 열 손실 제품에 존재한다는 것입니다. 이는 다른 부호를 가질 수 있습니다. 기술 공정 중에 용광로의 온도가 증가하면 양수이고 감소하면 음수입니다.
대부분의 경우 열 균형 방정식은 연료 소비량 B에 대해 해결됩니다.
순간 열 균형을 포함한 역 열 균형은 일반적으로 용광로 작동을 연구할 때 사용됩니다. 역열 균형 방정식은 일반적으로 유용한 열 Qm과 관련하여 해결되며 다른 모든 균형 항목의 실험적 결정을 기반으로 이를 찾는 데 사용됩니다.
열 수지를 작성할 때 열 수지에 사용된 모든 입력 및 출력 양이 열 수지가 작성되는 객체 부분의 경계에 대해 사용되는지 확인해야 합니다. 열 균형을 작성하기 위한 값을 선택할 때 발생할 수 있는 오류를 방지하려면 해당 개체의 다이어그램을 사용하는 것이 편리합니다. 이 다이어그램에 적절한 위치에서 재료 흐름선과 교차하는 보조 윤곽을 그리는 것이 필요합니다.
균형 항목은 특정 기간 동안의 열량(줄) 또는 해당 열량 값으로 표현될 수 있습니다.
들어오는 대차대조표 항목
1. 연료의 화학에너지 Q XT 또는 전기에너지 Q e. 만약에 안에– 연료 소비량, kg/s 또는 m 3 /s 및 Q p H – 연소열, 그러면:
Q XT = 안에 QpH
2. 가열된 연료에 의해 발생된 열, Q FT.
3. 기술 과정에서 발생하는 화학 반응의 결과적인 열 효과, Q TECHN. 효과가 부정적이면 이 항목은 대차대조표의 비용 측면으로 이전됩니다.
4. 기술적인 목적으로 연료를 연소시키기 위해 도입된 공기에 의해 도입된 열, Q PV, in.
5. 가열된 고체 및 액체 충전 물질, Q FM에 의해 열이 발생합니다.
11. 대차대조표 비용 항목
1. 기술 공정 Q FP의 고체 및 액체 제품 열
2. 기술 공정의 기체 생성물과 대기에서 흡입된 공기를 포함한 배기 가스(화학적 및 물리적) 열, Q yx.
3. 벽돌을 통한 기계적 미연소(열 전도 및 축적), 냉각수 Q 땀을 통한 구멍을 통한 복사로 인한 열 손실(전체).
대차대조표의 들어오고 나가는 항목을 합산하여 이러한 금액을 동일시하면 모든 클래스 및 유형의 용광로에 대해 동일하게 유효한 열 균형 방정식을 얻을 수 있으며 당연히 각 특정 균형의 모든 항목이 발생하지 않을 수 있습니다.
Q XT + Q ee + 큐 FT ± Q 테크 + Q FB + Q FM = Q FP + Q yx + Q 땀
식의 오른쪽은 유용하게 사용되는 열량(qm)을 나타내고, 왼쪽은 실제 조건에서 상대적으로 측정하기 쉬운 열공학적 양을 통해 표현합니다.
유용하게 사용된 열과 연료 및 공기를 통해 도달한 열의 비율을 유용한 열 이용 계수라고 합니다.
? KPT =QM/(Q XT +Q FT + Q FB).
이 값은 기계와 메커니즘의 성능을 평가하는 데 사용되는 개념인 효율성과 유사합니다. 유용한 열 이용 계수는 퍼니스의 열 작동 효율성을 특징으로 하며 다양한 퍼니스의 에너지 효율성을 비교할 수 있습니다. 연소 생성물의 물 수 W(물 수 W는 열용량과 질량 유량의 곱과 동일함)와 연소 초기 물질(연료 및 공기)이 동일하다고 가정하고 다음과 같이 대입합니다. qyx열 균형 방정식을 W로 나누면 다음과 같은 결과를 얻습니다.
어디 ? 고래. – 연료 효율 계수;
어디 T 이론은 이론에 따라– 연료와 연소 공기의 물리적 열을 고려하지 않고 연료의 이론적인 연소 온도; Т agr х – 장치의 배기 가스 온도.
T agr 이후. 어 그리고 오인. 땀은 배기 가스의 열로 인해 공기를 가열할 때 이론적 연소 온도가 (차가운 공기에서 연료의 이론적 연소 온도에서) 퍼니스 작업 공간의 열 이용 계수에 따라 달라질 정도로 상대적으로 낮습니다.
12. 용광로 분석 및 설계의 열역학적 원리
열역학 관점에서 용광로 작동을 분석하면 용광로 작동의 최종 결과를 특징 짓는 몇 가지 일반 조항을 설정할 수 있습니다.
열역학 제1법칙과 제2법칙을 적용하면 완료된 열 전달 과정 또는 그러한 과정의 특정 요소의 에너지 결과만 평가할 수 있으며 동시에 열 장치의 성능을 결정할 수는 없습니다. 특히 난로.
에너지 평가를 통해 주어진 열 장치에서 에너지 사용의 완전성을 판단할 수 있으며 전달된 에너지의 성능에 대해서는 아무 것도 언급하지 않습니다. 반대로, 엑서지 평가를 통해 회복 불가능한 에너지 손실, 전달된 에너지의 질적 특성을 판단할 수 있으며 특정 장치에서 에너지 사용의 완전성을 판단할 수는 없습니다.
동일한 에너지 소비에 대해 열 전달 과정은 원칙적으로 더 효율적이며 열을 받는 매체의 온도가 높을수록 에너지 감가상각이 적기 때문입니다. 열매체의 동일한 엑서지(exergy)로 인해, 기술적인 이유로 요구되는 가열 표면 온도가 증가함에 따라 열 장치의 에너지 사용이 악화됩니다. 가열 표면의 필요한 온도가 높을수록 열매체의 엑서지(exergy)도 높아야 하며 연료 품질 및 연소 조건에 대한 요구 사항도 높아져야 합니다. 반대로, 가열 표면이나 가열 매체의 온도가 낮은 경우, 에너지 감가상각 과정이 여전히 발생하기 때문에 엑서지가 높은 가열 매체를 사용하는 것은 비실용적입니다.
퍼니스는 가능한 최고의 에너지 효율성을 달성하도록 계산 및 설계되었습니다. ? 케이그리고 이자형.
최대치를 얻으려면 ? 농업 고래 ? 작업 공간 키트에는 최대값이 아닌 최적의 값이 있어야 합니다.
가능한 값을 계산하여 연료 평가 ? 고래. 다양한 연료 연소 조건에서의 장치는 용광로 설계 및 합리적인 작동 모드 설정에 매우 중요합니다.
13. 개방형 노의 토치 요구 사항
공기역학적 윤곽– 이는 제트 속도가 0에 가까워지는 지점의 기하학적 위치입니다. 연소 등고선은 연료의 화학적 저연소 양에 의해 결정되는 반면, 연소 등고선의 길이에 해당하는 세로 좌표는 화염 길이 Lf입니다.
토치의 연소 과정과 그 계산에 대한 수학적 설명을 용이하게 하려면 토치의 윤곽과 길이를 특징짓는 미연소의 최소값을 설정하는 것이 좋습니다. 이 크기를 통일하기 위해서는 수치가 0.5% CO 또는 그에 해당하는 값이 되어야 합니다. q 3.고칼로리 연료(예: 연료유, 천연 및 코크스로 가스)의 경우 연소 생성물의 CO 값은 0.5%입니다. ㅏ=1은 열 손실 q з =1.3-1.8%에 해당합니다. 따라서 이러한 연료의 화염 길이를 추정하기 위해 약 2%의 값을 취할 수 있습니다(연소 생성물의 일정량의 수소를 고려).
토치 길이.일반적으로 개방형 노에는 짧은 토치가 필요합니다. 충전 기간 동안 눈에 보이는 부분은 퍼니스 작업 공간의 대략 중앙에서 끝나야 하며, 마무리 기간에는 토치 길이의 3/4을 차지하도록 토치를 늘리는 것이 좋습니다. 그러나 토치 경로를 따라 있는 마지막 충전 창은 항상 깨끗해야 하며 연료가 소진된 흔적이 없어야 합니다.
토치 모양.개방형 난로에서는 토치의 모양이 가장 중요합니다. 그것은 평평해야합니다. 전면 및 후면 벽에 닿지 않고 욕조를 덮고 메인 아치에서 최대한 멀리 떨어져 있어야합니다. 즉, 시각적 관찰에 따르면 얇고 눈에 띄지 않아야합니다. 이런 종류의 횃불을 보통 불린다. 평평하고 단단합니다.
이것이 개방형 난로를 가열하기 위해 특수 노즐이 필요한 이유입니다. 욕조 거울에 대한 노즐의 경사각은 필요한 토치 모양이 보장되고 토치의 변형이 과도하게 발생하지 않도록 선택해야 합니다.
토치의 크기와 모양은 개방형 난로(지하 금고 및 벽)의 벽돌 파괴 지형에 따라 판단되는 경우가 많습니다. 일반적으로 토치의 윤곽을 따라 국지적 파괴가 발생합니다.
속도 특성.물론 토치의 평탄도와 강성을 보장하려면 공기 역학적 특성이 충분히 높아야 합니다. 즉, 노즐에서 제트 유출의 초기 속도와 전체 길이를 따라 욕조 근처 토치의 팽창 속도가 다음과 같아야 합니다. 토치가 욕조에서 분리되어 아치까지 들어 올려지지 않을 정도로 충분히 큽니다.
속도 특성은 토치의 길이와 산화 능력을 모두 결정합니다. 또한 이는 포밍을 줄이고 욕조의 비등을 개선하는 데 필요한 토치의 직접적인 기계적 충격 정도를 퍼니스 욕조에 반영합니다.
14. 토치의 산화능력, 방사특성
산화 용량.기술에 매우 중요한 공정의 흐름, 특히 탄소 산화 공정은 개방형 노에서 토치의 구성에 크게 좌우됩니다. 욕조 불순물의 산화 공정은 기술 문헌에 표시된 대로 주로 물질 전달 공정에 의해 결정됩니다.
개방형 노(특히 액체 주철로 작동하는 대규모 노)의 작업 공간에서 열 전달을 강화하려면 욕조 불순물의 화학 에너지 실현 및 일산화탄소 후연소를 가속화하기 위한 모든 조치를 취해야 합니다. 욕조 표면에 직접 닿습니다. 이 과정은 자체적으로 가속됩니다. 강렬한 연소 조건을 조성하면 욕조가 끓게 되고, 이는 결국 용광로 대기에서 욕조로 열과 산소의 전달을 촉진합니다. 따라서 재생기에서 가열된 공기를 조 표면으로 공급하는 방식이 개선되면 제련을 가속화할 수 있는 조건이 만들어집니다. 짧고 방향성이 있는 토치를 만들고 강화 장치를 사용하여 물질 전달을 강화할 수 있습니다. 욕조가 슬래그에 거품이 생기지 않고 고르게 끓을 수 있도록 욕조 표면에 열과 산화제를 적절하게 분배해야 할 필요성을 잊어서는 안됩니다. 이 요구 사항은 적절한 길이의 토치를 선택하고 토치 제어 수단 없이는 당연히 불가능한 특정 방사 특성을 보장함으로써 충족될 수 있습니다.
방사선 특성.개방형 노의 토치는 빛이 나야 합니다. 즉, 가능한 최고 수준의 흑색도를 가져야 합니다(충분히 높은 온도에서). 실제 상황에서 의심의 여지가 없는 이 원리는 E. K. Wensthrom의 저작을 시작으로 때때로 이론적으로 의문을 제기해 왔습니다. 그러나 연구 결과와 용광로의 작동 경험은 예를 들어 최근 개방형 용광로를 천연 가스 가열로 전환하고 경질 연료유로 작동할 때 발생한 것과 같은 의심을 반박합니다. 토치에 대한 마지막 두 가지 요구 사항 ( "짧음"과 동시에 "발광")을 결합하면 연료와 공기를 혼합하는 과정 및 연소 과정이 더 빨리 발생할수록 모순이 발생한다는 것이 분명합니다. 토치의 광도를 제공하는 탄소질 입자의 방출 기회가 생성됩니다.
이론적 연구는 디자이너와 생산 작업자가 가장 효과적인 토치를 찾는 데 도움이 됩니다. 열 및 물질 전달 공정의 강도와 용해로 수명은 주로 토치의 길이에 따라 결정되므로 연구자들은 주로 토치의 길이는 얼마이며 어떤 요인에 따라 달라지는가라는 가장 중요한 질문에 대한 답을 찾고 있었습니다.
15. 개방형 노의 열 공학 연구
연료유를 사용하여 개방형 노를 가열하는 새로운 방법을 찾는 동안 열 공학 연구가 수행되었으며 노의 작업 공간에서 황의 거동이 연구되었습니다. 경유로, 작업공간에 연료유를 분사하여 가열하는 로, 가스화된 연료유로 가열하는 로를 연구하였다.
열 공학 연구를 수행할 때 용광로는 주로 남부 정유소에서 나오는 가볍고 점도가 낮은 연료유를 사용하여 가열되었습니다. 마무리 기간 동안 모든 용해로는 동일한 열부하를 유지했습니다. 연료유 소비량은 2400kg/h, k = 1.3이었습니다.
그을음 침착의 완전성을 제어하기 위해 흡수성 울 필터가 메인 유리솜 필터 뒤에 설치되었습니다.
가스 스팬(가스가 케이슨에서 빠져나오기 전 150mm 거리)의 가스 온도는 수냉식 케이스에 장착된 텅스텐-라몰리브덴 총검 열전대로 측정되었습니다. 열전대의 작동 접합부는 석영 팁으로 보호되었습니다.
토치의 방사 특성에 대한 연구는 용광로 작업 공간의 길이를 따라 토치와 벽돌의 방사 온도를 측정하는 것으로 시작되었습니다. 이를 위해 우리는 TERL-50 망원경과 함께 RAPIRA 총 복사 고온계를 사용했습니다. 5개의 고온계가 영구적으로 설치되었으며 용광로 후면 벽에 설치된 수냉식 송풍구를 통해 토치로 연결되었습니다. 용광로 후면 벽에 고온계를 설치하여 전체 용해 공정에 걸쳐 실험을 수행할 수 있었습니다.
열 흐름을 측정하기 위해 VNIIMT 열 탐침이 사용되었으며, 이는 장입 창의 구멍을 통해 용광로의 작업 공간으로 도입되었습니다.
토치의 방사 특성에 대한 보다 완전한 연구를 위해 토치의 흑도와 슈미트 온도가 결정되었습니다. 수량 vf퍼니스 작업 공간의 길이를 따라 네 지점에서 결정됩니다.
열 유속은 예각 복사 고온계를 사용하여 측정되었습니다.
최종 방사계를 교정할 때 연료유를 끄는 순간의 값을 결정하는 동시에 퍼니스의 작업 공간에서 가스 샘플을 채취했습니다. 이들 샘플의 화학적 분석에 따르면 용해로 대기의 흡수 성분은 교정 결과(CO 2 함량)에 큰 영향을 미칠 수 없는 것으로 나타났습니다.<0,1%).
복사계 판독값에 대한 TC와 PM의 의존성 특성은 연구된 모든 용광로에서 거의 동일한 것으로 나타났습니다.
16. 토치의 방사 특성 연구
토치 연소 온도:
어디 L R f.k.–화염 길이 M;
엑스– 연료유의 수분 함량, kg/kg.
가스화된 연료유를 사용하여 가열로에서 얻습니다.
가스화된 연료유로 가열된 용광로에서는 높은 wf 값이 얻어집니다. 이는 연료유의 산화 균열 중 강렬한 그을음 방출과 토치 방사층의 더 두꺼운 두께로 설명될 수 있습니다. 퍼니스 작업 공간의 전반부에서 방사율의 정도는 e f = 0.7-0.95 범위에 있으며 토치 길이에 따라 상대적으로 거의 변하지 않습니다. 작업 공간의 중앙 근처에서 ef는 급격하게 감소하고 마지막에는 가장 낮은 값에 도달합니다. ( e f = 0.13-0.18).
토치의 방사 특성에 대한 연료유 유형의 명확하게 눈에 띄는 효과가 2채널 연료유 노에서 관찰되었습니다. 연료유 점도의 증가는 노 전체 길이에 걸쳐 ef 값의 증가를 동반했습니다. 따라서 플레어를 따라 두 번째 충전 창에 대해 등급 40의 연료유를 사용하는 경우 값은 ef = 0.67이고, 등급 80의 연료유를 연소하는 경우 ef = 0.76입니다. 연료유 등급번호가 증가할수록 열전달도 증가하였다.
로의 내구성은 연료유의 점도와도 관련이 있는데, 점도가 증가할수록 작업공간 끝단의 최대 화염온도는 감소하기 때문이다.
육안 관찰에 따르면 고점도 연료유를 사용하여 용광로를 가열할 때 토치의 광도는 작업 공간 길이의 최대 2/3까지 유지되고 슬래그 거품이 훨씬 적게 발생하며 금속이 더 빨리 가열됩니다.
연료유 등급 80의 2채널 가열로를 가열할 때 11atm 압력의 과열 증기와 5.5-6.0atm 압력의 압축 공기를 스프레이로 사용했습니다. 압축기 공기로 연료유를 분무하는 경우, 토치의 흑도 정도와 q fc 가 약간 증가하는 것으로 관찰되었습니다.
용광로의 열 작동에 대한 연구 결과를 통해 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다.
1) 연료유 반가스의 조성과 온도는 연료유 가스화 중 1차 공기 소비 계수의 값에 의해 결정됩니다. 최적의 값은 1 약 0.4입니다.
2) 경질 및 저점도 연료유를 사용하는 경우 욕조에 입사하는 열흡수 열유속의 값이 가장 높고, 토치 루트와 로 전반부에서 높은 값, 가장 낮은 값 가스화된 연료유로 가열된 용광로의 경우 청소 헤드 근처에서 얻은 것입니다.
3) 중유 연소시 절대값과 상대값 모두에서 차이가 발생합니다.
17. 기체 상태의 기본 열역학적 매개변수
압력
아르 자형– 단위 표면에 작용하는 힘의 측정:
아르 자형= 임 ?Fn / ?S = dFn/ DS,
여기서 DS -> 0; ?Fn – 표면적에 수직으로 작용하는 힘.
특정 볼륨
V– 밀도의 역수 아르 자형물질:
v = 1 / r = dV / dm,
어디 dV– 극소량 요소;
DM– 물질의 질량.
두더지
탄소 동위원소 12C 12g에 포함된 원자 수와 동일한 수의 분자를 포함하는 물질의 양을 호출합니다. 우리는기도한다.
아보가드로 수
해당 없음= 6.02 h 10 23 mol -1. 계산에 필요한 값입니다. 어떤 물질 1몰에 얼마나 많은 분자가 포함되어 있는지 보여줍니다.
몰 질량
중– 1몰의 질량:
M = N A m x 1a. 먹다,
어디 해당 없음– 아보가드로 수;
중- 분자 질량.
몰 질량 [M] = kg/mol 및 몰 부피 = m 3 /mol.
1몰의 부피 – 몰 부피:
VM = M / r
어디 중- 몰 질량;
아르 자형– 물질의 밀도.
물질의 몰수와 물질의 분자 수를 결정하는 공식은 다음과 같습니다.
u= m /M= V/ V M ,
N = uN A = (m / M)NA = (V/ V M)N A .
온도
온도의 척도로 분자의 병진 운동의 평균 운동 에너지를 사용하는 것이 일반적입니다. 접촉한 두 물체가 열 교환을 통해 에너지를 교환하지 않으면 이 물체의 온도가 동일하고 시스템에 열 평형이 존재한다고 말할 수 있습니다.
18. 신체 상태. 열역학적 시스템. 단열 과정
응집 상태에는 고체, 액체, 기체의 세 가지 상태가 있습니다.
시스템의 매개변수가 시간이 지나도 변하지 않으면 시스템의 열역학적 평형에 대해 말할 수 있습니다.
서로뿐만 아니라 외부 환경과도 에너지를 교환할 수 있는 일련의 몸체와 필드를 열역학 시스템이라고 합니다. 열역학 시스템에서 내부 에너지의 변화가 발생하면 이 시스템에서 수행되는 작업과 시스템 부분 간의 열 교환에 대해 이야기할 수 있습니다.
열역학적 상태 매개변수
시스템의 압력, 온도, 밀도, 농도, 부피는 상태의 열역학적 매개변수입니다.
시스템과 외부 환경 사이에 열 교환이 없는 과정을 호출합니다. 단열.열역학 제1법칙 dQ = 0은 다음과 같습니다.
C v dT + PdV= 0,
그리고 고려할 때 dT= (PdV + VdP) / 아르 자형
dP/ 피= -gdV/ V,
어디 g– 단열 지수;
아르 자형- 압력;
V- 용량.
이 방정식에는 다음과 같은 형태의 해가 있습니다.
PVg= const.
그것은 ~라고 불린다 포아송 방정식. Mendeleev-Clayperon 방정식을 고려하면 Poisson 방정식은 다음과 같습니다.
텔레비젼-1 = 상수,
티 g p 1-g = const.
포아송 방정식은 준정적 단열 과정을 설명합니다. 단열 압축으로 인해 가스가 가열되고 단열 팽창의 경우 가스가 냉각됩니다.
등온 과정과 달리 단열 과정은 부피가 증가함에 따라 압력이 더 빠르게 감소하는 것이 특징입니다. 두 경우 모두 부피 변화가 같다고 가정하면 단열 과정에서 기체가 한 일은 항상 등온 과정에서 한 일보다 작습니다. 단열 과정에서는 단열 지수에 대한 작업의 의존성이 있습니다. 연출 지 -> 1, 등온 과정 동안 일의 가치를 얻습니다. 즉, 단열 전이가 발생합니다. (큐 = const) 등온선으로 (티= const).
19. 폴리트로픽 과정
프로세스가 호출됩니다. 폴리트로픽,열용량이 일정하게 유지된다고 가정하면. C = const에서 열역학 제1법칙은 다음과 같습니다.
(씨– Cv)dT = PdV,
그리고 고려할 때 dT= (PdV + VdP)/ 아르 자형우리는 다음과 같은 표기법을 얻습니다:
ndV/ V= -dP/ 피,
N= (씨– CP)/ (씨– 이력서),
방정식에는 다음과 같은 형식의 해가 있습니다.
PVn= const,
어디 피– 가스 압력;
V– 가스의 양.
폴리트로픽 공정은 시스템과 외부 환경 사이의 부분적인 열 교환이 특징입니다. 폴리트로픽 과정의 곡선은 PV 다이어그램에서 등온선(Г = const)과 단열( 큐= const)라고 하며 폴리트로프. Mendeleev-Clayperon 방정식을 고려하면 폴리트로픽 방정식은 다음과 같습니다.
TV n-1 = 상수,
TnPn-1= const.
폴리트로픽 과정에서 기체가 한 일을 결정해 보겠습니다.
A 12 = (m / M)R(T 1 – T 2) / (n – 1),
어디 중- 가스의 질량;
중– 가스의 몰 질량;
아르 자형
N– 폴리트로픽 지수;
티 1그리고 티 2– 초기 및 최종 온도.
사례 T 2 > T 1 및 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. 단열 과정: 와 함께= 0, N= g= 씨/C 및 페이지 =불변, 듀= C v dT= -dA, d/ = C p dT= -gdA.
2. 등온 과정: 와 함께= Ґ, n =1 및 PV = const, T = const, 다= PdV, 듀= 0, dl = 0, dQ= dA.
3. 등압 과정: C = C p, n= 0 및 V/T = const, 아르 자형= const, dA = PdV, dU = CV dT, dl= 듀+ PDV= dQ = C p dT.
4. 등변성 과정: C = C, n= Ґ 및 피/티= const, V=불변, 다= 0, 듀= 이력서 dT = dQ, dl = dU + PdV = C p dT.
20. 따뜻함
따뜻함일정한 외부 매개변수 h = = const를 사용하여 내부 에너지를 변경하는 과정입니다. 신체는 접촉 시 직접적으로 또는 에너지를 방출하여 서로에게 에너지를 전달할 수 있습니다. 열은 에너지의 미세한 변화라고 불립니다. 열 전달 과정은 혼란스러운 열 운동 중에 분자가 수행하는 작업에 의해 결정됩니다. 열량은 SI에서 다음과 같은 차원을 갖습니다. [큐]= J. 그들은 또한 열 단위 (칼로리, 1 cal = 4.1868 J)를 사용합니다. 과정에 참여하는 신체가 열량을 받으면 더하기 기호로 기록되고, 방출되면 열량 열에는 마이너스 기호가 있습니다.
온도를 변화시키기 위해 신체에 전달되는 기본 열량을 결정하는 공식:
dQ= CDT,
어디 와 함께– 신체의 열용량.
와 함께= dQ/dT.
열용량의 물리적 의미- 온도를 10K 변화시키기 위해 신체에 전달되어야 하는 열량과 동일한 값입니다. 열용량 와 함께신체의 질량, 화학적 조성 및 열역학적 상태에 따라 결정됩니다.
열용량의 개념에는 비열과 몰열용량의 개념이 포함됩니다. 물질의 단위질량당 열용량을 말한다. 비열 용량.균질체의 경우 다음과 같습니다.
c = 씨/중
어디 중– 가스의 질량.
물질 1몰의 열용량을 말한다. 몰 또는 분자 열용량(표시 와 함께).몰 및 비열 용량은 다음 관계식으로 관련됩니다.
c = 씨/중,
어디 중– 물질의 몰 질량.
SI에서 비열 용량과 몰 열 용량은 다음과 같은 차원을 갖습니다: [s] = J/kgK, [C] = J/molK.
열용량의 개념에는 일정한 부피와 일정한 압력의 두 가지 유형의 열용량이 포함됩니다. 일정한 부피에서의 열용량(특정 및 몰)은 몸체를 다음과 같이 가열하여 결정됩니다. V= const이고 c로 표시됩니다. V그리고 C V. 일정한 압력에서의 열용량(특정 및 몰)은 몸체를 다음과 같이 가열하여 결정됩니다. 아르 자형= const로 표시됩니다. p와 함께그리고 Cp
21. 일
일하다외부 매개변수의 변화로 인해 내부 에너지가 변화하는 과정입니다. dQ= 0. 초등 작업무한한 준정적 팽창 동안 시스템이 수행하는 작업으로, 그 결과 시스템의 부피가 dV만큼 증가합니다.
다= Fdx = PSdx = PdV,
어디 Sdx= dV– 볼륨 증가;
에스- 힘 F가 작용하는 수직 표면적
아르 자형- 압력.
시스템이 한 평형 상태에서 다른 평형 상태로 전환할 수 있는 이상적인 프로세스를 호출합니다. 준정적.준정적 프로세스의 특징은 내부 가스 압력과 외부 압력의 동일성입니다. 피 = 피",그리고 디 ㅏ"= -dA= -P"dV– 외부 힘의 작용. 유한 프로세스의 경우 총 작업은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
그러면 A12의 작업은 시스템의 초기 및 최종 상태에 의존하지 않고 시스템이 한 상태에서 다른 상태로 전환하는 방식에 따라 결정됩니다. 일은 조건의 함수가 아니다.
시스템에 여러 자유도가 있고 내부 상태가 외부 매개변수에 의해 결정되는 경우 xn그리고 온도 티,시스템은 외부 기관에 대한 기본 작업을 수행합니다.
dA = X 1 dx 1 + X 2 dx 2 + … + X n dx n,
여기서 x 1 ,x 2 ,…,xn은 시스템 x 상태의 외부 매개변수(일반화된 힘)의 함수입니다. 외부 환경의 온도 변화가 시스템 상태에 아무런 영향을 미치지 않는 경우 이러한 시스템을 일반적으로 호출합니다. 단열적으로 격리되어 있습니다.단열적으로 고립된 시스템의 내부 에너지는 상태의 특정 함수로 지정될 수 있습니다. 유,또한 이 함수의 증분은 경로에 관계없이 초기 상태에서 최종 상태로 전환하는 동안 시스템에서 수행되는 작업과 동일해야 합니다.
A 12 = U 2 - U 1,
어디 유 2그리고 유 1– 상태 2와 1의 시스템 내부 에너지.
22. 보일-마리오트 법칙
이상기체 법칙 중 하나는 보일-메리어트 법칙,읽기: 압력의 곱 피볼륨당 V일정한 가스 질량과 온도의 가스. 이 평등을 등온선 방정식. 등온선은 가스 상태의 PV 다이어그램에 쌍곡선 형태로 표시되며 가스 온도에 따라 한 위치 또는 다른 위치를 차지합니다. 진행중인 과정 티= const, 호출됨 등온.주유소 티= const는 일정한 내부 에너지 U를 가집니다. 가스가 등온으로 팽창하면 모든 열이 일을 하는 데 사용됩니다. 등온 팽창 시 기체가 하는 일은 팽창을 수행하기 위해 기체에 전달해야 하는 열의 양과 같습니다.
다= dQ= PdV,
어디서? ㅏ– 기본 작업
dV-기본 볼륨;
피- 압력. V 1 > V 2 및 P 1인 경우< P 2 , то газ сжимается, и работа принимает отрицательное значение. Для того чтобы условие 티= const가 충족되면 압력과 부피의 변화가 무한히 느리다고 가정할 필요가 있습니다. 가스가 위치한 환경에 대한 요구 사항도 있습니다. 즉, 충분히 높은 열용량을 가져야 합니다. 계산 공식은 시스템에 열 에너지를 공급하는 경우에도 적합합니다. 압축성압력이 변하면 부피가 변하는 기체의 성질을 호출합니다. 각 물질은 압축성 계수,그리고 그것은 다음과 같습니다:
c = 1 / V O(dV/CP)T,
여기서 파생 상품은 다음과 같습니다. 티= const.
압축성 계수는 압력 변화에 따른 부피 변화를 특성화하기 위해 도입되었습니다. 이상기체의 경우 다음과 같습니다.
c = -1 / 피.
SI에서 압축성 계수는 다음과 같은 차원을 갖습니다: [c] = m 2 /N.
23. 게이뤼삭의 법칙
게이뤼삭의 법칙상태: 일정한 가스 압력과 질량에서 가스의 부피와 온도의 비율은 일정합니다.
V/ 티= 중/ 중에 대한 아르 자형/ 피= const
~에 피= const, 중= const.
이 평등을 등압 방정식.
등압선은 PV 다이어그램에서 축과 평행한 직선으로 표시됩니다. V.진행중인 과정 피= const, 호출됨 등압.만약에 뷔 1그리고 티 1– 초기 및 뷔 2그리고 티 2유한한 부피와 온도이면 다음과 같은 등식이 성립합니다.
V 1 / T 1 = V 2 / T 2.
팽창하는 동안 가스가 한 일은 PV 다이어그램에서 삼각형의 면적을 계산하여 쉽게 찾을 수 있습니다.
A12 = PDV= 중/ 중 RDT 소개,
여기서 DV= V 2 – V 1 – 부피 변화;
DT = T 2 – T 1 – 온도 변화.
VT 다이어그램에서 등압선은 원점에서 연장된 직선으로 표시됩니다. Gay-Lussac의 법칙은 다음과 같은 형식으로 작성할 수 있습니다.
V= V 0 (1+ avt),
어디 V– 온도에서의 부피 티, 0oC부터 계산;
V 0- 온도에서의 이상기체의 부피 티 0= 273.j6K.
수량 이름 지정:
v = V/ V 0 T = 1 / T 0 = 1/ 273.16K - 1.
모든 물질의 일반적인 경우 부피팽창계수는 다음과 같이 정의됩니다.
ㅏ= 1 / V.O./ (dV/dT) p .
이상 기체의 부피 팽창 계수는 다음과 같습니다.
ㅏ= 1/T.
만약에 티= 0 o C, 그러면 a =a V
실제 가스의 경우 게이뤼삭의 법칙은 저온 영역(즉, 절대 영도 근처)에서는 적용되지 않습니다. 절대 영도까지 냉각되면 헬륨을 제외한 모든 가스가 액화됩니다.
24. 샤를의 법칙
찰스의 법칙가스의 부피와 질량이 일정하면 가스 압력과 온도의 비율이 일정하다고 말합니다.
피/ 티= 중/ 중에 대한 아르 자형/ V= const
~에 V= const, 중= const.
이 평등을 아이소코어 방정식.
아이소코어는 PV 다이어그램에서 P축에 평행한 직선으로 표시되고, PT 다이어그램에서는 원점에서 연장된 직선입니다. 진행중인 과정 V= const, 호출됨 등색성.등방성 과정의 특징은 가스가 V= const는 어떤 작업도 수행하지 않습니다. 가스에 열에너지가 공급되면 공급된 열로 인해 내부 에너지가 증가합니다.
듀 = 중/ 중에 대한 이력서 D.T.
어디 중- 몰 질량;
이력서– 몰 열용량;
D.T. = T 2 – T 1 – 온도 변화.
P 1과 T 1이 초기이고 P 2와 T 2가 최종 압력 및 온도인 경우:
P 1 / T 1 = P 2 / T 2
샤를의 법칙은 다음과 같은 형식으로 작성할 수 있습니다.
피 = P 0 (1 + apt)
어디 아르 자형– 0oC에서 측정된 온도 t에서의 압력;
피 0– 온도 Т0=273.16 K에서의 이상적인 가스 압력.
압력 변화의 온도 계수,또는 단순히 열압 계수인 경우 다음 매개변수가 호출됩니다.
a р = Р / Р 0 T = 1 / T 0 .
25. 이상기체의 상태방정식
이상기체 상태방정식온도와 압력 사이의 관계를 설명합니다. 폐쇄계에서 이상기체의 압력은 피= 1/30mn
P = NkT,
어디 N– 부피 V에 포함된 분자 수.
PV = m/ M x NkT,
PV= 중/ M×RT,
어디 중- 몰 질량;
나– 아보가드로 수;
케이– 볼츠만 상수;
아르 자형– 보편적인 기체 상수.
평등이 불린다 Mendeleev-Clayperon 방정식.기체 물질의 양이 1 mol인 경우 Mendeleev-Clayperon 방정식은 다음과 같은 형식을 취합니다. PV = RT.가스를 고려해 볼 수 있습니다. 완벽한,상태가 Mendeleev-Clayperon 방정식 또는 그 결과 중 하나로 설명되는 경우.
에프(P,V, 티 0) 이라고 합니다 상태 방정식. PV 다이어그램에서 t 0 = const인 상태 집합은 쌍곡선 형태로 표시됩니다. 서로 다른 온도에 해당하는 쌍곡선 집합을 다음과 같이 부릅니다. 등온선.기체가 한 상태에서 다른 상태로 변하는 과정 t 0= const, 호출됨 등온.
언제 피= const (1) 온도에 따른 특정 질량의 가스 부피의 선형 의존성이 있습니다.
V= V 0 (1 + 0에서).
이는 Gay-Lussac의 법칙을 나타냅니다. 마찬가지로 V= const:
피 = 피 0 (1 + 0).
이 방정식으로부터 모든 등압선과 등압선은 축과 교차합니다. t 0조건 1 + 에서 결정된 단일 지점에서 0시에= 0. 이 방정식의 해법은 다음과 같습니다.
티 0 = -1 / ㅏ= -273.15oC
R= 8.31 h 10 3 J/(도 h kmol) – 보편적인 기체 상수.
PV = m/m x RT.
26. 이상기체 상태의 보편방정식
질량비 중가스(물질) 대 가스(물질)의 양 V이 시스템은 가스(물질)의 몰 질량:
남=m/ V.
몰 질량 치수는 다음과 같습니다. [중]= 1kg / 1몰
아보가드로 법칙의 결과를 통해 특정 부피의 비율을 찾을 수 있습니다.
v 2 / v 1 = M 1 / M 2
v 1M 1 = M 2 v 2 .
마지막 비율은 중요한 내용을 반영합니다. 이상기체의 성질:동일한 물리적 조건에서 가스의 특정 부피와 몰 질량의 곱은 가스의 특성에 의존하지 않는 일정한 값입니다. vM= 이뎀. 일하다 vM이상기체 1몰의 부피를 나타내며, 마지막 동일성은 동일한 압력과 온도에서 모든 기체의 몰부피가 동일함을 의미합니다.
기체 1몰의 상태 방정식은 다음과 같습니다.
PV m = MRT,
어디 MR = Rm= PVm/ 티.
제품MR은 보편적인(몰) 가스 상수.보편적인 기체 상수의 물리적 의미는 ra라는 것입니다. 26b 1o의 온도 변화와 일정한 공정 압력을 갖는 1몰 이상의 이상 기체. 가스의 성질에 의존하지 않습니다. 아르 자형= = 8.314/분. 형태의 방정식
PVm = 8,314티
~라고 불리는 보편상태방정식.
이상기체 상태의 보편적 방정식 Mendeleev-Cliperon 방정식을 고려해 볼 수 있습니다.
PV = uRT.
부피를 일정하게 유지하고 가스 압력을 온도 표시기로 사용하면 완벽한 선형 눈금을 갖춘 온도계를 얻을 수 있습니다. 그것은이라고 이상적인 가스 온도 척도.수소를 온도 측정 물질로 사용하는 것이 편리합니다. 수소에 대해 확립된 척도를 경험적 온도 척도라고 합니다.
27. 가스 혼합물의 기본 특성
화학적 상호 작용을 수행하는 것이 불가능한 여러 가지 다른 가스 세트를 호출합니다. 이상기체의 혼합물.압력은 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
파이 = N i kT/ V,
어디 나= 1, 2, r, 호출됨 부분적인,
아르 자형– 혼합물의 가스 수;
N은 i번째 가스의 분자 수이고;
V– 혼합물의 부피;
케이– 볼츠만 상수;
티- 온도.
돌턴의 법칙이상 기체 혼합물의 압력과 부분 압력 사이의 관계를 반영합니다. "혼합물 압력 아르 자형이상기체와 그 분압의 합은 서로 같다.” Dalton의 법칙의 수학적 공식은 다음과 같습니다.
피 = P1+ P2 +… + Pr = NkT/V
어디 엔 = 엔 1+ 엔 2+. + 번호– 혼합물의 분자 수 아르 자형가스
아마그의 법칙.이는 이상 기체 혼합물의 부피와 부분 부피 사이의 관계를 반영합니다. 아마그의 법칙은 다음과 같습니다: "혼합물의 부피 아르 자형이상 기체와 부분 부피의 합은 서로 같습니다.":
V = V1 + V2 + … + Vr.
가스 혼합물의 매개변수는 다음을 알면 알 수 있습니다. 클라페이론의 법칙:
PV = mRT,
혼합물의 전체 질량에 대한 각 가스의 질량의 비율을 호출합니다. 질량 분율:
g 1 = m 1 / m; g 2 = m 2 / m; ...; g n = m n / m,
어디 지1, 지2, 지앤– 질량 분율;
m 1, m 2, m n– 가스 덩어리는 별도로;
중– 혼합물의 질량.
혼합물에 포함된 모든 가스의 질량 분율의 합은 1과 같습니다.
혼합물의 질량은 이 혼합물에 포함된 기체의 질량을 합한 것입니다.
전체 혼합물의 부피에 대한 부분 부피의 비율을 호출합니다. 부피 분율:
r 1= 뷔 1/ V, r 2= 뷔 2/ V,., r n = V n/ V,
어디 r 1 , r 2 , r n– 부피 분율;
브이 1, 브이 2,., Vn– 혼합물의 일부 가스 부피;
V– 가스 혼합물의 양.
28. 혼합가스의 평균 몰질량
특정 가스 혼합물 상수를 찾는 방정식은 다음과 같습니다.
R = еg 나는 R i = 8314.2(g 1 / M 1 + g 2 / M 2 +… + g n / M n)
혼합물의 몰 질량을 알면 혼합물의 기체 상수를 찾을 수 있습니다.
혼합물의 부피 구성을 알면 다음 공식을 얻습니다.
나는 = (R/ 리),
예를 들어 나= 다시(r 나/아르 자형 나) = 1.
특정 가스 상수를 계산하는 공식은 다음과 같습니다.
아르 자형= 1 / e(r 나/아르 자형 나) = 1 / (r 1 / R 1 + R 2 +… + rn / R n).
가스 혼합물의 평균 몰 질량상당히 일반적인 값입니다.
중= 8314,2 / (g 1 아르 자형 1 + g 2 아르 자형 2 +. + g n R n).
특정 가스 상수를 바꾸면 R1, R2,…, Rn Clayperon 방정식의 값을 사용하여 혼합물이 질량 분율로 결정되는 경우 가스 혼합물의 평균 몰 질량을 찾습니다.
중= 1 / (r 1/ 남 1+ r 2/ 남 2+. + r n/ 민).
혼합물이 부피 분율로 결정되는 경우 다음 표현식을 얻습니다.
아르 자형= 1 / 어 나 R 나= 8314,2 / 어 나 M 나 .
그것을 아는 것은 아르 자형= 8314.2 / M, 우리는 다음을 얻습니다:
중= 어 나 M 나= r 1 M 1 + r 2 M 2 +. + r n 남 n .
따라서, 가스 혼합물의 평균 몰 질량혼합물을 구성하는 개별 가스의 부피 분율과 몰 질량의 곱의 합으로 결정됩니다.
29. 부분압력
압력은 다음과 같이 작성됩니다. 파이 =N i kT/ V,
어디 나= 1,2,..., r이 호출됩니다. 부분적.여기 아르 자형– 혼합물의 가스 수;
아니요– i번째 가스의 분자 수;
V– 혼합물의 부피;
케이– 볼츠만 상수;
티- 온도.
가스의 모든 주요 매개 변수가 알려진 경우 찾을 수 있습니다.
파이 = m 나는 R 나는 T/ V =m i R i/ mR = Pg i R i/아르 자형 = Pg i M/나는
혼합물이 부피 분율로 지정되는 경우 각 가스의 부분 압력을 얻으려면 Boyle-Mariotte 법칙을 사용하면 됩니다. 이 법칙에서 T = const에서 다음을 찾을 수 있습니다.
P 나는 V = P V 나는그리고 파이 = 파이/ V = r i P.
부분 압력모든 가스의 압력은 가스 혼합물의 전체 압력과 부피 분율의 곱으로 계산됩니다. 마지막 방정식은 기술적 문제를 해결하고 열 설치를 확인할 때 사용됩니다. 가스 분석기를 사용하여 가스의 부피 분율을 실험적으로 얻습니다.
부분압의 물리적 의미 파이이것이 i번째 가스의 압력이라는 것입니다. 단, 그것이 부피를 점유했다면 말이죠. V.
돌턴의 법칙이상 기체 혼합물의 압력과 부분 압력 사이의 관계를 반영합니다. 그것은 읽습니다: 혼합물 압력 아르 자형이상기체와 그 분압의 합은 서로 같다. Dalton의 법칙의 수학적 공식은 다음과 같습니다.
아르 자형= Р 1 + Р 2 + ...+ P r= NkT/V
어디 N= N 1+ 엔 2+... + 번호– r 가스 혼합물의 분자 수.
각 분자가 가하는 압력 아르 자형이상 기체는 다른 기체 분자에 의해 가해지는 압력에 의존하지 않습니다. 이 현상이 나타나는 이유는 이상기체의 분자가 상호작용하지 않기 때문입니다. 10 6 Pa 정도의 높은 압력에서는 Dalton의 법칙이 만족되지 않는다는 것이 실험적으로 나타났습니다.
30. 에너지 보존과 변환의 법칙
열역학 제1법칙은 에너지는 생성되지도 소멸되지도 않는다는 보편적인 에너지 보존 법칙과 변환 법칙에 바탕을 두고 있습니다.
열역학적 과정에 참여하는 신체는 에너지 교환을 통해 서로 상호 작용합니다. 동시에 일부 신체에서는 에너지가 감소하고 다른 신체에서는 에너지가 증가합니다. 물리적 신체를 통해 에너지를 전달하는 방법에는 열교환과 기계적 작업이라는 두 가지 옵션이 있습니다.
실제로 일의 단위도 줄(Joule)이고, 일의 양을 L로 표시하고, 단위질량당 비용일(Pkg)을 /로 표시한다.
열역학 제1법칙에는 몇 가지 기본 조항이 있습니다.
L 모든 종류의 에너지는 스스로 발생하지 않고 상호 변환되며 그 양은 항상 동일합니다.
2. 최초의 영구 운동 기계를 만드는 것은 불가능합니다.
3. 시스템이 완전히 격리되면 내부 에너지는 일정하게 유지됩니다.
그런 척하자 큐- 작업을 수행하고 내부 에너지를 변환하는 데 소비되어야 하는 신체에 공급되는 열의 양:
큐= ?U +L,
어디 L = ml– 작업량;
ДU = mДu – 초기 상태와 최종 상태의 내부 에너지 차이;
체중이 다음과 같은 경우 1 킬로그램:
q =?너+엘,
어디 엘, 큐, Du – 특정 작업량, 열, 초기 및 최종 상태의 내부 에너지 차이. 그 과정이 무한하다면,
dq = du + dl.
결과 비율은 열역학 제1법칙의 수학적 모델.따라서 이 법칙은 다음과 같이 공식화됩니다. “신체가 받는 열의 전체 양은 일을 하고 신체의 내부 에너지를 변환하는 데 소비됩니다.”
매개변수에 대한 소위 부호 규칙이 있습니다. 큐> 0, 신체에 열이 공급되면 큐<0, если отводится; 엘> 작업이 본체 자체(확장)에 의해 수행되는 경우 0입니다. 엘< 0, если работу совершают над телом извне (сжатие); D유> 0 – 신체의 내부 에너지가 증가하면 D 유< 0 – если внутренняя энергия уменьшается.
31. 내부에너지
내부에너지내부운동에너지와 위치에너지로 구성된다. 내부 운동 에너지는 물질 분자의 혼란스러운 움직임에 의해 생성됩니다.
전체 매크로시스템의 운동 에너지는 다음과 같이 계산됩니다.
어디 중– 시스템의 질량;
승– 공간에서의 이동 속도.
물질 분자가 서로 상호 작용하는 힘은 신체의 내부 위치 에너지를 결정합니다.
내부 에너지이것은 시스템 자체에 포함된 에너지이며 두 가지 구성 요소로 구성됩니다. 운동 에너지.
동일한 신체의 특정 위치(내부) 에너지의 변화. 열역학적 과정 중 총 비(내부) 에너지의 변화는 다음과 같습니다.
유 – 영국– 그리고 R.
임의 질량의 작동 유체의 내부 에너지는 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
?v-Vk – Vp .
작동유체는 외부에서 열을 공급받아 첫 번째 상태에서 두 번째 상태로 이동한다고 가정해보자. 그러면 이 열의 양은 다음과 같이 표현됩니다.
q 1, 2 - 유 2 -유 1.
이 과정은 isochoric 법칙에 따라 진행됩니다.
q 1.2 = ? V(T 2 -T 1).
일반적으로 질량이 있는 모든 물질의 경우 중:
v 2 -v 1 – 중? v (T2 – T1),
여기서 T 1은 열역학적 과정의 초기 온도입니다.
티 2- 최종 온도
u 1 – 내부 에너지의 초기 값;
u 2 – 내부 에너지의 최종 값;
? - 평균 비열 용량(등방성).
32. 가스 작업량 계산
가스는 시스템 외부의 특정 소스로부터 열을 받습니다. 가스 압력을 문자 p로, 피스톤 면적을 S로 표시한 다음 외력의 영향을 받도록 하겠습니다. F = pS피스톤에서는 움직이지 않습니다. 외력 F가 감소하면 이 두 힘의 차이는 pS–F피스톤을 오른쪽으로 이동하게 됩니다. 피스톤 아래의 가스는 팽창하여 외부 힘을 극복하고 그 과정에서 일을 합니다. 평형 과정의 경우 다음이 있습니다.
1. 피스톤은 실린더를 따라 무한히 천천히(즉, 아주 작은 속도로) 움직여야 합니다. 이를 통해 언제든지 전체 볼륨의 가스 압력이 동일하다고 가정할 수 있습니다.
2. 열원의 온도는 실제로 (가스를 사용하는) 작동 유체의 온도와 다르지 않습니다. 즉, 온도의 차이는 미미합니다. 이를 통해 전체 가스 부피의 온도가 언제든지 동일하다고 가정할 수 있습니다.
이러한 조건에서 작동 유체의 팽창 과정은 언제든지 전체 볼륨에 걸쳐 동일한 온도, 밀도 및 압력을 갖게 됩니다. 즉, 그 상태도 평형 상태에 있게 됩니다.
팽창으로 인해 가스가 수행하는 작업을 계산하는 문제에 대한 분석적 솔루션입니다. 실린더 내에서 움직이는 동안 피스톤의 속도는 미미합니다. 따라서 팽창 과정을 분석하기 위해 피스톤이 이동하는 전체 경로 길이를 극소 부분 dl로 나눕니다. 그 다음에 다(기본 작업) 모든 기본 세그먼트 dl에 대한 제품은 다음과 같이 결정됩니다.
dA = pSdl,
어디 추신- 힘;
DL- 길.
평등 사용
Sdl = dv,
우리는 얻는다
dA = pdv.
다음과 같은 표현을 제공합니다.
어디 ㅏ팽창하는 동안 질량 j kg의 기체가 한 일입니다.
팽창하는 동안 가스가 하는 일을 라고도 합니다. 인위적인.
33. 가역적 및 비가역적 과정
열역학 시스템이 외부 힘의 영향을 받아 일련의 연속적인 상태를 거치면 그 전체를 호출합니다. 열역학적 과정.이 과정은 작동 유체에 의해 수행되며 그 상태는 질량이 일정하게 유지되는 방식으로 변경됩니다. 단순화된 이상적인 프로세스의 주요 속성은 가역성.
거꾸로 할 수 있는순방향과 역방향 모두에서 일어나는 과정으로, 작동유체나 주변공간에 잔류변화가 일어나지 않는 과정이다. 더욱이, 작동 유체는 동일한 평형 기본 상태를 통해 양방향으로 통과하고 프로세스가 끝나면 초기 지점으로 돌아갑니다.
모든 가역적 과정은 평형입니다. 프로세스가 호출됩니다. 평형,시스템이 겪는 연속적인 상태도 평형이라면. 매우 느리게 진행되어 언제든지 평형에 접근하는 과정을 호출합니다. 준정적(가역적이기도 합니다).
그래픽적으로 평형 상태는 세 개의 매개변수가 있는 공간 좌표계의 한 점으로 표시됩니다. v, p, 티,평형 과정 자체는 그러한 여러 점을 통과하는 곡선입니다.
시스템의 상태를 호출합니다. 평형,어떤 순간에 가스가 차지하는 전체 부피에서 값이 v, p, 티(상태 매개변수)는 상태가 변경되면 시간이 지남에 따라 변경되지만 동일합니다. 고립된 시스템의 경우 결국 평형 상태로 돌아가서 스스로 떠날 수 없게 됩니다. 실제로 특정 조건에서는 가역적 프로세스가 가능합니다.
1. 작동유체는 상태를 무한히 천천히 변화시킨다.
2. 작동유체는 무한한 평형상태를 가지고 있다.
3. 외부 환경과의 열 교환(돌이킬 수 없는 과정), 외부 마찰, 신체 입자 간의 내부 마찰이 없습니다.
4. 작동물질에는 화학적 변화가 없습니다.
가역성을 만족하지 못하는 과정은 다음과 같다. 뒤집을 수 없는.
작동 유체의 상태가 변경되는 실제 과정은 되돌릴 수 없습니다.
실제 과정도 비평형입니다. 이는 프로세스의 속도가 유한하고 작업 물질의 평형 상태가 확립될 시간이 없다는 사실로 설명됩니다. 실제 과정은 평형 영역에 접근할 수 있지만 평형 과정과 일치하지 않습니다. 이는 순방향으로만 발생할 수 있고 반대 방향으로는 외부의 영향을 받을 때만 발생할 수 있습니다.
34. 열역학 제2법칙의 기본 조항
열역학 제2법칙을 통해 우리는 고려 중인 공정의 개발이 가능한지 여부, 열역학 시스템에서 평형이 확립될 때 공정의 어느 방향이 우세할 것인지에 대한 질문에 답할 수 있습니다. 이 법칙은 또한 시스템이 최대 작업량을 수행하는 조건을 결정하는 데 도움이 됩니다.
이 법칙의 본질은 프랑스의 과학자이자 엔지니어에 의해 처음 표현되었습니다. 사디 카르노(1824). 그는 온도차가 있는 곳마다 원동력이 나타날 수 있다고 썼습니다. 더욱이 이는 상호 작용하는 물체의 온도에만 의존하며 이러한 물체의 유형에는 의존하지 않습니다. 이러한 추진력의 큰 값을 얻으려면 작동유체의 초기온도가 중요해야 하며, 이에 따른 냉각도 크다. 또한 실제로 연료의 추진력(에너지)을 온전히 활용하는 것은 결코 불가능할 것이다.
과학자의 이러한 진술은 엔진 열을 유용한 작업으로 변환하기 위한 조건과 이 변환의 품질이 어떤 매개변수에 따라 달라지는지 결정합니다. 확립된 조항을 기반으로 열 장치에서 두 가지 프로세스, 즉 열이 일로 변환되는 주요 프로세스와 열을 차가운 소스로 전달하는 수반되는 추가 프로세스가 동시에 발생해야 하는 필요성에 대해 이야기해야 합니다.
열역학에서는 자발적인그들은 스스로 발생한다고 말할 수 있는 프로세스를 호출합니다. 제2법칙에 따르면 자발적인 과정은 열역학 시스템에 평형이 없을 때만 발생합니다. 더욱이, 그러한 과정의 발생 방향은 시스템이 평형점에 접근하는 방향과 일치합니다.
열역학 제2법칙의 기초는 가정입니다. 독일 과학자의 첫 번째 가정 R. 클라우지우스(1850)은 제2법칙의 일반 공식을 다음과 같은 형태로 제시합니다. "열은 한 물체(덜 가열된)에서 다른 물체(더 가열된)로 자발적으로 전달되지 않고 보상을 통해서만 전달됩니다." 또 다른 가정(주님의 켈빈-톰슨, 1852)은 열기관(열이 완전히 일로 변환되는 두 번째 종류의 영구 운동 기계)을 만드는 것이 불가능하다고 말합니다. 열기관은 온도가 서로 다른 두 개 이상의 열원이 있는 경우에만 작업을 수행합니다. 또한 열 전달기(고온의 열원)에서 방출되는 전체 열 중 일부만 유용한 일로 변환될 수 있습니다. 나머지 열은 방열판으로 전달됩니다.
실제로 자발적 과정(뜨거운 물체에서 차가운 물체로의 열 전달, 확산, 용해 현상 등)은 되돌릴 수 없습니다. 그러므로 또 다른 공식이 있습니다. 열역학 제2법칙:"실제 과정이 자발적이라면 되돌릴 수 없습니다."
35. 사이클의 열역학적 효율과 냉동계수
고온 소스 (T1)작동유체에 열을 방출하는 현상을 작동유체라고 한다. 열 센서.저온 소스 (T2)작동하는 물질로부터 열을 받는 것을 '열'이라고 합니다. 방열판.
EN 다이어그램에서 순환 프로세스의 유용한 작업은 프로세스의 순방향 및 역방향 곡선에 의해 형성되고 사이클 내에 포함된 영역과 같습니다. 그래프에서 팽창선이 압축선 위에 위치하면 사이클의 방향은 시계방향으로 발생하며 그 과정에서 생성된 일은 외부 장치에 의해 소비되므로 이러한 사이클은 다음과 같습니다. 직접.다이어그램에서 압축 라인이 확장 라인 위에 있으면 사이클 방향은 시계 반대 방향이고 작업은 외부 소스의 도움으로 수행됩니다. 이러한 사이클은 다음과 같습니다. 뒤집다
유용한 엔진 작업은 팽창 작업이 압축 작업보다 클 때만 얻을 수 있습니다. 열이 기계적 작업으로 변환되는 과정은 비자발적인 과정이므로 반드시 수반되어야 합니다. 보상.
열 장치가 고려됩니다. 이상적인,손실이 없다면. 순환은 가역적 현상에 의해서만 형성되는 경우에도 이상적인 것으로 간주됩니다. 열기관에서는 이상적인 직접 사이클의 효율 추정치를 다음과 같이 부릅니다. 열효율.공급된 전체 열에 대한 사이클 동안 일로 변환된 열의 비율과 같으며 다음과 같이 표시됩니다. h t(“이”, 그리스 문자):
어디 1c– 유용한 작업;
q1 - 공급되는 열;
q 2– 열이 제거되었습니다. 역주기 동안의 외부 작업은 다음과 같습니다.
1c =큐 1 – q2,
여기서 q 1 – 열이 온천으로 방출됨;
큐 2 – 차가운 소스에서 열이 제거됩니다.
역이상주기라는 용어가 있습니다. 냉동 효율,어느 것이 표시되어 있나요? 티 :
공식화될 수 있다 열역학 제2법칙따라서: "열기관에서 열을 기계적인 일로 전환하는 것은 100% 불가능합니다."
36. 역 및 가역 카르노 사이클
열역학 연구에서는 카르노 사이클의 정방향뿐만 아니라 역방향도 실용화되었습니다. 역주기 차이즉, 낮은 온도의 소스에서 열을 제거하고 높은 온도의 소스에 열을 공급하는 것입니다. 이 사이클은 냉동 장치에 이상적입니다.
역순환에 관여하는 작동유체를 다음과 같이 부른다. 냉각제.단열 팽창 동안 온도는 71의 값에서 값으로 감소합니다. ㅜㅜ이후 차가운 소스(T2)로부터 열 R2를 받으면 가스는 등온 압축됩니다. 다음 공정에서는 단열압축이 일어나며, 작동유체의 온도는 그 값보다 높아진다. 티 2가치까지 티 1.등온 압축 동안 열 q 1 작동 물질에서 제거되어 온천으로 이동합니다.
냉동 기계는 역사이클로 작동하며 이를 생성하려면 특정 작업량(I)이 필요합니다. 이 경우 q는 차가운 소스에서 뜨거운 소스로 전달됩니다. 2 (열량), 그리고 온천은 여전히 수행된 일 I와 수치적으로 동일한 열을 받습니다. 따라서 온천으로 전달되는 총 열량은 다음과 같습니다.
q 1 = q 2 + 1
확장 과정 중 작업은 양수이고 압축 과정 중 작업은 음수입니다. 차가운 곳에서 뜨거운 곳으로 열을 전달하는 데 필요한 총 작업은 다음과 같습니다.
그리고 부정적인.
성능계수이자형냉동 장치의 성능을 특성화하며 다음 비율로 결정됩니다.
여기서 q 2 – 차가운 소스에서 제거되고 뜨거운 소스에서 받는 열의 양
나 – 완벽하게 작동합니다.
역 및 가역 카르노 사이클의 경우 성능 계수는 다음 관계식을 사용하여 계산됩니다.
37. 카르노의 정리
가역적 직접 카르노 사이클의 테르미니안 효율에 대한 공식을 간략하게 분석해 보겠습니다.
이 평등으로부터 다음과 같습니다.
1) 열효율은 뜨겁고 차가운 소스의 온도에만 의존합니다.
2) h t(카르노 사이클의 경우) 온천(71)의 온도가 높을수록 차가운 온천(72)의 온도는 낮아집니다.
3) 카르노 사이클에서는 열효율이 1보다 작아야 합니다. 왜냐하면 h t= 1은 T 2 / T 1 = 0, T 1 = 0 또는 T 2 = 0(또는 T 2 = -273.15oC)인 경우에만 가능합니다. 실제 열기관의 저온원 온도 72는 일반적으로 온도 T 2 = 260 – 300입니다. 케이(환경). 증기 발전소의 용광로의 히터 온도는 약 2000K이고 내연 기관에서는 약 2500K입니다. 왜냐하면 이러한 엔진의 피스톤 실린더 벽이 냉각되고 연소 생성물이 작동 물질이 되기 때문입니다. 이는 사이클 동안 가스에 공급된 모든 열이 유용한 일로 완전히 전환될 수 없다는 동일한 진술을 의미합니다. 이러한 전환은 필연적으로 열의 일부 손실을 동반해야 합니다(냉각원에 의해 흡수됨).
4) 카르노 사이클에서 T의 경우 열효율은 0입니다. 1 =티 2 . 따라서 계 내에서 열평형이 유지된다면, 즉 계 내 모든 물체의 온도가 동일하다면 열을 유용한 일로 변환하는 것은 불가능합니다. 카르노 사이클(직접)의 경우 다음이 참입니다. h t= 1 – T 2 / T 1 = 1 – 1 = T 1에서 0 = ? t = T 2 (두 소스의 온도가 동일한 경우);
5) 열효율? t는 가역적 카르노 사이클(순환 과정)을 나타냅니다. 모든 실제 프로세스는 되돌릴 수 없습니다. 이는 열 전달, 마찰 등으로 인한 에너지 손실로 설명됩니다. 따라서 실제 카르노 사이클(비가역적)의 열효율은 항상 1 – T 값보다 작습니다. 2 /티 1 . 이 주기의 주요 특징은 온도가 주어지면 이상 기체와 일반 실제 기체 모두에 대해 동일하다는 것입니다. (티 1 , 티 2) 소스. 이 발언이 핵심이다 카르노의 정리,"모든 가역 사이클의 열 엔진에서 열 효율은 사이클의 특성이나 물질 유형(작동 유체)에 따라 달라지지 않습니다." 히터(열 전달체)와 냉장고(열 전달체)의 온도 비율에 의해서만 결정됩니다. 즉, 열기관에서는 각 가역 사이클에 대해 열효율이 가역 카르노 사이클에 대해 정의된 것과 동일한 공식을 사용하여 계산됩니다.
38. 과정의 엔트로피 변화
엔트로피감소된 열(비율)에 따라 달라지는 상태 매개변수입니다. 큐/티). 엔트로피 변화는 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
여기서 q 1.2는 작동 유체에 공급되거나 제거되는 열의 양입니다.
Tav - 공급된(또는 제거된) 열의 평균 온도입니다.
이 관계는 초기 엔트로피 값 S 1에서 최종 값 S 2까지의 엔트로피 변화를 결정합니다.
1) q 1.2 > 0(작동 유체에 열이 공급됨)에서 엔트로피 변화는 양수입니다. S 2 – S 1 > 0, S 2 > S 1, 평균 열역학적 온도는 항상 양수여야 합니다. 즉, 평균> 0. 즉, 신체의 엔트로피가 증가합니다.
2) q 1.2에서< 0 (теплота отводится от рабочего тела) изменение энтропии отрицательно: S 2 – S 1 <0, S 2 < S 1 т. е. энтропия тела снижается;
3) q 1.2 = 0(단열 과정)에서 엔트로피 변화는 0입니다. S 2 – S 1 = 0, S 2 = S 1 즉 물체의 엔트로피는 일정하게 유지됩니다. 엔트로피 값이 변하지 않는 과정을 등엔트로피라고 합니다.
이상기체에 대해 우리는 다음과 같은 결론을 얻습니다.
1. 등온 과정에서는 T av 대신 T 1 = T 2 = const이므로 온도 값 T를 엔트로피 방정식으로 대체하는 것으로 충분합니다.
2. 등방성 과정 중 엔트로피 변화는 다음과 같습니다.
S2 – S1 = 2.3m? v 로그(T 2 / T 1).
3. 등압 과정 중 엔트로피 변화는 다음과 같습니다.
S2 – S1 = 2.3m? p 로그(T 2 / T 1).
어디? V – 일정한 부피를 갖는 공정의 비열 용량;
?피– 일정한 압력을 갖는 공정의 비열 용량.
따라서 엔트로피는 임의의 작동 유체에 열이 공급(제거)될 때 증가(감소)할 수도 있고, 열 전달이 없어도 변하지 않은 상태로 유지될 수도 있습니다. 사이클을 완료할 때 작동 유체의 엔트로피는 소스로부터 열을 받을 때 증가하거나 소스에 열을 방출할 때 감소합니다.
실제 공정에서는 비가역성 현상으로 인해 열소자의 성능이 저하됩니다. 이러한 손실의 척도는 엔트로피입니다. 엔트로피의 증가는 작업량의 손실에 직접적으로 의존합니다.
39. 엔트로피 증가 원리와 열역학 제2법칙의 물리적 의미
상태의 함수로서 엔트로피의 개념을 살펴보겠습니다.
열역학 제2법칙엔트로피 값은 다음과 같이 공식화될 수 있습니다.
완전한 미분을 나타냅니다. 즉, 상태의 함수입니다.
엔트로피의 물리적 의미 중 하나는 엔트로피가 감소함에 따라 시스템의 조직화(질서성)가 증가한다는 것입니다.
계의 환경을 형성하는 작동 유체, 고온 및 저온 열원으로 구성된 폐쇄형 고립계의 예를 사용하여 엔트로피가 증가하는 현상을 고려해 보겠습니다. 한 위치에서 다른 위치로의 시스템 전환에는 작업이 수반되며,
dS >= 0,에스 2 > 에스 1 .
고립된 폐쇄계의 경우 엔트로피의 변화(증분)는 임의의 열역학적 과정에 대해 양수(비가역 과정)이거나 0(가역 과정)입니다.
열을 일로 변환하는 순환 과정(비자발적) SdS i = 0(가역적 프로세스) 및 안전보건자료 > 0(가역적 과정)이므로 고립계에서는 엔트로피가 증가합니다.
이 진술은 엔트로피 증가의 원리.
열역학 제2법칙을 미분 형태로 수학적으로 표현하면 다음과 같습니다.
여기서 등호는 가역적 과정에 사용되며 부등호는 되돌릴 수 없는 과정에 사용됩니다.
이 방정식을 통해 엔트로피의 총 증가는 온도에 따라 달라진다는 것이 분명해졌습니다. 작동유체의 온도가 증가하면 일로 변환될 수 있는 열의 양이 증가하는 것으로 알려져 있습니다. 즉, 열의 에너지 값이 증가합니다. 따라서 온도를 통한 엔트로피는 일로 변환되는 열의 양을 결정하며 이는 열역학 제2법칙과 연결됩니다. 이 법칙은 열을 유용한 일로 변환하는 조건을 정의합니다.
엑서지틱 기능엑서지의 가치를 계산할 수 있는 표현식이 호출됩니다.
40. 열역학 제2법칙의 엔트로피와 정적 성질
역학 이론에서는 개별 분자의 움직임을 연구하기 위해 동적 법칙을 사용하는 것으로 알려져 있습니다. 분자 운동 이론은 많은 수의 분자로 구성된 시스템을 연구한다는 점에서 역학과 다릅니다. 그러한 시스템에서 입자의 혼란스러운 움직임은 다른 (통계) 법칙을 따릅니다. 각 분자의 움직임이 역학적 법칙에 의해 설명된다는 사실에도 불구하고 역학 이론에서는 입자의 전체 집합을 고려하지 않고 그 동작을 통계 물리학으로 연구합니다. 사실은 모든 입자에 대해 평균 속도, 평균 에너지 등(평균 온도, 평균 압력)과 같은 특성의 평균 값이 설정되어 있다는 것입니다.
이러한 통계 조건에서 물질(예: 가스)의 열역학적 상태 존재 특성을 평균화하는 것은 반드시 필요한 것은 아니지만 특정 확률만 갖습니다.
가장 간단한 예는 주어진 물질의 상태가 존재할 확률이 가장 낮기 때문에 모든 가스 분자의 속도가 동일한 경우입니다. 이러한 확률을 양의 값으로 조건부로 표시해 보겠습니다. 속도가 동일하지 않은 경우 가능한 조합 수는 크고 입자의 속도가 동일하지 않은 상태가 존재할 확률은 다음과 같습니다. 여> W0,이 차이는 상당히 중요합니다. 따라서, 열역학적 확률수량은 다음과 같습니다.
그 값은 1보다 훨씬 크므로 열역학적 상태의 통계적 가중치라고도 합니다. 통계 물리학은 또한 열역학적 확률과 엔트로피시스템.
열역학적 확률의 로그에 대한 엔트로피의 직접적인 의존성은 다음 식으로 결정됩니다.
어디 아르 자형– 클레이페론 상수;
N 0 – 아보가드로 상수.
수량 K는 볼츠만 상수(또는 상수)입니다.
결과적으로 엔트로피가 증가함에 따라 하나 또는 다른 열역학적 상태가 발생할 확률이 증가합니다. 더욱이, 가장 가능성 있는 상태는 엔트로피의 최대값에서 발생합니다.
41. 반 데르 발스의 상태 방정식
일반적인 경우, 실제 가스의 경우 상태 매개변수를 계산할 때 상태 pv = RT 방정식을 사용하는 것은 불가능합니다.
이는 이상기체에 해당됩니다.
실제 가스의 일반 상태 방정식.
여기서 계수는 비 –비리얼이라고 불린다. 이러한 계수는 실제 가스 분자의 온도와 상호 작용의 잠재적 에너지의 함수입니다.
정의 B에서 나– 계수는 계열의 처음 두 항에 대해서만 계산되며 나머지 비리얼 계수는 삭제됩니다.
그러면 실제 가스의 상태 방정식은 다음과 같은 형식을 취합니다.
어디 ㅏ그리고 안에– 온도에만 의존하는 처음 두 개의 비리얼 계수.
특별한 경우(낮은 가스 밀도)의 방정식은 다음과 같은 형식을 갖습니다.
만약에 B1 =에프(티, 유잠재력) 방정식은 다음과 같습니다. 실제 반 데르 발스 기체의 상태 방정식:
어디 비– 압축 중에 실제 가스가 얻을 수 있는 최소 부피
ㅏ– 상태 매개변수의 함수가 아닌 계수.
다른 가스의 경우 값 ㅏ그리고 비다르다.
즉, 반 데르 발스 방정식은 보골류보프-마이어 법칙의 특별한 경우로, 2차 이상의 모든 1/v 항이 무시됩니다. 실제 가스의 밀도가 높으면 이 유형의 방정식은 계열의 더 많은 수의 항에 대해 적용됩니다. 이 경우 실제 가스의 상태 방정식은 실제로 허용되는 계산 정확도를 제공합니다.
42. M. N. Vukalovich 및 I. I. Novikov의 실제 가스 상태 방정식
실제 가스의 상태를 설명하는 보편적인 방정식은 1939년 러시아 과학자들에 의해 얻어졌습니다. I. I. 노비코프그리고 M.N. Vukalovich.그 안에
분자의 힘 상호 작용 현상(결합, 해리)은 이미 고려되었으며 일반적인 형식은 다음과 같은 형식으로 작성되었습니다.
어디 ㅏ그리고 안에– 다음 공식을 사용하여 계산된 계수:
어디 ㅏ그리고 비– 실제 가스의 경우 상태 방정식의 일정한 양;
아르 자형– 보편적인 기체 상수; r, c, k, m 1, m 2 – 연관성 정도를 나타내는 계수.
그렇지 않으면 Vukalovich-Novikov 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
어디 ㅏ그리고 비– 반 데르 발스 방정식의 상수 값; 남, 씨– 경험적으로 계산된 상수.
일반적으로 과열 증기(가스와 유사)의 주요 매개변수는 온도, 압력, 비체적과 같은 상태 매개변수입니다. 과열 증기는 매개변수가 임계점과 경계 곡선(다이어그램의 위쪽 곡선)에서 멀리 떨어져 있기 때문에 특성이 이상 기체에 가깝습니다. 과열 증기의 압력이 그다지 높지 않은 경우 실제 가스의 경우 반 데르 발스 방정식을 수정하여 상태 방정식을 얻을 수 있습니다.
수증기의 경우 현대 열역학에서 M.N. Vukalovich와 I.I. Novikov의 상태 방정식이 가장 정확합니다. 또한 방정식의 여러 후속 항을 추가하면 과열 증기의 상태(압력 계산에 따라)를 계산하는 데에도 사용할 수 있습니다.
43. 상태 매개변수의 부분 파생물. 열 계수
실제 물질의 특성을 설명합니다. 열 계수.
정의 1. 부피팽창계수ㅏ물질의 온도가 1도 상승할 때 물질의 부피 변화입니다.
– 상태 매개변수의 편미분.
온도가 1도 증가하고 외부 압력이 일정하게 유지되면 특정 질량을 가진 물질의 부피 변화를 특징으로 합니다.
정의 2. 열압력 계수비물질의 온도 변화에 따른 압력의 변화를 말한다. 이 값은 상대적이며 다음과 같이 계산됩니다.
– 편도함수, 압력 변화 특성화 피,물질의 온도가 1도 상승하고 부피가 일정하게 유지되면 압력은 피은 온도의 함수이다.
정의 3. 등온 압축성 계수g압력의 변화에 따른 부피의 변화라고 한다.
– 부분 미분은 압력이 1단위씩 변하는 경우 물질의 부피 변화를 나타냅니다.
44. 특징적인 기능의 속성
열역학적 특성을 설명하는 함수를 호출합니다. 시스템의 특징적인 기능이나 열역학적 잠재력.가장 중요한 특성 함수는 다음과 같습니다. 엔탈피
나= 나(에스,피),
내부에너지
유= U(S,v),
등압-등온 전위 또는 자유 엔탈피,
지= Z(T,p),
등온-등온 전위 또는 자유 에너지,
에프= 에프(TV).
메인으로 특징적인 기능의 속성다음을 포함합니다.
1. 열역학적 잠재력은 더 단순한 구조와 특정 물리적 의미를 갖는다는 점에서 다른 기능과 다릅니다.
2. 시스템 상태의 매개변수는 동일한 매개변수에 따라 취해진 열역학적 전위의 편도함수와 같습니다.
3. 열역학적 전위를 미분한 결과, 이 함수의 전체 미분이 얻어집니다.
4. 미분 형식으로 작성된 특성 함수를 사용하면 시스템의 모든 열역학적 매개변수를 얻을 수 있습니다.
5. 전체 시스템의 열역학적 잠재력은 해당 부분의 잠재적인 값으로 구성됩니다. 즉, 가산성의 특성을 갖습니다.
6. 특성 기능은 물질의 다양한 열역학적 특성 간의 관계를 설정합니다. 예를 들어 전위의 1차 미분은 열 특성(즉, 기기로 직접 측정한 양(부피, 온도, 압력))을 특성화하고 2차 미분은 시스템의 칼로리 특성에 해당합니다(이러한 양은 열 - 열용량, 엔트로피, 엔탈피, 내부 에너지).
7. 특성 함수의 편도함수를 사용하면 열용량 방정식을 작성할 수 있습니다. 이력서그리고 씨피,상태 방정식 및 기타 열역학적 종속성.
8. 이 기능은 특정 매개변수에만 적용됩니다. 다른 변수를 선택하면 해당 속성이 손실됩니다. 이 경우 부분 도함수는 시스템의 열역학적 속성을 표현하지 않기 때문입니다.
45. 화학적 잠재력
화학 에너지이것은 화학적 상호 작용의 결과로 형성되는 에너지이며 물질의 내부 에너지의 일부입니다. 화학 반응은 발열(에너지 방출과 함께 발생)과 흡열(흡수와 함께 발생)으로 구분됩니다.
화학 반응의 경우 반응 물질의 원자 흡수가 변화함에 따라 시스템의 내부 에너지가 변경됩니다. 이러한 과정에 대해 열역학 제1법칙을 다음과 같은 형식으로 적용할 수 있습니다.
U 1 -U 2 =?U=Q+A,
어디 큐- 열량;
DU – 물질의 내부 에너지 변화;
ㅏ– 다양한 전자기력을 극복하는 작업을 포함한 유용한 작업입니다.
가역적 화학반응에서 한 일은 최대이다. Gibbs-Helmholtz 방정식을 사용하여 표현됩니다.
반응의 화학적 잠재력을 고려해 봅시다. 화학 반응의 경우, 반응물의 질량은 일정하지 않습니다. 이는 함수로 정의할 수 있습니다. 티(물질의 양) 기본 매개변수에서 (V,피,티,에프, 에스,유등). 평등을 구별해 봅시다:
어디 유– 내부 에너지의 특정 양은 다음과 같습니다.
dU = mdu + udm,
f = 당신– 성+ PV= 나– 성
제이– 화학적 잠재력.
하지만, 화학적 잠재력인수의 특정 값에서 열역학적 전위에서 가져온 질량에 대한 편도함수라고 합니다. 화학 퍼텐셜은 물질의 질량이 1만큼 변할 때 물질의 에너지가 어떻게 변하는지 보여줍니다.
46. 열역학의 기본 미분방정식
열역학의 미분 방정식이론적(및 실제) 계산에서 실제 가스를 연구하는 데 사용됩니다.
다음과 같은 경우를 고려해 봅시다.
1. 독립변수는 매개변수 p, V입니다.
이것이 미분 형태의 열역학 제1법칙이다.
2. 독립변수는 매개변수이다 르, 티.
총 부피 차이는 다음과 같은 형식을 갖습니다.
3. 독립변수는 매개변수이다 브이, 티.
4. 언제 피= 불변 열용량
~에 V= 불변 열용량
47. 부피, 압력, 온도에 대한 편도함수
1. 부피에 관한 부분 미분:
이는 내부 에너지 값에서 가져온 부피에 대한 편도함수입니다. 2. 압력에 대한 부분 미분.
값을 대체하자 dQ~에 관하여 dS = dQ/ T, 우리는 다음을 얻습니다:
이는 내부 에너지 값에서 가져온 압력에 대한 편도함수입니다. 3. 온도에 대한 편도함수.
이는 내부 에너지 값에서 가져온 온도에 대한 편도함수입니다.
48. 연속 방정식
가스 흐름 이론에 따르면 정상성의 경우 가스 흐름은 특수한 방정식 시스템을 사용하여 결정됩니다. 여기에는 다음 비율이 포함됩니다.
1) 가스 흐름에 대한 에너지 방정식;
2) 상태 방정식;
3) 가스 흐름의 연속성에 대한 방정식.
에너지 방정식처음부터 이어서
가스 흐름에 대한 열역학.
연속 방정식비율은 다음과 같습니다.
Gv = Fw.
따라서 흐름의 각 섹션에서 안정적인 가스 흐름의 경우 질량 기준 가스 유량은 일정한 값입니다. 그렇지 않으면 이 방정식은 다음과 같이 작성할 수 있습니다.
G=pFw =p1F1w1 =P2F2w2 =상수,
어디 아르 자형 1 ,r 2 , r= 1/v 단면적 가스 밀도;
프1, 프2– 흐름 단면적;
승 1, 승 2– 단면적으로 측정된 유속.
이 경우 두 개의 흐름 섹션(1차 및 2차)이 있으며 값은 G이 방정식에서 가스 질량 유량(초당)이라고 합니다.
아시다시피 뉴턴의 제2법칙은 "힘은 질량과 가속도의 곱에 의해 결정됩니다."라고 말합니다. 가스 흐름이 1차원인 경우 두 번째 법칙은 다음과 같습니다.
이 관계에서 각 용어는 특정한 물리적 의미를 갖습니다. 방정식의 각 요소를 살펴보겠습니다.
1. 크기
X좌표에 따라 압력이 어떻게 변하는지 보여줍니다.
2. 크기
X좌표에 따라 속도가 어떻게 변하는지 보여줍니다.
3. 비율
는 기본 볼륨에 적용된 힘과 동일하며 dV는 선택된 볼륨입니다.
4. 크기
기체는 질량가속도와 같다 PDV(원소 질량).
49. 미는 일
추진하는 일.방정식에서 이를 결정하려면:
평등을 대체하자 나 = 너 + pv, 결과는 다음과 같습니다.
여기서 d(pv)는 기본 볼륨에 대해 계산된 미는 작업입니다.
d(pv) = pdv+vdp– 초등 작업의 방정식.
중력을 포함한 관계(2)는 다음과 같은 형식을 갖습니다.
가스 흐름이 단열 과정으로 표현되는 경우 dq = 0, 관계 (1)은 다음과 같이 작성됩니다.
단열 유동 운동의 경우 특정 운동 에너지와 특정 엔탈피의 합은 일정한 값입니다.
프로세스에서 기술적 작업이 수행되면 가스 흐름의 경우 열역학 제1법칙의 형식은 다음과 같습니다.
어디 dl TEK– 유용한 작업(초등).
50. 가스 유출시 작업 가능
가스 흐름의 이동(유출) 과정을 연구해 봅시다.
f 1, v 1, p 1 값의 형태로 된 상태 매개변수를 갖는 증기 또는 가스(즉, 작동 유체)를 포함하는 특정 용기가 있다고 가정해 보겠습니다. 구멍이 있는 벽에 있는 이 용기에서 가스가 환경으로 흘러 들어갑니다. 이는 압력 차이(p 1 – p 2)로 인해 발생하며 가스 배출구의 압력은 p 1입니다.< p 2 Соответственно температура газа при этом равна t2,특정 부피는 v 2 입니다. 탈출하는 가스의 흐름이 주어진 방향을 수용하기 위해 원통형 노즐(소위 노즐)이 용기 외부에서 구멍이 있는 표면까지 배치됩니다. 가장 흔히 그들은 외부 가장자리쪽으로 가늘어지는 잘린 원뿔 모양을 가지고 있습니다. 이러한 노즐을 혼란기라고 합니다. 역과정에 따라 작동하는 채널의 경우, 이러한 노즐은 디퓨저이다. 입은 노즐의 외부(즉, 출구) 부분입니다.
입에서 나가는 가스 제트의 속도를 값으로, 용기 입구에서 값 W 1 (유입 가스)로 표시하고 노즐에는 입이 있고 단면은 다음과 같습니다. 면적에 따라 결정됨 f. 연습 중 승 1훨씬 적은 w2,계산할 때 무시되고 허용됩니다. 승 1= 0, 승 2= w.
dq = du + dA,
어디 dA = pdv –팽창 작업 또는 가스 자체에 의해 수행되는 기본 작업입니다. 여기에서:
따라서 가스 유출의 결과로 우리는 다음과 같은 작업을 갖습니다. 0 .수치적으로 이는 유출 중 운동 에너지의 증가 또는 외부 힘에 대한 미는 작업의 합과 같습니다.
51. 테이퍼링 채널의 유출 속도, 질량 흐름 속도
테이퍼링 채널의 유출 속도
물질의 단열 유출 과정을 고려해 봅시다. 특정한 특정 부피를 가진 작동 유체가 있다고 가정해 보겠습니다. (1절)특정 압력 하에서 탱크에 있습니다. (1 페이지).유출 과정에는 압력을 받는 매체에서 가스(또는 증기)가 이동하는 과정이 포함됩니다. p 1(저수지) 환경으로 유입되는 압력 p2< p 1 . 동시에, 노즐에서 작업 물질이 흐르는 과정에서 탱크 내부의 압력은 실제로 감소하지 않습니다. 이는 탱크 용량이 매우 큰 경우 허용됩니다. 가스(증기) 흐름이 노즐을 통해 이동할 때 위치 에너지는 매우 작으며 그 변화는 일반적으로 무시됩니다. 이 경우 운동에너지가 증가한다.
어디 승 1– 노즐 입구 부분에서 물질 흐름의 이동 속도;
승 2– 노즐 출구의 속도.
가스(증기) 유량노즐에서.
가장 자주 속도 승 1속도가 훨씬 덜해요 승 2(W1 << W2), 따라서 무시되고 W1 = 0으로 간주됩니다.
질량유량 속도관계는 다음과 같습니다.
어디 Gc– 두 번째 증기 소비(가스)
S – 흐름 단면적;
아르 자형- 작동유체의 밀도.
52. 액적 액체의 유출. 질량 흐름
작동 유체인 모든 물질에 대해 사용 가능한 일은 다음 공식에 의해 결정됩니다.
나는 0 = q +(나는 1 – 나는 2).
흐름이 단열적인 경우( 큐= 0)
어디 나– 엔탈피(J/kg);
W2 = 승– 유출 속도(m/s).
엔탈피 차이와 동일한 양 Di = i 1 – i 2를 다음과 같이 부릅니다. 가스(증기)의 열 손실.
물방울 액체의 경우 동등성이 유효합니다.
어디 승– 노즐에서 나오는 유체 흐름 속도.
질량 흐름초당 노즐을 통해 흐르는 물질의 양입니다. 물질(가스)의 두 번째 유출량 비율과 같습니다. U2압력에 해당하는 동일한 물질의 특정 부피 p2:
질량 흐름(또한 연속 방정식으로 결정됩니다. Gv = Sw).
53. 임계 속도
유출 속도에 대한 공식을 분석하면 p 2 /p 1 값이 감소함에 따라 유속이 증가하는 것으로 나타났습니다. 예를 들어 pi = const이고 압력이 p2감소합니다.
실험을 통해 수렴 노즐(또는 단면적이 일정한 노즐) p 2의 출구 압력은 소위 임계 압력(p 임계)이라는 특정 제한 값까지만 감소될 수 있다는 것이 알려져 있습니다. 여기서 임계 압력 비율수량이라고 합니다 비= p 임계 /p 1, 따라서 P k = bp 1
압력 p 0 (외부 환경) 감소의 결과로 p 1= const 두 가지 경우가 가능합니다:
1) p o >= P k, 즉 압력 p o가 임계값으로 감소하는 동안 동등성이 관찰됩니다. p2= p o 여기서 p 2는 수렴 노즐 출구의 물질 압력이고, p o는 외부 환경의 압력입니다.
2) 포< P к, т. е. дальнейшее падение давления p o среды ниже критического значения определяется равенством p 2 = PK,흐르는 물질의 압력 p 2는 일정합니다. (p2= const).
이와 같이 노즐 입구의 압력이 일정하여 감소하지 않는 현상을 현상이라 한다. 노즐을 닫아서.따라서 작동유체가 유입되는 외부환경의 압력을 감소시켜도 낮아질 수 없는 노즐출구의 압력을 이러한 압력이라 한다. 비판적인(P 2k).
주변 압력 저하에 관계없이 포수렴 노즐 입구에서 ㄴㅋ압력 P 2k가 설정되었습니다. = const, 이는 G max = const(질량 흐름)에 해당합니다. 주= const (만료 속도), Tk= const(온도) 및 v 2k= const(비체적), 즉 노즐 출구의 모든 매개변수(소위 출력 매개변수)의 불변성입니다.
결과 공식에서 a, Y는 값에 의해서만 결정되는 계수입니다. 케이(단열 지수), 해당 값은 특수 테이블에서 찾을 수 있습니다.
우선순위 임계 속도물질이 노즐에서 흘러나올 때 음속을 초과하지 않는 최고 속도라고 합니다. w k =a,어디 ㅏ– 소위 지역 소리의 속도.
결과 공식은 다음과 같습니다. 라플라스 방정식.
54. 결합된 라발 노즐을 통한 이상기체의 흐름
라발 노즐작동 유체의 유출에 대한 초임계 과정을 생성하는 데 사용되며 그 상태는 다음과 같습니다. p o /p 1 < b k В нем выделяют три основные области.
1. 유속이 아음속인 점점 가늘어지는 짧은 부분.
2. 물질이 음속으로 움직이는 좁은 부분.
3. 원뿔형 노즐을 확장합니다(초음속 유속).
작동 유체의 유출을 위해 라발 노즐의 넓은 부분의 치수를 선택하는 주요 조건은 노즐 벽과의 연속성입니다. 따라서 콘 개방 각도는 12°로 제한되어야 하며 이는 가스(증기) 팽창으로 인한 상당한 손실을 제거하는 데 도움이 됩니다.
결합 노즐의 작동 중에 발생하는 프로세스를 고려해 보겠습니다. 외부 압력이 가해지는 경우 포< PK,노즐의 좁은 평면에서의 유속과 압력은 다음과 같습니다. 비판적인.
Laval 노즐의 디자인은 각 비율을 허용합니다.< 포/p 1< 비압력 값의 한계 내에서 물질의 완전한 팽창을 얻습니다. 이 경우, 노즐 출구부에서는 에너지 손실이 없으며, 작동유체의 압력과 외부환경의 압력이 동일해지면 유속은 초음속이 되는데, 이는 실제로 노즐을 사용하는데 필요한 것이다. 이 경우 질량 유량은 최대가 되며 그 값은 노즐의 가장 작은 단면적(S min)에 따라 달라집니다.
노즐의 좁은 부분(목이라고 함)에는 매개변수 V k, T k, p k, w k = w 사운드, G max의 임계값이 설정됩니다(여기서 W 사운드는 로컬 사운드 속도임). 확장 부분을 따른 흐름의 이동은 가스가 경계 [p 2k, p 1] 내에서 더 확장되고 간격에서 속도가 증가한다는 사실을 특징으로 합니다(즉, 값 승> W 소리), 이는 압력 감소로 이어지지만 동시에 비체적은 증가합니다(즉, V>vk , 피< p k).
노즐의 확장 부분은 좁은 평면에 있는 경우 디퓨저 역할을 할 수 있습니다. 승< w зв (для p o / p 1 > b k).
55. 가스 조절 및 공정 방정식
수증기의 경우 임계온도는 Tk= 각각 647K, T inv> 4400K(반전 온도). 안에 조절 프로세스수증기의 냉각은 항상 발생합니다. 이는 주어진 반전 온도의 그다지 높지 않은 값에서 증기 분자가 완전히 해리되기 때문입니다.
수증기 조절은 다이어그램 (i, s) 분석에서 얻은 다음과 같은 특성이 특징입니다.
1) 모든 증기 상태에 대해 조절은 항상 수증기의 온도를 낮춥니다.
2) 저압에서 습한 증기를 조절하면 가습 상태에서 건조 상태로, 그리고 과열 상태로 전환됩니다. 고압의 습한 증기는 처음에는 더욱 습해지지만 그 다음에는 건조하고 과열된 상도 형성합니다.
3) 고압에서 과열 증기의 조절(과열 온도가 낮은 경우)에는 여러 단계(건조 포화, 습윤, 건조 및 마지막으로 과열)를 통과하는 과정이 수반됩니다. 증기의 마지막 상태는 낮은 온도와 압력이 특징입니다. 일반적으로 조절 중에 과열 증기는 공정 초기에 압력이 높았다면 과열 상태를 유지합니다.
일반적으로 is-다이어그램에서 조절 프로세스 i 1 = i 2 는 (프로세스의 비가역성으로 인해) 엔트로피가 증가하는 방향으로 향하는 수평선입니다.
분쇄 과정에서 과열 증기의 압력(및 그 유용한 작업)이 감소하는 것으로 알려져 있습니다.
그리고 지옥< a дрос, где а дрос - температурный эффект адиабатного необратимого расширения (т. е. дросселирования), а а ад – эффект адиабатного обратимого расширения. Отсюда при одном давлении DP우리는:
dT드로스< dT ад на величину v/cp.
56. 구형 벽을 통한 열 전달
내부 및 외부 반경이 각각 r 1 및 r 2인 열전도 계수를 갖는 중공 공이 있다고 가정합니다. 나그것은 일정합니다. 세 번째 종류의 주어진 경계 조건에 대해 공 표면의 열 전달 계수도 결정됩니다. 1그리고 2내부 및 외부 환경의 온도 각각 T11 및 T12. 승산 1 , 2시간에 따라 일정할 것이며 온도 T11, T12는 시간과 표면 모두에서 일정할 것입니다.
고정 열 전달 모드에서 균일한 구형 벽을 통해 뜨거운 매체에서 차가운 매체로 전달되는 총 열 유속 Q는 모든 등온 표면에 대해 일정하며 세 가지 방정식으로 결정될 수 있습니다.
여기서 d 1 ,d 2 – 공의 내부 및 외부 직경;
1 , 2뜨거운 매체에서 벽으로, 벽에서 차가운 매체로의 열 전달 계수;
나– 벽 재료의 열전도 계수;
T 1, T 2 – 내벽과 외벽의 온도.
여기서 DT = Tzh 1 – Tzh 2 – 총 온도 차이;
K sh– 구형 벽의 열 전달 계수(W/deg).
혼합물에 포함된 각 기체의 부분압은 주어진 기체가 동일한 온도에서 혼합물의 전체 부피를 차지할 경우 동일한 질량에 의해 생성되는 압력입니다.
자연과 기술에서 우리는 하나의 순수 가스뿐만 아니라 여러 가스의 혼합물을 다루는 경우가 많습니다. 예를 들어, 공기는 질소, 산소, 아르곤, 이산화탄소 및 기타 가스의 혼합물입니다. 가스 혼합물의 압력은 무엇에 달려 있습니까?
1801년 존 돌턴(John Dalton)은 다음과 같은 사실을 확립했습니다. 여러 기체의 혼합물의 압력은 혼합물을 구성하는 모든 기체의 분압의 합과 같습니다.
이 법은 이렇게 불렸습니다. 가스 부분압의 법칙
돌턴의 법칙 혼합물에 포함된 각 기체의 부분압은 동일한 온도에서 혼합물의 전체 부피를 차지할 경우 주어진 기체의 동일한 질량에 의해 생성되는 압력입니다.
돌턴의 법칙에 따르면 (이상적인) 기체 혼합물의 압력은 혼합물 구성 요소의 부분압력의 합입니다(구성 요소의 부분 압력은 구성 요소가 단독으로 전체 공간을 차지할 경우 발휘하는 압력입니다). 혼합물로). 이 법칙은 각 구성 요소가 다른 구성 요소의 존재에 영향을 받지 않으며 혼합물에 포함된 구성 요소의 특성이 변하지 않음을 나타냅니다.
돌턴의 두 법칙
법칙 1 기체 혼합물의 압력은 부분압력의 합과 같습니다. 이로부터 가스 혼합물의 성분의 부분압은 혼합물의 압력과 이 성분의 몰 분율의 곱과 같습니다.
법칙 2 일정한 온도에서 주어진 액체에서 가스 혼합물의 성분의 용해도는 이 성분의 부분압에 비례하며 혼합물의 압력과 다른 성분의 특성에 의존하지 않습니다.
법률은 J. Dalton resp.에 의해 공식화되었습니다. 1801년과 1803년에.
돌턴의 법칙 방정식
이미 언급한 바와 같이, 가스 혼합물의 개별 구성요소는 독립적인 것으로 간주됩니다. 따라서 각 구성 요소는 압력을 생성합니다.
\[ p = p_i k T \quad \left(1\right), \]
총 압력은 구성 요소의 압력의 합과 같습니다.
\[ p = p_(01) k T + p_(02) k T + \cdots + p_(i) k T = p_(01) + p_(02) + \cdots + p_(i) \quad \left( 2\오른쪽),\]
여기서 \(p_i\)는 i번째 가스 성분의 부분 압력입니다. 이 방정식은 Dalton의 법칙이다.
고농도 및 고압에서는 Dalton의 법칙이 정확하게 충족되지 않습니다. 혼합물의 성분들 사이에 상호 작용이 있기 때문입니다. 구성 요소는 더 이상 독립적이지 않습니다. 돌턴은 원자론적 가설을 사용하여 자신의 법칙을 설명했습니다.
가스 혼합물에 i 성분이 있다고 가정하면 Mendeleev-Cliperon 방정식의 형식은 다음과 같습니다.
\[ ((p)_1+p_2+\dots +p_i)V=(\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)((\mu )_2)+\dots +\frac(m_i )((\mu )_i))RT\ \quad \left(3\right), \]
여기서 \(m_i\)는 가스 혼합물 구성 요소의 질량이고, \((\mu )_i\)는 가스 혼합물 구성 요소의 몰 질량입니다.
당신이 입력하면 \(\왼쪽\랭글 \mu \오른쪽\랭글 \)다음과 같은 것:
\[ \frac(1)(\left\langle \mu \right\rangle )=\frac(1)(m)\left[\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)( (\mu )_2)+\dots +\frac(m_i)((\mu )_i)\right] \quad \left(4\right), \]
그런 다음 방정식 (3)을 다음 형식으로 작성합니다.
\[ pV=\frac(m)(\left\langle \mu \right\rangle )RT \quad \left(5\right). \]
Dalton의 법칙은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
\[ p=\sum\limits^N_(i=1)(p_i)=\frac(RT)(V)\sum\limits^N_(i=1)((\nu )_i)\ \quad \left (6\오른쪽). \]
\[ p_i=x_ip\ \quad \left(7\right), \]
어디 \(i번째\의 x_i-몰\ 농도\)혼합물에 가스를 넣는 동안:
\[ x_i=\frac((\nu )_i)(\sum\limits^N_(i=1)(n_i))\ \quad \left(8\right), \]
여기서 \((\nu )_i \)는 혼합물에 있는 \(i-th \) 가스의 몰수입니다.
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가스 혼합물은 성분의 농도와 부피 전체의 상태 매개변수가 동일한 값을 갖는 경우 평형 상태에 있습니다. 이 경우 혼합물에 포함된 모든 기체의 온도는 동일하며 혼합물의 온도와 같습니다. 티센티미터.
평형 상태에서 각 가스의 분자는 혼합물의 전체 부피에 고르게 분산됩니다. 즉, 고유한 특정 농도를 가지므로 자체 압력이 있습니다. 아르 자형 나, Pa라고 불리는 부분적인 . 이는 다음과 같이 정의됩니다.
분압은 혼합물 온도 T에서 혼합물에 대해 의도된 전체 부피를 단독으로 점유하는 경우 주어진 구성 요소의 압력과 동일합니다. 센티미터 .
영국의 화학자이자 물리학자인 Dalton이 1801년에 공식화한 법칙에 따르면 이상 기체 혼합물의 압력 p 센티미터 구성 요소 p의 부분 압력의 합과 같습니다. 나 :
어디 N– 구성요소의 수.
식 (2)는 다음과 같이 불린다. 부분압력의 법칙.
3.3. 가스 혼합물 구성 요소의 감소된 부피. 아마그의 법칙
정의에 따르면 감소된 볼륨 나가스 혼합물의 번째 구성 요소 V 나, m3은 압력 및 온도가 전체 가스 혼합물의 압력 및 온도와 동일할 경우 이 하나의 구성 요소가 차지할 수 있는 부피입니다.
1870년경에 공식화된 프랑스 물리학자 Amag의 법칙에 따르면 혼합물의 모든 구성 요소의 감소된 부피의 합은 혼합물의 부피와 같습니다.V 센티미터 :
, m 3. (삼)
3.4. 가스 혼합물의 화학적 조성
가스 혼합물의 화학적 조성을 지정할 수 있습니다. 세 가지 다른방법.
n개의 성분으로 구성된 가스 혼합물을 고려하십시오. 혼합물이 부피를 차지함 V cm, m 3, 질량이 있음 중 cm, kg, 압력 아르 자형 cm, Pa 및 온도 티 cm, K. 또한 혼합물의 몰수는 다음과 같습니다. N cm, 몰. 동시에, 하나의 질량 나번째 구성 요소 중 나, kg 및 이 성분의 몰수 ν 나, 두더지.
다음은 분명합니다.
, (4)
. (5)
고려 중인 혼합물에 대해 Dalton의 법칙(2)과 Amag의 법칙(3)을 사용하여 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
, (6)
, (7)
어디 아르 자형 나- 부분 압력 나번째 구성 요소 Pa; V 나– 볼륨 감소 나번째 구성 요소, m3.
분명히, 가스 혼합물의 화학적 조성은 질량, 몰 또는 구성 요소의 부피 분율로 지정될 수 있습니다.
, (8)
, (9)
, (10)
어디 g 나 , 케이 나 그리고 아르 자형 나– 질량, 몰 및 부피 분율 나혼합물의 각 성분(무차원 값)입니다.
다음은 분명합니다.
,
,
. (11)
실제로는 혼합물의 화학적 조성이 분수로 표시되지 않는 경우가 많습니다. 나번째 구성 요소 및 해당 비율입니다.
예를 들어, 난방 공학에서는 건조한 공기가 79부피%의 질소와 21부피%의 산소로 구성되어 있다는 것이 대략적으로 받아들여집니다.
퍼센트 나 혼합물의 번째 구성 요소는 해당 비율에 100을 곱하여 계산됩니다.
예를 들어 건조한 공기의 경우 다음과 같습니다.
,
. (12)
어디 
그리고 
– 건조한 공기 중 질소와 산소의 부피 분율; N 2 및 O 2 – 각각 질소와 산소의 부피 백분율 지정, % (vol.).
메모:
1)이상적인 혼합물의 몰 분율은 수치적으로 부피 분율과 동일합니다.케이 나 = 아르 자형 나 . 그것을 증명해 봅시다.
부피 분율의 정의 사용(10)그리고 Amag의 법칙(3)은 다음과 같이 쓸 수 있습니다:
,
(13)
어디V 나 – 볼륨 감소나번째 구성 요소, m 3
;
ν
나 – 두더지 수나번째 성분, mol;
– 1몰의 부피나혼합 압력 p에서의 번째 성분센티미터 및 혼합물 온도 T센티미터 , 중 3
/mol.
아보가드로의 법칙(이 부록의 단락 2.3 참조)에 따르면 동일한 온도와 압력에서 모든 가스(혼합물 성분) 1몰은 동일한 부피를 차지합니다. 특히 T에서는센티미터 그리고 피센티미터 양이 좀 많을 거예요V 1 , 중 3 .
이를 통해 우리는 평등을 작성할 수 있습니다:
.
(14)
대체(14)V(13)우리는 필요한 것을 얻습니다:
.
(15)
2)가스 혼합물의 구성 요소의 부피 분율은 부분 압력을 알면 계산할 수 있습니다. 보여드리겠습니다.
고려해 봅시다나- 두 가지 다른 상태의 이상기체 혼합물의 두 번째 성분: 부분압력 p에 있을 때 나 ; 감소된 부피를 차지할 때V 나 .
이상기체의 상태 방정식은 모든 상태, 특히 위에서 언급한 두 가지 상태에 대해 유효합니다.
이에 따라 특정 볼륨의 정의를 고려하여 다음과 같이 작성할 수 있습니다.
,
(16)
,
(17)
어디아르 자형 나 – 가스 상수나혼합물의 번째 성분, J/(kg K).
두 부분을 나눈 후(16)그리고(17)서로에 대해 우리는 필요한 것을 얻습니다:
.
(18)
에서(18)혼합물의 성분의 분압은 알려진 혼합물의 전체 압력 p를 사용하여 화학적 조성으로부터 계산할 수 있음을 알 수 있습니다.센티미터 :
.
(19)
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소개
열공학은 열을 얻고, 변환하고, 전달하고, 사용하는 방법과 열기관, 장치 및 장치의 작동 원리와 설계 특징을 연구하는 과학입니다. 열은 인간 활동의 모든 영역에서 사용됩니다.
이를 사용하는 가장 합리적인 방법을 확립하고, 열 설비 작업 프로세스의 효율성을 분석하고, 새롭고 가장 진보된 유형의 열 장치를 만들려면 난방 엔지니어링의 이론적 기반을 개발해야 합니다. 열 사용에는 에너지와 기술이라는 근본적으로 다른 두 가지 방향이 있습니다.
에너지로 사용되면 열은 기계적 작업으로 변환되어 발전기에서 전기 에너지가 생성되어 장거리 전송에 편리합니다. 열은 보일러 설비에서 연료를 연소하거나 내연 기관에서 직접 얻습니다.
기술 과정에서 열은 다양한 신체의 특성(용해, 응고, 구조 변경, 기계적, 물리적, 화학적 특성)을 의도적으로 변경하는 데 사용됩니다. 생산되고 소비되는 에너지 자원의 양은 엄청납니다.
열 공학은 기술 전문 분야의 전문가 교육에 대한 일반적인 기술 분야이며 세 가지 상호 연관된 주제로 구성됩니다. 기술 열역학, 열 전달 이론의 기초, 열 에너지의 변환 법칙과 특성 및 열 전파 과정이 다음과 같습니다. 공부했습니다.
열 공학 과정의 목표는 일련의 기술 및 열 프로세스와 해당 기술 및 화력 장비인 현대 화학 생산의 설계 및 운영을 유능하게 관리할 수 있는 기술을 갖춘 화학 엔지니어-기술자를 준비하는 것입니다. 본 교육은 화공대학 졸업생들이 위의 과제를 성공적으로 수행하는데 기여할 것입니다. 핵, 열핵, 재생 에너지 유형이 실질적으로 중요하고 효과적인 에너지 범위에 포함됨에 따라 그러한 준비의 중요성은 커질 것입니다. 왜냐하면 잘 알려진 표현처럼 어떤 유형의 에너지도 부족함만큼 비용이 많이 들지 않기 때문입니다.
가스 부분 가스 터빈 대류
이론적 질문 1번
가스 혼합물의 개념. 부분 압력. 돌턴의 법칙. 부분 볼륨. 아마그의 법칙. 가스 혼합물을 지정하는 방법. 공기와 인화성 혼합물의 화재 위험
가스 혼합물은 서로 화학 반응을 일으키지 않는 여러 가지 이상 가스의 혼합물입니다. 가스 혼합물의 예로는 주로 질소와 산소의 혼합물로 구성된 대기; 천연 가스; CO 2, CO, N 2, NO 2, O 2 및 기타 가스를 포함하는 내연 기관(ICE)의 배기 가스, 건조 장치의 습한 공기(수증기) 등
가스 혼합물의 특성을 결정하는 주요 원리는 혼합물 내 가스 작용의 독립성 원리입니다. 즉, 혼합물의 각 가스는 다른 가스와 독립적으로 작용하고 특성을 변경하지 않으며 모든 가스 법칙을 준수합니다. 또한, 각 기체는 혼합물의 전체 부피를 차지하고 혼합물 내의 모든 기체는 동일한 온도를 가지며, 혼합 기체의 특성은 모든 구성 요소의 특성의 합입니다.
이로 인해 가스 혼합물은 균질한 이상 기체와 동일한 법칙과 방정식을 따릅니다. 가스 혼합물의 거동을 결정하는 기본 법칙은 Dalton의 법칙입니다. 즉, 이상 가스로 구성된 가스 혼합물의 총 압력은 모든 구성 요소의 부분 압력의 합과 같습니다.
아르 자형 센티미터=피 1 + 피 2 + … +r N =
여기서 P cm은 가스 혼합물의 압력입니다. P 1, P 2, P n - 혼합물 구성 요소의 분압.
혼합물의 전체 부피를 차지하는 혼합물의 각 구성 요소는 자체 부분 압력을 받고 있습니다. 그러나이 구성 요소가 혼합물 T cm의 동일한 온도에서 압력 P cm하에 배치되면 혼합물의 부피 V cm보다 작은 부피 (V i)를 차지합니다. 이 볼륨 Vi를 축소 또는 부분이라고 합니다.
부분 압력은 주어진 구성 요소의 상태 방정식을 사용하여 계산됩니다.
따라서, .
혼합물에 포함된 가스를 부피별로 비교하기 위해 부분 부피의 개념이 도입되었습니다.
주어진 성분의 부분(환원된) 부피는 주어진 성분이 혼합물의 온도 및 압력에 단독으로 있을 경우 가질 수 있는 조건부 부피입니다. 가스 혼합물의 부피와 혼합물에 있는 개별 가스의 부분 부피 사이의 관계는 Amag의 법칙(가법)을 반영합니다. 가스 혼합물의 총 부피는 해당 구성 요소의 부분 부피의 합과 같습니다.
V 센티미터= V 1 + V 2 +...+ V N = .
부분 부피를 계산하기 위해 혼합물에 포함된 모든 기체에 대한 두 가지 상태 방정식을 작성합니다.
첫 번째는 부분압력을 갖는 가스의 경우입니다. 아르 자형 1 , 혼합물의 전체 부피를 차지합니다 V 센티미터혼합물의 온도를 가지고 있다 티 센티미터:
아르 자형 1 V 센티미터=m 1 아르 자형 1 ·티 센티미터;
두 번째 - 압력 P cm 및 혼합물 온도 T cm에서 가스의 부피 Vi가 감소한 경우:
아르 자형 센티미터V 1 =m 1 아르 자형 1 ·티 센티미터.
첫 번째 방정식을 두 번째 방정식으로 나누어 구성 요소의 상태 방정식을 얻습니다.
여기서 P cm 및 V cm은 혼합물의 압력과 부피입니다. Pi와 Vi는 i 성분의 압력과 부피입니다.
여기에서 구성 요소의 부분 볼륨을 표현합니다.
가스 혼합물의 특성은 질량, 부피 및 몰분율로 지정할 수 있는 구성에 따라 달라집니다.
질량 분율혼합물의 성분 g i는 전체 혼합물의 질량에 대한 성분의 질량의 비율과 동일한 값입니다.
여기서 m i는 이 구성 요소의 질량입니다. m cm는 n 성분을 포함하는 전체 혼합물의 질량입니다.
혼합물의 질량 m은 모든 성분의 질량의 합과 같기 때문에:
그러면 질량 분율의 합은 다음과 같습니다.
혼합물에 포함된 개별 가스의 질량 분율을 알면 부분 압력을 결정할 수 있습니다.
따라서
질량 분율은 종종 백분율로 지정됩니다. 예를 들어, 건조한 공기의 경우: g(N 2) = 77%; g(O2) = 23%.
부피 분율혼합물 성분 r i는 혼합물의 부피에 대한 성분의 부분 부피의 비율과 동일한 값입니다.
어디 V 나- 주어진 구성 요소의 부분 부피; V 센티미터- 전체 혼합물의 부피.
혼합물의 부피는 성분의 부분 부피의 합과 같으므로 부피 분율의 합은 다음과 같습니다.
부피 분율은 백분율로 지정됩니다. 예를 들어, 공기의 경우: r(N 2) = 79%; r(O2) = 21%.
몰분율혼합물의 성분 x i는 혼합물의 총 몰수에 대한 이 성분의 몰수 비율과 동일한 값입니다.
혼합물의 총 몰수는 각 성분의 몰수의 합과 동일하므로 다음이 분명합니다.
아보가드로의 법칙에 따르면, 동일한 압력과 온도, 특히 혼합물의 온도와 압력에서 모든 기체 1몰의 부피는 이상 기체 상태에서 동일합니다. 따라서 모든 성분의 감소된 부피는 몰 부피의 곱으로 계산될 수 있습니다. V 중이 성분의 몰수, 즉 V 나 = V 중N, 혼합물의 부피는 다음 식에 따른다. V = V 중N.
따라서 혼합물에 포함된 가스를 몰 분율로 지정하는 것은 부피 분율을 지정하는 것과 같습니다.
질량과 몰분율 사이의 관계는 다음 방정식에서 찾을 수 있습니다.
결과적으로 다음과 같은 관계가 성립됩니다.
결과 방정식에서 중 센티미터- 주어진 가스 혼합물의 평균(겉보기) 분자량, 즉 주어진 가스 혼합물과 특성이 유사한 조건부 균질 가스의 분자량.
이를 토대로 가치를 중 센티미터혼합물의 구성에 따라 다음과 같이 결정됩니다.
비율 이후 :
규모에 대한 종속성 추가 g 나가스 혼합물의 모든 구성 요소에 대해 다음이 있습니다.
변환 후에 우리는 다음을 얻습니다:
기체 혼합물의 상태 방정식은 다음과 같은 이유로 채택될 수 있습니다. 독립성의 원리에 따르면 혼합물의 각 기체가 다른 기체와 독립적으로 상태 방정식을 따르면 전체 혼합물은 고유한 특성을 갖는 하나의 균질 기체로 간주될 수 있으며 이 기체도 상태 방정식을 따릅니다. , 즉.
어디 아르 자형 센티미터.- 혼합물의 평균 분자량을 기준으로 결정된 혼합물의 평균 겉보기 기체 상수:
크기 아르 자형 센티미터.의존성을 대체한 후 혼합물의 구성에서도 찾을 수 있습니다. 중 센티미터:
모든 구성 요소를 요약하면 다음과 같은 결과를 얻습니다.
방정식 왼쪽의 합은 혼합물의 부피와 같습니다. 방정식의 양변을 혼합물의 질량으로 나누기 중우리는 얻는다
방정식 오른쪽의 합은 혼합물의 기체 상수를 나타냅니다.
공기와 특정 혼합물에 포함된 일부 가스 및 증기는 폭발성이 있습니다. 가스 혼합물의 화재 위험은 혼합물 내 인화성 가스, 증기 또는 먼지의 농도에 따라 결정됩니다. 인화성 농도 하한(LCFL)에는 혼합물에 소량의 연료와 과잉 공기가 있습니다. 연료의 농도가 증가할수록 혼합물에 공기 부족이 나타나 점화 능력이 상실됩니다.
혼합물의 폭발은 혼합물에 포함된 인화성 가스와 공기 또는 산소의 특정 비율에서만 발생할 수 있으며 폭발 한계의 하한 및 상한이 특징입니다. 혼합물의 구성을 선택할 때 폭발 한계가 고려됩니다. 예를 들어, 메탄-공기 혼합물은 5.3~14.9% CH4를 함유하면 폭발성이고, 암모니아-공기 혼합물은 14.0~27% NH3를 함유하면 폭발성이 있습니다. 따라서 12-13% CH 4 및 11-12% MN 3 을 포함하는 생산에 사용되는 가스 혼합물은 공기 중에서 폭발 방지 기능이 있습니다. 그러나 이러한 초기 혼합물은 폭발 한계에 가깝고 구성 위반 가능성을 방지하기 위해 가스 비율의 자동 조절이 제공됩니다. 완전한 안전을 위해 초기 혼합물에 질소가 첨가됩니다.
이론적 질문 2번
가스 터빈 사이클
가스 터빈 장치(GTU)는 작동 유체가 연료 연소의 기체 생성물(또는 어떤 방식으로든 가열된 기타 가스)이고 작동 엔진이 가스 터빈인 화력 장치입니다. 가스터빈은 내연기관으로 분류됩니다. 고속으로 이동하는 가스의 운동 에너지로 인해 유용한 작업이 생성된다는 점에서 피스톤 내연 기관과 다릅니다.
가스 터빈 장치는 피스톤 엔진에 비해 다음과 같은 기술적, 경제적 이점을 가지고 있습니다.
높은 출력으로 더 가벼운 무게와 작은 설치 크기;
크랭크 로드 메커니즘이 없습니다.
스트로크의 균일성 및 작업 소비자(발전기, 원심 압축기 등)와의 직접 연결 가능성
유지 관리 용이성;
완전 팽창을 통한 사이클 구현으로 열효율이 높습니다.
저렴한 종류의 연료(등유)를 사용할 가능성.
가스 터빈의 이러한 장점은 다양한 기술 분야로 확산되는 데 기여했습니다.
최초의 가스 터빈의 설계는 러시아 함대 P.D.의 기계 엔지니어가 개발했습니다. 1897년 Kuzminsky. 소형 보트용으로 제작되었습니다. 이 터빈의 특징은 수증기를 사용하여 작동한다는 것인데, 수증기는 터빈 앞의 가스 온도를 낮추기 위해 연소실에 주입됩니다.
가스 터빈의 광범위한 사용은 두 가지 주요 문제, 즉 고효율 가스 압축기(터보 압축기)의 생성과 650~750℃의 온도에서 장기간 작동할 수 있는 새로운 내열 금속 합금의 생산이라는 두 가지 주요 문제를 해결한 후에야 가능해졌습니다. C 이상.
가스 터빈 플랜트의 작동은 가장 단순한 열역학적 프로세스로 구성된 이상적인 사이클을 기반으로 합니다. 이러한 사이클의 열역학적 연구는 내연 기관 사이클과 유사한 가정을 기반으로 합니다. 즉, 사이클은 가역적이며, 사이클 작동 유체의 화학적 조성을 변경하지 않고 열이 공급되고, 열 제거는 가역적이라고 가정됩니다. 유압 및 열 손실이 없으며 작동 유체는 열용량이 일정한 이상적인 가스입니다. 압축, 열 공급 및 팽창 과정이 동일한 실린더에서 수행되는 피스톤 내연 기관과 달리 가스 터빈 장치에서는 이러한 과정이 작동 유체의 흐름이 순차적으로 유입되는 설비의 다양한 요소에서 발생합니다. 가스 터빈은 일정한 압력과 일정한 부피에서 연료 연소로 작동할 수 있습니다. 해당 이상적인 사이클은 다음과 같은 사이클로 나뉩니다.
일정한 압력에서 열 입력으로 ( P = 불변) - 브레이튼 사이클;
일정한 양의 열 입력으로 ( V = const) -- 험프리 사이클;.
열 회수를 통해 순환합니다.
일정한 압력에서 열을 공급하는 사이클이 가장 실용적으로 적용되었습니다.
피= const(브라이튼 사이클)
일정한 압력에서 연료 연소가 발생하는 가스 터빈 장치의 개략도가 그림 1에 나와 있으며, 그 안에서 수행되는 가역 사이클이 그림 1.1의 pv 및 Ts 다이어그램에 나와 있습니다. 이 설치에서는 압력 p 1과 온도 T 1을 갖는 환경의 대기가 가스 터빈(4)과 동일한 샤프트에서 회전하는 압축기(1)의 입력으로 들어갑니다. 압축기에서 공기는 단열 압축됩니다( 1-2 ) 기체 또는 액체 연료가 들어가는 연소실 (3)에 공급되는 압력 p 2까지. 여기서는 일정한 압력에서 연료 연소가 발생합니다. 피=같은 저자 (2-3 ), 그 결과 생성된 가스 연소 생성물의 온도가 T3 값으로 상승합니다. 이 온도와 압력 p 3 = p 2에서 가스는 터빈(4)으로 들어가고, 여기서 단열 팽창( 3-4 ) 최대 대기압 p 1은 작업을 수행하며 그 중 한 부분은 압축기 구동에 사용되고 다른 부분은 전기를 생성하는 발전기 구동에 사용됩니다. 터빈(4)에서 압력 p 4 = p 1의 가스가 주변 대기로 방출됩니다( 4-1 ) 대기로부터 새로운 깨끗한 공기가 압축기로 유입됩니다.
다음은 이상적인 주기를 정의하는 매개변수로 허용됩니다.
공기압 증가율 또는 (압축비) ;
사전 확장 정도.
사이클 효율성의 주요 열역학적 지표는 열효율입니다.
그리고 제거된 열의 양 - 공식에 따라
그러면 사이클의 열효율은
이는 일반적으로 압력 증가 정도 y의 함수로 표현됩니다. 단열 1 - 2의 경우 다음이 있습니다.
등압선 2 - 3의 경우
단열 3~4용
얻은 온도 T 2, T 3 및 T 4를 열효율 방정식에 대입하면 다음을 얻습니다.
일정한 압력에서 열을 공급하는 가스 터빈 장치의 열효율은 압력 증가 정도 y와 단열 지수 k에 따라 달라지며 이러한 값이 증가함에 따라 증가한다는 공식에 따릅니다.
의존성이 있음
결과적으로 동일한 작동 유체에 대해 정도가 증가합니다.
압축은 항상 효율성의 증가로 이어집니다.
사이클 작업:
공기압의 증가 정도가 증가하면 가스 터빈 설치의 효율성에 유익한 영향을 미친다는 사실에도 불구하고, 이 값이 증가하면 터빈 블레이드 앞의 가스 온도가 증가합니다. 이 온도의 값은 블레이드를 구성하는 합금의 내열성에 의해 제한됩니다. 현재 터빈 앞의 최대 허용 가스 온도는 800~1000°C이며, 온도를 더 높이는 것은 새로운 내열 재료를 사용하고 냉각 블레이드가 있는 터빈 설계를 도입해야만 달성할 수 있습니다.
열 공급이 가능한 가스 터빈 장치의 구성 및주기V= const (험프리 사이클)
일정한 부피(V=const)로 열을 공급하는 사이클로 작동하는 가스 터빈 장치에서 연료 연소 과정은 연소실에 설치된 흡기 및 배기 밸브가 닫힌 상태에서 발생합니다. 터빈 6에 의해 구동되는 압축기 1은 제어된 밸브 7을 통해 연소실 4에 압축 공기를 공급합니다. 두 번째 밸브 5는 연소실 끝에 위치하며 연소 생성물을 터빈으로 방출하도록 설계되었습니다. 연료는 노즐을 통해 터빈 샤프트에 위치한 펌프 2에 의해 연소실에 공급됩니다. 연료 공급은 연료 밸브 3을 통해 주기적으로 이루어져야 합니다.
압력이 증가하면 밸브 5가 열리고 연소 생성물이 노즐 장치와 터빈 블레이드 6으로 들어갑니다. 가스는 터빈 블레이드를 통과할 때 작동하여 환경으로 방출됩니다.
이 설치 주기는 압축기의 단열 압축으로 구성됩니다( 교류); 열 공급 V= const(C~Z); 터빈 내 가스의 단열 팽창( z-e); 가스에 의한 주변 공기로의 등압 열 전달 ( 에아). pv 및 Ts 좌표의 열역학적 사이클이 그림 2.1에 나와 있습니다. 주기의 주요 매개변수는 다음과 같습니다.
압축기의 압력 증가 정도;
등방성 압력의 정도가 증가합니다.
일정한 부피로 열을 공급하는 가스 터빈 터빈 사이클의 효율은 다음과 같이 결정됩니다.
사이클의 특징적인 지점에서의 가스 매개변수는 다음 관계식으로부터 초기 온도 Ta를 통해 결정됩니다.
이러한 온도 표현을 열효율 공식으로 대체하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.
따라서 일정한 체적의 입열량을 갖는 가스터빈 장치의 효율 값은 압축기의 압력 증가 정도와 연소실의 압력 증가 정도에 따라 달라지며, 이는 입열량에 따라 달라집니다. 큐 1 ) 등방성 과정에서.
주기당 특정 작업이 결정됩니다.
열 입력이 있는 사이클 간 비교 p=상수그리고 V= const보인다, 동일한 압력 증가와 동일한 양의 열 제거에서 일정한 부피로 열을 공급하는 사이클이 일정한 압력에서 열을 공급하는 사이클보다 더 수익성이 높습니다. 이는 사이클의 확장 정도가 더 크기 때문입니다. V = const, 결과적으로 높은 열효율 값. 이러한 장점에도 불구하고 일정한 부피로 열을 공급하는 사이클은 연소실 설계의 복잡성과 맥동하는 가스 흐름에서 터빈의 성능 저하로 인해 실제로 널리 적용되지는 않았지만 이 사이클을 개선하기 위한 작업은 계속되고 있습니다.
연소실의 복잡한 설계로 인해 등방성 열 공급을 갖춘 가스 터빈 사이클은 Brayton 사이클에 비해 효율성이 향상되었음에도 불구하고 극히 드물게 사용됩니다.
열 회수 기능이 있는 GTU 사이클
가스 터빈 발전소의 열효율을 높이는 방법 중 하나는 열 회수를 사용하는 것입니다. 열 회수에는 배기 가스의 열을 사용하여 연소실로 들어가는 공기를 예열하는 작업이 포함됩니다. T 4 >T 2이면 열 재생이 가능합니다. 이를 위해 열 교환기라는 추가 장치가 설치 회로에 도입됩니다.
열 회수가 포함된 P = const에서 연소되는 가스 터빈 설치 다이어그램이 그림 3에 나와 있습니다. 열 회수가 포함된 가스 터빈 설치와 재생이 없는 설치의 차이점은 압축 공기가 압축기 1에서 즉시 연소로 유입되지 않는다는 점입니다. 챔버 4는 먼저 공기 재생기-열 교환기 3을 통과하며 배기 가스의 열에 의해 가열됩니다. 따라서 터빈을 떠나는 가스는 대기로 방출되기 전에 공기 재생기를 통과하여 냉각되어 압축 공기를 가열합니다. 따라서 이전에 배기 가스에 의해 대기로 운반되었던 열의 특정 부분이 이제 유용하게 사용됩니다.
P,v - 및 T,s - 다이어그램에서 재생 및 등압 열 공급을 갖춘 가스 터빈 플랜트의 사이클이 그림 1에 나와 있습니다.
쌀. 1 열 회수 기능이 있는 가스 터빈 장치의 열 다이어그램
고려 중인 사이클은 압축기 1-2의 공기 압축 단열 과정, 재생기에서 공기의 등압 가열인 과정 2-5, 열 공급에 해당하는 등압 과정 5-3으로 구성됩니다. 연료 연소로 인한 연소실, 터빈에서 가스 3-4의 단열 팽창 과정, 재생기 4-1에서 배기 가스의 등압 냉각.
등압 과정에서 작동 유체에 공급되는 열의 양
그리고 등압 과정에서 빠져나오는 것은 무엇입니까?
q 1과 |q 2 | 전체적인 비율로
우리는 그것을 얻을 것이다.
사이클의 주요 지점의 온도는 다음과 같이 결정됩니다.
R에 열 입력이 있는 가스 터빈 사이클의 열 효율 = const완전한 재생은 초기 온도 T 1 과 단열 팽창 종료 시 온도 T 4 에 따라 달라집니다.
실제 조건에서는 열교환기가 이상적이지 않기 때문에 재생열이 완전히 전달되지 않습니다. 사이클의 열효율은 재생 정도에 따라 달라집니다. 재생 정도는 재생기에서 압축 공기가 받은 공기로 전달된 열량과 가스 터빈 출구에서 T 2 에서 T 5 = T 4 로 가열되면 받을 수 있는 열량의 비율입니다. .
재생이 불완전한 가스 터빈 사이클의 열효율, 즉 r에<1, определяется следующим образом
재생 정도는 열교환기(재생기) 작업 표면의 품질과 면적에 따라 결정됩니다.
현재 이러한 가스 터빈은 재생기의 무게와 크기가 크기 때문에 선박 발전소와 같은 고정 설비에 사용됩니다.
과제 1번
질량 조성이 프로판 - 48.7%, 부탄 - 16.8%, 헥산 - 14.6%, 에틸렌 - 4.7% , 질소 - 15.2%인 경우 혼합물의 부피 조성, 분자량, 기체 상수 및 부피를 결정합니다. 혼합물 압력은 3bar이고, 혼합물의 질량과 온도는 각각 동일합니다.
|
무게, kg |
온도, 0C |
|
|
C4H10 = 16.8% C6H14 = 14.6% C2H4=4.7% Pcm = 3bar 티센티미터 = 17℃ |
g i (C3H8) = 0.487 g 나는 (C4H10) = 0.168 g 나는 (C6H14) = 0.146 지 나는 (C2H4) = 0.047 지 나는 (N 2) = 0.152 Pcm = 3·10·5Pa |
찾기: i - ?, M cm - ?,
R cm - ?, V cm - ?
1. 참조 데이터를 사용하여 구성 요소의 분자량을 결정합니다.
M(C3H8) = 44kg/kmol;
M(C4H10) = 58kg/kmol;
M(C6H14) = 86kg/kmol;
M(C2H4) = 28kg/kmol;
M(N 2) = 28kg/kmol.
2. 보편적 기체 상수 R = 8.314 kJ/kmol K의 값을 사용하여 기체의 기체 상수를 계산해 보겠습니다.
R(C3H8) = 0.18895 kJ/kg K = 188.9 J/kg K;
R(C 4 H 10) = = 0.1433 kJ/kg K = 143.3 J/kg K;
R(C 6 H 14) = = 0.09667 kJ/kg K = 96.7 J/kg K;
R(C 2 H 4) = 0.2969 kJ/kg K = 296.9 J/kg K;
R(N 2) = = 0.2969 kJ/kg K = 296.9 J/kg K.
3. 혼합물의 기체 상수를 결정해 보겠습니다.
아르 자형 센티미터= ?(g 나 아르 자형 나)
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+45.13 = 189.43 J/kg K.
4. 혼합물에 포함된 성분의 부피 분율을 결정해 보겠습니다.
여기서 R cm은 혼합물의 기체 상수, J/(kg K)입니다.
Ri는 혼합물에 포함된 개별 성분의 기체 상수 J/(kg K)입니다.
5. 혼합물의 분자량을 계산합니다.
Mcm = 0.488 44 + 0.127 58 + 0.074 86 + 0.073 28 + 0.238 28 = 21.47 + 7.37 + 6.36 + 2.04 + 6.66 = 44kg/kmol.
6. Clayperon 방정식으로 표현하여 가스 혼합물의 부피를 계산합니다.
아르 자형V = 중 아르 자형 티,
m 3 /kg.
답: r(C 3 H 8) - 48.8%; r(C4H10) -12.7%;
r(C6H14) - 7.4%; Mcm - 44kg/kmol.
r(C2H4) - 7.3%; R cm - 189.43 J/kg K.
r(N2) - 23.8%; V cm - 1.648 m 3 /kg.
문제 2번
반응기 내 가스 혼합물의 부피 조성은 일산화탄소 = 14%, 질소 = 6%, 산소 = 75%, 수증기 = 5%이며 t1에서 t2로 가열됩니다. 가스 혼합물에 공급되는 열의 양을 결정하십시오. 귀하의 옵션에 따라 온도에 따른 열용량의 의존성을 허용하십시오.
|
끊임없는 |
|
H 2 O 증기 = 5% |
r(H 2 O) 증기 = 0.05 |
찾기: Q - ?
1. 문제의 조건에 따르면 온도에 대한 열용량의 의존성은 일정합니다. 즉, 온도에 의존하지 않으므로 열용량은 다음 공식에 의해 결정됩니다.
여기서 C는 가스의 열용량, kJ/kmol K입니다.
M i는 성분의 분자량(g/kmol)입니다.
이원자 가스(질소, 산소)의 경우 C V = 20.93 kJ/kmol K, 수증기 및 기타 다원자 기체 C의 경우 V = 25kJ/kmolK.
구성 요소의 열용량을 계산해 보겠습니다.
kJ/kmol K;
kJ/kmol K;
kJ/kmol K;
kJ/kmol K.
가스 혼합물의 총 열용량을 계산해 보겠습니다.
Ccm = 0.7475 0.14 + 0.7475 0.06 + 0.6541 0.75 + 1.3889 0.05 = 0.1046 + 0.0448 + 0.4906 + 0.0694 = 0.7094kJ/kmol K.
2. 다음 공식을 사용하여 일정한 열용량에서 열량을 계산합니다.
큐 = 엠씨 V(티 2 - 티 1 )
질문 = 4 0.7094(1073 - 423) = 2.8376 650 = 1844.44J.
답: Q = 1844.44 J.
문제 3번
공기는 등방성 열 공급을 통해 순환적으로 작동합니다. 공기 질량, 초기 압력, 초기 온도, 압축비 및 연소 중에 공급되는 열량이 각각 동일한 경우 특성 지점에서 사이클의 매개변수와 사이클의 유용한 작업을 결정합니다.
|
P 1 = 9 · 10 3 Pa |
찾기: A = ?
등방성 열 공급이 있는 순환(Otto 순환)은 두 개의 단열재와 두 개의 등방성으로 구성됩니다. 사이클의 특징은 다음과 같습니다.
압축률 - ;
압력 증가 정도 - ;
공급되고 제거되는 열의 양은 다음 공식에 의해 결정됩니다.
사이클의 작업은 다음에 의해 결정됩니다.
1. 특징적인 지점에서 사이클의 매개변수를 결정해 봅시다.
a) 지점 1의 매개변수를 결정해 보겠습니다.
P 1 = 90 · 10 3 Pa; T1 = 298K; M 공기 = 28.97kg/kmol.
공기의 기체 상수는
Clayperon 방정식으로 표현하여 공기의 비량 V 1을 계산해 보겠습니다.
b) 포인트 2의 매개변수를 결정해 보겠습니다.
압축률은
따라서 m 3 /kg.
단열 방정식(과정 1-2 - 단열 압축)으로부터 온도를 표현합니다.
여기서 k는 단열 지수(공기의 경우 1.4)입니다.
압력 P 2는 다음 식에서 구합니다.
c) 지점 3의 매개변수를 결정해 보겠습니다.
2 - 3이 아이소코어이므로 V 3 = V 2 = 0.7125 m 3 /kg입니다.
지점 3의 온도는 다음 관계식으로 결정됩니다.
Ms v = 20.98 kJ/kg K, M(공기) = 28.97 kg/kmol을 취하면 다음을 얻습니다.
따라서,
압력 P 3은 다음 관계식으로 결정됩니다.
d) 지점 4에서 매개변수를 결정해 보겠습니다.
V 4 = V 1 = 2.85m 3 /kg.
여기에서 점 4의 압력을 표현합니다.
2. 사이클의 유용한 작업을 결정합니다.
제거된 열의 양을 계산해 보겠습니다.
주기에서 유용한 작업은 다음과 같습니다.
답변: 엘 TS= 680.56kJ.
문제 4번
초기 압력이 100kPa이고 단열 지수가 1.3이며 가연성 혼합물의 초기 온도와 자체 발화 온도가 다음과 같다고 알려진 경우 등방성 열 공급이 있는 사이클에서 가장 높은 압축비를 찾습니다.
|
t 자체 = 430 0C |
P 1 =10 10 3 Pa |
등방성 열 공급이 발생하므로 단열 방정식으로 압축 정도를 표현합니다.
압축률을 계산해 보겠습니다.
답: 압축률은요? 등방성 열 공급이 있는 사이클의 최대값은 26.9입니다. 압축비가 높을수록 사이클의 효율성이 높아집니다.
작업 번호 5
공기가 저장소 밖으로 흘러나옵니다. 단열 유출의 이론적인 속도가 임계 속도와 같아지는 매체 압력의 값과 초기 압력과 온도가 각각 같을 때 이 속도의 크기를 구합니다.
|
P 1 =5 10 6 Pa |
찾기: P 2 = ?
공기는 이원자 가스이므로 공기의 임계값은 0.528입니다.
관계에서 우리는 매체 P 2의 압력을 표현하고 찾습니다.
b의 값을 결정하고 이를 공기의 임계값(0.528 = 0.528)과 비교해 보겠습니다.
가스의 단열 유출이 언제 발생합니까? kr 단위로, 이론적인 가스 유출 속도는 임계 속도와 같고 공식에 의해 결정됩니다.
답: P 2 = 2.64 10 6 Pa; 승 cr= 321m/초.
이론적 질문 3번
강제 유체 이동을 통한 대류 열 전달. 채널을 통한 유체의 강제 이동 중 열 전달.
대류 열전달은 대류와 열전도가 결합된 과정입니다. 액체나 기체가 이동할 때 서로 다른 온도의 개별 입자가 필연적으로 접촉하기 때문입니다.
액체나 기체의 흐름과 고체 표면 사이의 대류 열교환을 대류 열전달이라고 합니다.
종종 복사에 의한 열 전달이 동반됩니다.
액체의 이동을 유발하는 원인에 따라 자유(자연 대류)와 강제(강제 대류)의 두 가지 이동 유형이 구분됩니다.
가열된 유체 입자와 차가운 유체 입자의 밀도 차이로 인해 자유로운 움직임이 발생하여 양력이 나타납니다. 가열된 신체 표면과 접촉한 액체 입자는 가열되어 그 위에 있는 차가운 입자보다 가벼워집니다. 이러한 입자 배열은 불안정합니다. 차가운 입자는 하강하고 더 가볍고 가열된 입자를 대체하는 경향이 있으며, 이는 하강하는 차가운 입자를 향해 위쪽으로 이동해야 합니다. 상승하는 흐름과 하강하는 흐름이 충돌하는 복잡하고 혼란스러운 움직임이 발생합니다. 더 많은 열이 전달될수록 유체의 자유로운 움직임이 더 강해집니다. 전달되는 열의 양은 신체의 표면과 열을 방출하는(또는 열을 받는) 표면과 액체 사이의 온도 차이에 비례합니다. 온도 차이는 운동의 양력을 결정하고 표면은 열 교환 과정의 분포 영역을 결정합니다.
강제 이동은 펌프, 바람, 팬, 압축기, 이젝터 등 외부에서 액체에 가해지는 힘의 영향으로 발생합니다. 이 경우 액체 압력의 차이가 채널의 입구와 출구에 형성됩니다. 액체가 움직입니다. 구동력은 주로 압력차에 의해 결정됩니다. 액체가 강제 이동하는 동안 열 교환의 강도는 이동 속도, 액체의 유형 및 물리적 특성, 온도, 열 교환이 발생하는 채널의 모양 및 크기에 따라 달라집니다.
대류 열전달 과정의 강도는 액체와 고체 표면의 경계 및 고체 표면에 인접한 상대적으로 정지된 액체 입자의 경계층에서의 열전도 과정에 의해 제한됩니다. 대류 열 전달의 강도는 고체 표면에 대한 유체 이동 속도를 증가시켜 증가할 수 있으며, 이는 경계층의 두께를 줄이는 데 도움이 됩니다. 이 프로세스에는 두 단계와 두 가지 유형의 열 에너지 전달이 포함됩니다.
액체 또는 기체의 대류에 의한 열에너지 전달;
고체 벽에 직접 인접하고 경계층 또는 층류 하위층이라고 불리는 얇고 느리게 움직이는 액체 또는 기체 층에서 열전도를 통해 열 에너지를 전달합니다.
고체 표면의 경계에 있는 고체 벽의 입자와 액체 또는 기체 입자의 직접 접촉을 통한 열 전도에 의한 열 전달.
위의 규정을 바탕으로 Newton-Richmann 방정식이라고 불리는 대류 열전달의 기본 방정식이 얻어졌습니다.
여기서 q는 대류 열 교환 중 비열 유속(W/m2)입니다.
Q - 총 열 흐름, W;
F - 대류 열 교환 표면, m2;
l w - 경계층 내 액체(가스)의 열전도 계수, W/m 2 K;
d 추신. - 열 교환 표면에 인접한 액체(가스) 경계층의 두께, m;
b - 액체와 고체 벽 사이의 열 교환 조건을 특성화하는 열 전달 계수, W/m 2 K.
열전달 계수 비 -대류 열전달 과정의 주요 특징이며 현상을 특징짓는 수많은 독립적인 양의 복잡한 함수입니다.
대류 열 전달의 주요 작업 중 하나는 특정 조건에서 열 전달 계수를 결정하는 것입니다. 일반적으로 열전달 계수의 분석적 결정은 불가능합니다. 그 값은 공정 매개변수, 물리적 상수, 기하학적 치수, 경계 조건 등 다양한 변수에 따라 달라집니다. 열전달 계수는 유사성 이론의 규칙에 따라 기준 형식으로 작성된 경험식을 사용하여 결정됩니다. 대류 열 전달을 특징짓는 모든 매개변수가 유사한 경우 두 가지 대류 열 전달 과정이 유사한 것으로 간주됩니다.
유사성 설정 프로세스를 단순화하기 위해 숫자 또는 유사성 기준과 같은 무차원 물리적 매개변수 복합체가 사용됩니다. 유사번호가 많습니다. 대류 열 전달용
다음 5개의 유사성 숫자를 사용하십시오.
레이놀즈 수액체 또는 기체의 흐름 영역을 특성화하고 점성 마찰력에 대한 관성력(속도 압력)의 비율을 표현합니다.
어디 승- 액체 또는 기체의 평균 속도, m/s;
엘- 특성 크기, m;
V- 동점도 계수, m 2 /s.
레이놀즈 수가 2000보다 작으면 모드는 층류로 간주되고 10,000보다 큰 경우에는 운동 모드가 난류입니다. 2000에서 10000 사이의 숫자를 사용하면 모드가 전환됩니다.
프란틀 수두께 사이의 관계를 설정합니다.
동적 및 열 경계층:
여기서 a는 열확산 계수, m 2 /s입니다.
n은 동점도 계수, m 2 /s입니다.
너셀트 수액체(기체)와 고체 표면 사이의 대류 열 교환 강도를 나타냅니다.
여기서 b는 열전달 계수, W/(m 2 CHK)입니다.
l - 특성 크기, m;
l - 가스 또는 액체의 열전도 계수, W/(mCHK).
그라쇼프 수자유 대류 열 전달의 강도를 특성화합니다.
여기서 g = 9.81m/s 2 - 자유 낙하 가속도;
b - 체적 팽창 계수: 액체의 경우 b는 참고 도서(부록 L)에 나와 있으며, 기체의 경우 - b = 1/T, 1/K;
l - 특성 크기, m;
Dt는 액체(가스) 입자 사이의 온도 차이입니다.
n - 동점도, m 2 /s.
오일러 수속도 수두에 대한 압력 강하의 비율을 특성화합니다.
여기서 DR은 채널 단면의 압력 강하 Pa입니다.
r - 액체(가스) 밀도, kg/m3;
w - 액체(가스) 속도, m/s.
열 교환기를 설계할 때 열 전달 계수 b와 압력 강하 DR이라는 두 가지 매개변수를 결정해야 합니다. 이는 Nusselt 및 Euler 수에 포함됩니다. 이는 정의 가능한 유사성 숫자입니다. Reynolds, Grashof 및 Prandtl 수는 결정적입니다. 유사성 방정식- 정의된 유사성 수치와 정의된 유사성 수치 사이의 관계. 따라서 모델링할 때 주요 목표는 방정식을 찾는 것입니다.
대류 열전달에 대한 일반적인 유사성 방정식은 다음과 같은 형식을 갖습니다.
어디 씨, 엔, 엠, 디- 실험적 연구에 의해 결정되는 계수.
기준 방정식에서 승수는 비율에 따라 열 흐름의 방향을 고려하는 반면, Pr은 해당 온도에서 액체(가스)에 대한 프란틀 수입니다. Prst - 벽 온도에서 액체(가스)에 대한 프란틀 수입니다.
공식에 포함된 물리적 매개변수는 정의 온도에서 취해야 하며, 이는 각 열 전달 사례에 대해 표시되며 다음 정의 온도가 사용됩니다.
t ST - 평균 벽 온도;
tf - 액체 또는 기체의 평균 온도;
t PL은 경계층(필름)의 평균 온도로, t L과 t ST 사이의 산술 평균으로 정의됩니다.
액체(기체)의 평균 온도는 대략 액체의 초기 온도와 최종 온도 사이의 산술 평균으로 정의할 수 있습니다.
파이프 내에서 액체가 흐를 때의 열 전달 과정은 몸체에서 빠져나가는 액체가 벽 근처에서 일어나는 과정의 영향을 받지 않는 무제한 흐름으로 평평한 표면을 세척할 때의 열 전달 과정에 비해 더 복잡합니다. 파이프 단면의 치수는 유한합니다. 결과적으로 파이프에서는 입구로부터 일정 거리에서 시작하여 전체 단면에 걸쳐 액체가 점성력의 제동 효과를 경험하게 됩니다. 파이프의 유한한 크기로 인해 액체의 온도는 단면적과 채널 길이를 따라 변합니다. 이 모든 것이 열 전달에 영향을 미칩니다.
파이프의 유체 흐름은 층류, 일시적 및 난류일 수 있습니다.
층류 또는 층상, 조용한 제트 운동의 경우 액체 흐름은 채널이나 벽의 윤곽을 반복합니다. 즉, 혼합되지 않습니다. 이동 방향에 수직인 방향으로 열이 전파되는 것은 전적으로 열전도율 때문입니다.
난류 운동으로 인해 유체가 지속적으로 혼합됩니다. 매 순간 액체 입자의 속도는 크기와 방향이 변합니다. 난류 영역에서는 점성 하위층에서만 열 전도를 통해 열이 전달되고, 난류 코어 내부에서는 이 과정이 액체 입자의 집중적인 혼합을 통해 수행됩니다.
층류에서 난류로 또는 그 반대로의 전이는 특정 조건에서 발생합니다. 전환 매개변수는 레이놀즈 수에 의해 결정됩니다. 예를 들어 매끄러운 파이프의 경우 이 숫자는 약 2300입니다.
유체가 층류로 움직일 때 점성 모드와 점성 중력 모드의 두 가지 모드가 구분됩니다.
점성은 점성력이 유체의 양력보다 우세할 때의 운동 모드입니다. 이러한 운동 모드는 점성 유체의 강제 운동과 자유 운동의 영향이 거의 없을 때 발생합니다. 점성 운동 모드는 일반적으로 작은 직경의 파이프와 저온 압력에서 점도가 높은 액체의 층류 운동 중에 관찰됩니다.
점도-중력 체제는 양력이 충분히 클 때의 유체 이동 체제입니다. 강제 이동은 자유 이동에 의해 중첩되며 열 전달에 대한 영향은 무시할 수 없습니다. 이 경우, 파이프 단면에 대한 속도 분포는 점도 변화뿐만 아니라 점점 더 가열되는 밀도의 차이로 인해 발생하는 액체의 자유 이동의 강도와 방향에 따라 달라집니다. 액체 입자.
발달된 난류 영역(Re>10000)에서는 다음 방정식이 사용됩니다.
여기서 e l은 파이프의 열 전달 계수에 대한 흐름의 초기 단면의 영향을 고려한 수정 계수입니다.
결정 온도는 액체 또는 기체의 평균 온도입니다. 특징적인 크기 l은 다음과 같습니다. 원형 파이프의 경우 - 파이프의 내부 직경 d; 임의의 모양의 파이프의 경우 - 등가 직경 d eq
F는 채널의 단면적, m 2 입니다.
P는 단면의 전체 둘레이며, 이 둘레의 어느 부분이 열교환에 관여하는지에 관계없이 m입니다.
가스의 경우 공식이 단순화됩니다. 이 경우 Pr 기준은 온도에 관계없이 거의 일정한 값입니다. Pr = 0.67...1.0(분자 내 원자 수에 따라 결정됨): .
곡선 파이프(코일)의 열 교환 중에 원심 효과로 인해 파이프 단면에서 2차 순환이 발생하며, 이로 인해 열 전달 계수가 증가합니다. 따라서 열전달 계수에 보정 계수 e zm을 곱해야 합니다.
여기서 d는 파이프 직경, m입니다. D는 코일 나선형의 직경, m입니다.
층류유체흐름(Re<2320) вынужденное перемещение ее частиц сопровождается также и свободным движением.
열전달 계수의 평균값은 다음 공식으로 결정됩니다.
Gr 기준을 계산할 때 Dt 값은 액체(가스)와 벽 사이의 온도 차이를 나타냅니다.
냉각수가 가스인 경우 공식은 단순화됩니다.
파이프가 수직으로 위치할 때 자유 이동과 강제 이동이 동시에 발생하면 0.85의 보정이 도입되고 반대 방향에서는 1.15의 보정이 도입됩니다.
냉각수가 점도 계수가 높은 액체인 경우 자유 대류는 열 전달에 영향을 미치지 않습니다. 점성 체제에 대한 유사 방정식은 다음과 같습니다.
액체의 평균 온도는 결정 온도로 간주되며 특성 선형 크기는 파이프의 내부 직경입니다.
2320에서 10000까지의 레이놀즈 수 범위에서 유체 운동의 과도기적 체제가 관찰됩니다. 과도 동작 중 열 전달 계수를 결정하려면 다음 설계 기준 방정식을 사용할 수 있습니다.
여기서 K0는 레이놀즈 수의 함수입니다.
식에서 액체의 평균온도를 결정온도로 하고, 파이프의 내경을 결정치수로 한다. 디 vn 또는 디 eq
채널과 파이프에서 유체 이동의 일시적인 영역 중 열 전달은 소방 실습에서 발생하는 문제를 해결할 때 계산됩니다.
실험 데이터의 일반화를 기반으로 얻은 열 전달 계수의 평균값을 결정하기 위한 계산 공식은 다음과 같은 형식을 갖습니다.
색인 에프숫자 Nu, Re, Pr은 모든 물리적 매개변수가 액체의 평균 온도에서 계산됨을 의미합니다. 이 경우 파이프의 내경이 결정 크기로 사용됩니다. 디 vn또는 디 eq=4 에프/ 유원형 단면적이 아닌 채널의 경우, 여기서 F는 채널의 단면적이고 U는 이 섹션의 둘레입니다.
l/d nar?50에서 승수 e l =1, 그리고 l/d nar에서<50, его принимают в зависимости от числа Рейнольдса для данных условиях
e l의 값은 액체가 파이프로 유입되는 조건에 따라 달라집니다.
화재 안전 문제를 해결하기 위해 강제 유체 이동 중 대류 열 전달을 설명하는 방정식이 사용되는 경우가 많습니다.
이론적 질문 4번
열복사. 복사열 전달의 기본 법칙
열 복사는 물질과 상호 작용할 때 에너지가 열로 변하는 전자기파의 전파의 결과로 수행되는 공간에서의 열 전달 방법입니다. 복사열 교환은 에너지의 이중 변환과 관련됩니다. 처음에는 신체의 내부 에너지가 전자기 복사 에너지로 변환되고, 에너지가 전자기파에 의해 공간으로 전달된 후 복사 에너지가 복사 에너지로 두 번째로 전환됩니다. 다른 신체의 내부 에너지가 발생합니다.
신체의 열 복사는 온도(신체의 가열 정도)에 따라 달라집니다.
자체 복사 자속 밀도 이자형 개인의, W/m 2, 물체를 방사율(emissivity)이라고 합니다. 기본 파장 영역 dl 내의 이 방사선 매개변수는 자체 방사선의 스펙트럼 플럭스 밀도 E l, W/m 3 또는 신체의 스펙트럼 방사율 또는 방사선의 스펙트럼 강도라고 합니다.
에너지 보존 법칙에 따라 신체에 입사되는 열복사 에너지는 신체에 의해 흡수되거나 반사되거나 신체를 통과할 수 있습니다.
Q 흡수 + Q 음 + Q 프로퍼티 = Q 드롭.
열 복사의 입사 에너지에 대한 에너지의 흡수 부분의 비율을 몸체의 흡수 능력이라고하며 문자 A로 표시합니다. 열 복사의 입사 에너지에 대한 에너지의 반사 부분의 비율을 신체의 흡수 능력이라고합니다 신체의 반사율은 문자 R로 표시됩니다. 신체를 통과하는 에너지와 열 복사의 입사 에너지의 비율을 신체의 투과율이라고하며 문자 D로 표시합니다. 따라서 법에 따르면 에너지 보존에 관해 우리는 다음과 같이 씁니다.
표면에 입사하는 모든 복사 에너지를 흡수하는 물체를 절대 흑체(ABL)라고 합니다. 완전 흑체의 경우 흡수 용량 A = 1입니다.
표면에 입사된 모든 복사 에너지를 반사하는 물체를 완전 백색 몸체(반구 내에서 반사가 발생하는 경우) 또는 거울 몸체(입사 광선의 각도가 반사 광선의 각도와 같은 경우)라고 합니다. 이 경우 반사율 R = 1입니다.
표면에 입사하는 모든 복사 에너지를 전달하는 몸체를 투명 또는 투열성이라고 합니다. 이 경우 처리량 D = 1입니다.
고체는 표면에 입사하는 열복사 에너지를 전달하지 않으므로
자체 방사선과 신체 표면에 의해 반사되는 입사 에너지 부분의 합을 신체의 유효 방사선이라고 합니다.
Eeff = E사건 + Eneg.
복사의 결과적인 열 유속은 자체 복사와 신체가 흡수하는 입사 에너지 부분의 차이입니다.
에레스=어브? 이브 = 에프? E 패드.
흐름 특성에 따라 열 전달 과정은 모든 지점의 온도가 시간에 따라 일정한 정상 상태(고정) 모드와 불안정(비정상) 모드에서 발생합니다.
복사열 전달 법칙은 정지 상태에서 완전 흑체에 대해 얻어졌습니다.
복사 방사선의 기본 법칙을 고려해 봅시다.
스테판-볼츠만 법칙방사율과 흑체 온도 사이의 관계를 확립합니다.
여기서 Eo는 절대 흑체의 방사율, W/m 2 입니다.
y o = 5.67Х10- 8, - 완전 흑체의 복사 상수, W/m 2 CHK 4;61
C o = 5.67 - 흑체 방사율, W/m 2 CHK 4 ;
T는 방사체 K의 절대 온도입니다.
회색 본체의 경우:
E는 회색 몸체의 방사율(W/m2)입니다.
C는 회색 몸체의 방사율(W/(m 2 CHK 4))입니다.
회색체의 복사 에너지를 완전 흑체의 복사 에너지로 나누면 다음과 같은 결과를 얻습니다.
여기서 e는 신체의 흑색 정도입니다.
C=C0Ce라고 가정하면 회색체의 복사 에너지는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
흑색 정도는 0에서 1까지 다양합니다. 이는 신체의 물리적 특성뿐만 아니라 표면 상태나 거칠기에 따라 달라집니다.
공식에서 볼 수 있듯이 절대 온도에 대한 에너지 의존성은 4차 의존성을 가지므로 화재 중 열의 대부분은 복사열 교환을 통해 전달됩니다.
키르히호프의 법칙물체의 방사율과 흡수 용량의 비율은 모든 회색 물체의 표면(동일한 온도에서)에 대해 동일하며 동일한 온도에서 완전 흑체의 방사율과 동일합니다.
여기서 E와 A는 물체의 방사율과 흡수 능력입니다.
키르히호프의 법칙에 따르면 세 가지 결과가 나옵니다.
1) 자연에는 (동일한 온도에서) 완전 흑체보다 더 많은 에너지를 방출하는 표면이 없습니다.
2) 흡수 능력이 더 큰 물체는 방사선 밀도가 더 크고 그 반대도 마찬가지입니다.
3) 실제(회색) 물체의 흡수 능력과 방사율 정도는 수치적으로 동일합니다(A=e).
램버트의 법칙방출되는 에너지의 양과 방사선의 방향 사이의 관계를 확립합니다.
이자형 N- 법선 방향으로 방출되는 에너지의 양.
램버트의 법칙은 표면이 거친 회색 몸체에 대해 얻어졌으며 이 법칙은 μ에 유효합니다.< 60 0 .
광택이 있는 표면의 경우 램버트의 법칙이 적용되지 않으며 특정 각도에서의 복사 방출은 표면에 수직인 방향보다 더 큽니다.
와인의 법칙최대 방사선 강도는 다음 파장에 해당한다고 명시되어 있습니다.
온도가 증가함에 따라 최대 복사가 단파 쪽으로 이동한다는 것은 공식에서 분명합니다(그렇지 않으면 Wien의 법칙을 변위 법칙이라고 함).
...유사한 문서
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