Gāzu maisījuma vidējā molārā masa. Stāvokļa parametru daļējie atvasinājumi. Termiskie koeficienti

Lai veiktu termodinamiskos aprēķinus sistēmām ar gāzu maisījumiem vai šķīdumiem, ir jāzina to sastāvs. Maisījuma sastāvu var norādīt:

Masas daļās, kur

- molārā masa i-th komponents, kg/mol; M i- relatīvā molekulmasa i-th komponents; n i- daudzums i-th viela, mols;

katrai fāzei
;

Molu daļas
, Kur
- maisījuma vielas daudzums, mol; katrai fāzei maisījuma komponentu molu daļu summa
;

Tilpuma daļas, kas ir vienādas ar molu daļām
, Kur
- apjoms i maisījuma th sastāvdaļa, ko gāzu maisījuma temperatūrā un spiedienā sauc par samazināto tilpumu;
, m 3 /mol – maisījuma i-tās sastāvdaļas molārais tilpums. Saskaņā ar Avagadro likumu visu gāzu maisījuma komponentu molārie tilpumi ir vienādi un
, Kur
. Gāzu maisījuma sastāvdaļu samazināto tilpumu summa ir vienāda ar maisījuma tilpumu (Amaga likums), t.i.
.

Ideālo gāzu maisījuma sastāvu var norādīt arī ar parciālo spiedienu r i, masas koncentrācijas un molārās koncentrācijas
.

Norādot šķīdumu sastāvu, izmanto masas un molārās koncentrācijas.

Daļējs spiediens r i - tas ir spiediens i gāzu maisījuma sastāvdaļa, ar nosacījumu, ka tā maisījuma temperatūrā aizņem visu maisījumam paredzēto tilpumu.

3.2. Attiecības ideālo gāzu maisījumiem. Daltona likums

>

Gāzu maisījuma vidējo molāro masu nosaka izteiksme
, kg/mol, kur
- maisījuma masa;
- vielas daudzums maisījumā. Tad

.

Gāzu maisījuma īpatnējā gāzes konstante

, J/(kgK),

Kur
J/(molK) – molārā gāzes konstante; - maisījuma molārā masa.

Daltona likums:

, Pa,

tie. maisījumā iekļauto atsevišķo gāzu parciālo spiedienu summa ir vienāda ar maisījuma kopējo spiedienu. Tādējādi katra gāze traukā aizņem visu tilpumu maisījuma temperatūrā, atrodoties zem sava daļējā spiediena.

Ideālu gāzu maisījuma stāvokļa vienādojumam ir šāda forma:

.

Daļējam spiedienam un samazinātam tilpumam i- maisījuma komponentam, stāvokļa vienādojumiem ir šāda forma:

Tad, sadalot šos vienādojumus ar terminu, pirmo ar otro, mēs iegūstam

.

Vienādojuma dalīšana
vienādojumam
termins pēc termiņa, mēs iegūstam:

.

4. nodaļa. Siltuma jauda

>

4.1. Siltuma jaudas veidi

>

Siltuma jauda ir ķermeņu īpašība absorbēt un izdalīt siltumu, temperatūrai mainoties par vienu grādu dažādos termodinamiskos procesos. Izšķir kopējo vidējo un kopējo patieso siltuma jaudu.

Termodinamiskā procesa kopējā vidējā siltumietilpība (TP) ir ķermeņa siltumietilpība ar masu m, kg TP gala segmentam:

,[J/K].

TP kopējā patiesā siltumietilpība ir ķermeņa siltumietilpība ar masu m, kg katrā dotajā brīdī TP:

, [J/K].

Apsveriet patvaļīgu TP 1-2 koordinātēs
, Kur J– siltuma padeve [J]; t – temperatūra [ 0 C]. Tad
,
.

Ja transportlīdzeklis ir viendabīgs darba šķidrums, tad aprēķinos izmanto relatīvās siltuma jaudas:

Īpatnējā siltumietilpība – siltumietilpība uz 1 kg vielas c=C/m, J/kgK;

Molārā siltumietilpība – siltumietilpība uz 1 molu vielas
, J/molK;

Tilpuma siltumietilpība – siltumietilpība uz 1m3 vielas
, J/m 3 K.

Siltuma jauda ir procesa funkcija un ir atkarīga no darba šķidruma veida, procesa rakstura un stāvokļa parametriem. Tādējādi siltuma jaudu procesā ar pastāvīgu spiedienu sauc par izobārisko siltumietilpību:

,

Kur H, J – entalpija.

Siltuma jaudu procesā ar nemainīgu tilpumu sauc par izohorisko siltumietilpību:

,

Kur U, J – iekšējā enerģija.

Ideālas gāzes siltumietilpība nav atkarīga no temperatūras un spiediena un ir atkarīga tikai no molekulu kustības brīvības pakāpju skaita un saskaņā ar likumu par vienādu enerģijas sadalījumu starp molekulu kustības brīvības pakāpēm, siltuma jauda ir:
, Kur
- monatomiskas gāzes rotācijas brīvības pakāpes ir vienādas ar nulli
, divatomu gāzei -
=2 un triatomiskām gāzēm
=3;
J/molK – molārā gāzes konstante. Siltuma jauda ko nosaka Mayera vienādojums:

.

Monatomiskajai gāzei
Un
, diatomiskajai gāzei
Un
, trīs vai vairāk atomu gāzēm
Un
.

Reālo gāzu siltumietilpība ir atkarīga no spiediena un temperatūras. Vairākos gadījumos mēs varam neņemt vērā spiediena ietekmi uz siltumietilpību un pieņemt, ka reālo gāzu siltumietilpība ir atkarīga tikai no temperatūras: C= f(t). Šo atkarību nosaka eksperimentāli.

Īpatnējās patiesās siltumietilpības empīrisko atkarību no temperatūras var attēlot kā polinomu:

Kur
temperatūrā t=0 0 C. Attiecībā uz diatomiskām gāzēm mēs varam ierobežot sevi ar diviem terminiem:
, vai
, Kur
.

Procesa 1-2 pēdējā sadaļā siltuma daudzums ir vienāds ar:

Tad vidējā siltuma jauda šajā procesa sadaļā būs vienāda ar:

, J/kgK.

Zemās temperatūras reģionā plkst T<100К прекращается вращательное движение молекул и колебательное движение атомов, а при температуреT→0K apstājas arī molekulu translācijas kustība, t.i. plkst T=0 tūkst AR r = C v=0 un molekulu termiskā kustība apstājas (Nernst et al., 1906-1912 eksperimentālie dati). Temperatūrā T→0K vielu īpašības pārstāj būt atkarīgas no temperatūras, kā parādīts augstāk esošajā grafikā par siltumietilpības atkarību no absolūtās temperatūras.

1. Galvenie resursu veidi.

>

Galvenās šķidrās degvielas sastāvdaļas

Degviela– enerģijas avots; uzliesmojoša viela, kas degšanas laikā rada ievērojamu daudzumu siltuma.

Pēc to agregācijas stāvokļa izšķir cieto, šķidro un gāzveida kurināmo.

UZ cietais dabīgais kurināmais ietver malku, brūnogles un akmeņogles, kūdru, antracītu; cietajam mākslīgajam kurināmajam - kokss, kokogles, briketes un brūnogļu un akmeņogļu putekļi, termoantracīts. Dabiskā šķidrā kurināmā nav. Kā mākslīgā šķidrā degviela tiek izmantoti dažādi sveķi un mazuts. Gāzveida degviela var būt dabiska, piemēram, dabasgāze. Gāzes, kas ražotas koksa krāsnīs (koksa krāsnīs), domnās (domnas vai augšējās krāsnīs) un gāzes ģeneratoros (ģeneratoros), izmanto kā mākslīgo gāzveida kurināmo.

Šķidrās degvielas- Tās galvenokārt ir organiskas izcelsmes vielas, kuru galvenie elementi ir ogleklis, ūdeņradis, skābeklis, slāpeklis un sērs.

Ogleklis (C) ir galvenais siltumnesējs. Sadedzinot 1 kg oglekļa, izdalās 34 000 kJ siltuma. Oglekļa eļļā var būt līdz 85%, veidojot savienojumus.

Ūdeņradis (H) ir otrs svarīgākais degvielas elements: sadedzinot 1 kg ūdeņraža, izdalās aptuveni 125 000 kJ siltuma. Ūdeņraža saturs šķidrajā degvielā ir 10%.

Šķidrā degviela satur arī mitrumu (W) un līdz 0,5% pelnu (A).

Slāpeklis (N) un skābeklis (O) ir daļa no sarežģītām organiskām skābēm un fenoliem, un tos satur degviela nelielos daudzumos (apmēram 3%).

Sērs (S) degšanas laikā izdala lielu daudzumu siltuma, tomēr sēra savienojumi, mijiedarbojoties ar izkausētiem vai sakarsētiem metāliem, pasliktina to kvalitāti: sēra savienojumus saturošie sadegšanas produkti palielina krāšņu metāla daļu koroziju, ar sēru piesātinātais tērauds ir palielinājies. sarkans trauslums. Sērs parasti ir iekļauts ogļūdeņražos (līdz 4% vai vairāk).

Darba degvielas sastāvs:

C lpp +H lpp + O lpp + N lpp +S lpp + A lpp = 100 %.

Žāvētu degvielu, kurai nav mitruma, sauc par sauso masu (c):

C Ar +H Ar + O c + N Ar + S c + A c = 100%. Sēru saturošas degvielas organisko masu sauc par degošu masu (g):

AR G + N G + O G + N G +S G = 100.

2. Gāzveida kurināmā galvenās sastāvdaļas

>

Gāzveida kurināmie- Tas būtībā ir dažādu gāzu, piemēram, metāna, etilēna un citu ogļūdeņražu, maisījums. Gāzveida degviela ietver arī oglekļa monoksīdu, oglekļa dioksīdu vai oglekļa dioksīdu, slāpekli, ūdeņradi, sērūdeņradi, skābekli un citas gāzes, kā arī ūdens tvaikus.

Dabasgāze tiek ražota no tīras gāzes laukiem vai kopā ar naftu (saistītā gāze). Pirmajā gadījumā galvenā degošā sastāvdaļa ir metāns, kura saturs var sasniegt pat 95–98%. Saistītās gāzes papildus metānam satur ievērojamu daudzumu citu ogļūdeņražu: etānu (C2H6), propānu (C 3 H 8), butānu (C 4 H 10), pentānu (C 5 H 12) utt. Saistītajām gāzēm ir augsta siltumspēja, bet tos reti izmanto kā degvielu. Tos galvenokārt izmanto ķīmiskajā rūpniecībā.

Izmantojot instrumentus, ko sauc par gāzes analizatoriem, nosaka gāzveida degvielas sastāvu.

Sausās gāzveida degvielas sastāvā ietilpst:

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

Metāns (CH4) ir daudzu dabasgāzu galvenā sastāvdaļa. Dedzinot 1 m 3 metāna, izdalās 35 800 kJ siltuma. Metāns dabasgāzēs var saturēt līdz 93-98%.

Etilēns (C2H4) - sadedzinot 1 m 3 etilēna, izdalās 59 000 kJ siltuma. Gāzes var saturēt nelielus daudzumus.

Ūdeņradis (H 2) – sadedzinot 1 m 3 ūdeņraža, izdalās 10 800 kJ siltuma. Daudzas uzliesmojošas gāzes, izņemot koksa gāzi, satur salīdzinoši nelielu ūdeņraža daudzumu. Tomēr koksa krāsns gāzē tā saturs var sasniegt 50-60%.

Propāns (C 3 H 8), butāns (C 4 H 10) - šo ogļūdeņražu sadegšanas rezultātā izdalās vairāk siltuma nekā sadegot etilēnam, bet to saturs uzliesmojošās gāzēs ir niecīgs.

Oglekļa monoksīds (CO) - sadedzinot 1 m 3 šīs gāzes, izdalās 1 2 770 kJ siltuma. Oglekļa monoksīds ir galvenā domnas gāzes uzliesmojošā sastāvdaļa. Šai gāzei nav ne krāsas, ne smaržas, un tā ir ļoti indīga.

Sērūdeņradis (H 2 S) – sadedzinot 1 m 3 sērūdeņraža, izdalās 23 400 kJ siltuma. Sērūdeņraža klātbūtne gāzveida kurināmā palielina krāsns un gāzes vada metāla daļu koroziju. Vienlaikus ar skābekļa un mitruma klātbūtni gāzē, palielinās sērūdeņraža korozīvā iedarbība. Sērūdeņradis ir smaga gāze ar nepatīkamu smaku un ir ļoti toksiska.

Atlikušās gāzes (CO 2, N 2, O 2) un ūdens tvaiki ir balasta sastāvdaļas. To klātbūtne degvielā izraisa tās sadegšanas temperatūras pazemināšanos. Palielinoties šo gāzu saturam, degošu sastāvdaļu saturs samazinās. Degviela, kas satur vairāk nekā 0,5% brīvā skābekļa, tiek uzskatīta par bīstamu saskaņā ar drošības noteikumiem.

3. Degvielas sadegšanas siltums

>

Degvielas sadegšanas siltums– tas ir siltuma daudzums Q (kJ), kas izdalās, pilnībā sadegot 1 kg šķidruma vai 1 m 3 gāzveida kurināmā.

Atkarībā no kopējā mitruma stāvokļa sadegšanas produktos ir iedalījums augstākās un zemākās siltumspējas vērtībās.

Mitrums šķidrās degvielas sadegšanas produktos veidojas ūdeņraža H degošās masas sadegšanas laikā, kā arī degvielas w sākotnējā mitruma iztvaikošanas laikā. Sadegšanas produkti satur arī mitrumu no sadegšanai izmantotā gaisa. Tomēr parasti tas netiek ņemts vērā. Ja degviela satur ūdeņradi ar degošu masu H p kg, degšanas laikā veidojas 9H P kg mitruma. Tajā pašā laikā sadegšanas produkti satur (9H P + W P) kg mitruma. Lai pārvērstu 1 kg mitruma tvaika stāvoklī, ir nepieciešami aptuveni 2500 kJ siltuma. Siltums, kas tiek iztērēts mitruma iztvaicēšanai, netiks izmantots, ja nenotiks ūdens tvaiku kondensācija. Šajā gadījumā mēs iegūstam zemāku siltumspēju.

Q p H =Q p B -25 (H p + W p).

Degšanas siltumu nosaka ar divām metodēm: eksperimentālo un aprēķināto.

Eksperimentāli nosakot sadegšanas siltumu, tiek izmantoti kalorimetri.

Noteikšanas metode: daļa degvielas tiek sadedzināta ierīcē (kalorimetrā), kurināmā sadegšanas laikā izdalīto siltumu absorbē ūdens. Zinot ūdens masu, sadegšanas siltumu var aprēķināt, mainot tā temperatūru. Šī metode ir laba, jo tā ir vienkārša. Lai noteiktu siltumspēju, pietiek ar tehniskās analīzes datiem.

Aprēķina metode.Šeit sadegšanas siltumu nosaka pēc D. I. Mendeļejeva formulas:

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

kur C p, H p, O p, S p un W p atbilst oglekļa, ūdeņraža, skābekļa, sēra un mitruma saturam darba degvielā, %.

Nosacītā degviela ir jēdziens, ko izmanto, lai standartizētu un ņemtu vērā degvielas patēriņu.

Parasto degvielu parasti sauc par degvielu ar zemāku siltumspēju (29 310 kJ/kg). Lai pārvērstu jebkuru degvielu parastā degvielā, tās siltumspēja jādala ar 29 310 kJ/kg, t.i., jāatrod šīs degvielas ekvivalents: mazutam tas ir 1,37-1,43, dabasgāzēm - 1,2-1,4.

4a

4. Galvenā kurināmā krāsnīm

Mazuts ir naftas rafinēšanas produkts, to izmanto krāšņu aizdedzināšanai. Mazuta sadegšanas siltums ir 39-42 MJ/kg. Aptuvenais mazuta sastāvs: 85-80% C; 10-12,5% ZS; 0,5-1,0% (O P + N P); 0,4–2,5% S P ; 0,1-0,2% A R; 2% W P . Mazuta mitruma saturs, izejot no naftas pārstrādes rūpnīcas, nedrīkst pārsniegt 2%. Mazuts satur arī sēru, atkarībā no tā, cik procentos mazuts ir sadalīts zemsēra (<0,5% Sp), сернистый (0,5-1% Sp) и высокосернистый (>1% Sp).

Arī mazutu iedala pēc parafīna satura un naftas rafinēšanas metodes. Ir tiešās destilācijas mazuts (zemas viskozitātes) un krekinga mazuts, kam ir augsta viskozitāte. Atkarībā no viskozitātes mazutu klasificē kategorijās. Mazuta markas numurs parāda nosacīto viskozitāti 50 o C temperatūrā (VU50). Viskozitāti nosaka, izmantojot instrumentus - viskozimetri. Nosacītā viskozitāte tiek pieņemta kā attiecība starp 200 cm 3 naftas produkta plūsmas laiku testa temperatūrā un tāda paša tilpuma ūdens plūsmas laiku, kura temperatūra ir 20 o C. Saistībā ar šo indikatoru degviela eļļa ir sadalīta 40., 100., 200. un MP (degviela martena krāsnīm) kategorijās.

Pieaugot mazuta markas numuram, palielinās tā blīvums, kas 20 o C temperatūrā ir 0,95-1,05 g/cm 3; Palielinoties temperatūrai, blīvums samazinās.

Sagatavojot mazutu sadedzināšanai, jāņem vērā tās blīvums un pakāpe. Sagatavošana sastāv no mazuta sedimentācijas un filtrēšanas, lai atdalītu ūdeni un mehāniskos piemaisījumus (mālu, smiltis u.c.), kas notiek paaugstinātā temperatūrā, kā rezultātā mazuts atdalās no ūdens: mazuta viskozitāte un blīvums samazinās, kad uzkarsē, kā rezultātā uzpeld augšā. Mitrums uzkrājas tvertnes apakšā, un dehidrēts mazuts uzkrājas augšpusē.

Iztukšojot no dzelzceļa cisternām, pievadot pa cauruļvadiem no rūpnīcas un darbnīcas cisternām uz krāsnīm, kā arī izsmidzinot ar sprauslām (mazuts parasti sadedzina atomizētā stāvoklī), liela nozīme ir mazuta viskozitātei. Jo zemāka viskozitāte, jo mazāk enerģijas tiek tērēts mazuta sūknēšanai un izsmidzināšanai. Tāpēc, jo augstāka temperatūra, jo zemāka ir viskozitāte. Temperatūra tiek izvēlēta pēc viskozitātes grafikiem, pamatojoties uz mazuta nosacītās viskozitātes nodrošināšanu 5-10 vienības.

Sildot, jāņem vērā mazuta uzliesmošanas temperatūra, t.i., sildīšanas temperatūra, kuru sasniedzot, sākas intensīva gaistošo komponentu izdalīšanās, kas var uzliesmot no dzirksteles vai liesmas. Uzliesmošanas temperatūra parasti svārstās 80-190 o C robežās. Un nevajag jaukt uzliesmošanas temperatūru un aizdegšanās temperatūru, ar ko saprot sildīšanas temperatūru, kuru sasniedzot (mazuta aizdegšanās temperatūra ir 530-600 o C). , gāzes - 500-700 o C) mazuts spontāni aizdegas un labvēlīgos apstākļos turpina degt.

5. Degšanas teorijas pamatprincipi

>

Degšana ir degošu degvielas elementu ātras ķīmiskas savienošanas process ar oksidētāju (parasti ar skābekli gaisā), ko papildina siltuma un gaismas izdalīšanās.

Lāpa- viens no liesmu veidiem, kas veidojas, degvielu un gaisu iepludinot krāsnī. Deglā, kurai ir noteiktas formas un izmēri, tiešās sadegšanas, maisījuma uzsildīšanas līdz aizdegšanās temperatūrai un sajaukšanas procesi notiek vienlaikus.

Degšanas teorijā tiek izšķirta homogēna un neviendabīga degšana. Homogēnā sadegšana notiek tilpumā, un neviendabīga sadegšana notiek uz pilienu virsmas, un pēc tam, pēc gaistošo komponentu iztvaikošanas, uz kvēpu daļiņām. Jo mazāks ir šķidrās degvielas daļiņu izmērs, jo lielāks ir īpatnējais šķidrās fāzes un gāzes fāzes mijiedarbības virsmas laukums. Tāpēc šķidrās degvielas izsmidzināšana ļauj sadedzināt vairāk degvielas uz tilpuma vienību, t.i., pastiprināt degšanu.

Homogēna sadegšana var notikt divos gadījumos, ko sauc par kinētisko un difūziju. Kinētiskā gadījumā sadegšanas zonā (teiksim, kurtuves darba telpā) tiek piegādāts iepriekš sagatavots degvielas un gaisa maisījums. Procesa galvenā daļa ir maisījuma tieša sildīšana un degvielu degošo komponentu oksidēšana un sadegšana. Šajā gadījumā lāpa kļūst īsa un augsta temperatūra. Maisījuma iepriekšēja uzsildīšana vai gaisa bagātināšana ar skābekli paātrina sadegšanas procesu: gandrīz visu gāzes-gaisa maisījumu uzsildīšana līdz 500 °C palielina degšanas ātrumu gandrīz 10 reizes.

Bet maisījuma priekšsildīšanas temperatūra nedrīkst pārsniegt tā aizdegšanās temperatūru. Ar difūzijas sadedzināšanu deglā vienlaikus tiek veikti sildīšanas, maisījuma sajaukšanas un sadedzināšanas procesi. Lēnākais posms ir gāzes un gaisa mikro un makro tilpumu molekulu pretdifūzija, citiem vārdiem sakot, maisījuma veidošanās. Tāpēc lāpa būs garāka nekā pirmajā gadījumā. Cenšoties samazināt lāpas garumu, gāzes un gaisa plūsmas tiek sadalītas atsevišķās plūsmās. Arī strūklu ātruma palielināšana un gāzes un gaisa plūsmu virzīšana leņķī viena pret otru utt., palīdz samazināt lāpu.

Uzliesmojošas gāzes un gaisa maisījuma aizdegšanās iespējama tikai noteiktā proporcijā. To ierobežojošās attiecības sauc par koncentrācijas robežām. Ir apakšējās un augšējās robežas, ko nosaka maksimālais uzliesmojošās gāzes saturs maisījumā, %. Ūdeņradim robežas ir 4,1–75; oglekļa monoksīds – 12,5-75; metāns – 5,3-14; koksa krāsns gāzei – 5,6-30,4, un dabasgāzei – 4-13.

Siltumtehnikā bieži tiek lietots termiskā sprieguma jēdziens, kas nozīmē siltuma daudzumu, kas izdalās, sadedzinot kurināmo laika vienībā, uz 1 m 3 kurtuves vai kurtuves darba telpas. Šķidrai degvielai tas sasniedz 600 kW/m 3, bet gāzveida degvielai tas ir divreiz vairāk.

6. Kurināmā sadegšanas analītiskais aprēķins

>

Aprēķinos tiek izmantotas šādas attiecības un daudzumi:

1) slāpekļa un skābekļa tilpuma satura attiecība parastajā gaisā, kas nav bagātināts ar skābekli, k= 3,76;

2) ķīmisko elementu molekulmasa (ūdeņradim tas ir aptuveni vienāds ar 2, slāpeklim – 28, skābeklim un sēram – 32 kg/mol);

3) gaisa un sadegšanas produktu tilpumi normālos apstākļos (temperatūra 0 °C, spiediens 101,3 kPa).

Apsveriet šķidrās degvielas sastāvu:

Ar P + N P + O P + N P + S p + A p + W p = 100.

Uzliesmojošās sastāvdaļas ir ogleklis, ūdeņradis un sērs. Izmantojot sausu gaisu, komponentu pilnīgas sadegšanas reakcijas ir šādas:

C + O 2 + kN 2=CO2+kN 2 + Q 1;

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

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

Kad sadedzina 1 mols oglekļa un sēra, tiek patērēts 1 mols skābekļa. Kad sadeg 2 moli ūdeņraža, tiek patērēts arī 1 mols skābekļa. Uz katru skābekļa molu krāsnī tiek ievadīti k moli slāpekļa. Slāpeklis nonāk sadegšanas produktos. Tāpēc, piemēram, sadedzinot 1 molu oglekļa, iegūst 1 molu oglekļa dioksīda un 3,76 molus slāpekļa. Kad ogleklis sadedzina, izmantojot šo reakciju 6b cijas rezultātā tiek atbrīvots siltuma daudzums Qt. Ūdeņradim degot, veidojas savs sadegšanas produktu sastāvs un izdalās atšķirīgs siltuma daudzums.

1 mola oglekļa sadedzināšanai nepieciešams 1 kmols skābekļa ar tilpumu 22,4 m 3. Ja jums ir jāaprēķina skābekļa patēriņš uz 1 kg oglekļa, tad 1 kmol skābekļa tilpumu dala ar oglekļa molekulmasu, kas vienāda ar 12. Tāpēc uz vienu tiek patērēts 22,4 / 12 = 1,867 m 3 / kg skābekļa. 1 kg oglekļa. Līdzīgi argumentējot, konstatējam, ka 1 kg ūdeņraža sadedzināšanai nepieciešams 22,4 //(2 O2) = 5,5 m 3 skābekļa (reizinājums saucējā nozīmē, ka degšanas reakcijā piedalās divas ūdeņraža molekulas ar molekulmasu 2 ). 1 kg sēra sadedzināšana patērē 22,4 / 32 = 0,7 m 3 skābekļa.

Faktiskās gaisa plūsmas attiecību pret teorētiski nepieciešamo plūsmu sauc par gaisa plūsmas koeficientu:

? = L a / L 0 , vai La = ?L 0,

Kur L a Un L 0– faktiskie un teorētiskie gaisa plūsmas ātrumi, m 3 /kg vai m 3 /m 3. Gaisa patēriņa koeficients ir atkarīgs no degvielas veida, degvielas sadedzināšanas ierīces (degļa vai sprauslas) konstrukcijas un gaisa un gāzes sildīšanas temperatūras.

7. Gaisa plūsmas ātruma kontrole

>

Ja trūkst gaisa vai ir nepilnīgas degvielas sadedzināšanas ierīces, sadegšana var būt nepilnīga.

Uzliesmojošu komponentu (oglekļa monoksīda, ūdeņraža, metāna vai melnā oglekli) klātbūtne sadegšanas produktos izraisa ķīmisku nepilnīgu sadegšanu vai, kā mēdz teikt, degvielas ķīmisku pārdegšanu. Pēdējo raksturo siltuma zudumi procentos no degvielas zemākās siltumspējas.

Jo lielāks ir gaisa plūsmas ātrums, jo pilnīgāks ir sadegšanas process. Tomēr šī koeficienta palielināšana palielina gaisa patēriņu un ievērojamus siltuma zudumus, gāzēm izejot no krāsns. Temperatūra krāsnī pazeminās, kas izraisa siltuma pārneses pasliktināšanos darba telpā un palielinātu metālu oksidēšanos. Tāpēc, ekspluatējot krāsnis, viņi cenšas izvēlēties optimālo gaisa plūsmas ātrumu a.

Kontrole a veic ar divām metodēm. Izmantojot vienu no tiem, tiek mērīts degvielas un gaisa patēriņš un noteikts a, izmantojot iepriekš aprēķinātas tabulas. Taču šī metode neļauj ņemt vērā gaisu, kas ieplūst krāsnī caur darba logiem un noplūdes krāšņu mūrē. Tāpēc gaisa plūsmas ātrumu periodiski pārbauda, pamatojoties uz sadegšanas produktu sastāvu, izmantojot gāzes analizatorus. Ķīmiskā analīze nosaka RO2, CO, H2, CH4 un O2 saturu sadegšanas produktos, un pēc tam, izmantojot S. G. Troibas formulu, nosaka:

? = 1+ UO 2 būda/ ?RO 2 .

Šeit O 2 pārpalikums = O 2 – 0,5CO – 0,5H 2 – 2CH 4 ir skābekļa pārpalikuma saturs.

RO 2 = RO 2 + CO + CH 4 +…,%;

U– koeficients atkarībā no degvielas veida.

Mazutai U= 0,74, dabasgāzei – 0,5.

Apskatīsim piemērus.

Uzdevums.

Definējiet a, ja RO 2 14%, CO 4%, CH 4 0,5%; H 2 1%, O 2 2%.

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

RO 2 = 14 + 4 + 0,5 = 18,5%;

a= 1 – 0,5 O 1,5 / 18,5 = 0,96.

8. Enerģijas patēriņš

>

Dažus noteikumus krāšņu termiskās darbības jomā var iegūt tieši no atgriezenisko procesu klasiskās termodinamikas.

Ar krāsns termisko darbu saprot tajā notiekošo termisko procesu kopumu, kura galvenais mērķis ir viena vai otra tehnoloģiskā procesa pabeigšana.

Iedomāsimies krāsni kā tehnoloģiskā procesa ZHT un siltuma ģenerēšanas ZHT zonu kombināciju, kas aizsargāta no apkārtējās vides ar mūru (oderējumu) K. Materiāls M ir koncentrēts tehnoloģiskā procesa zonā saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu vienādojumu var uzrakstīt:

Q eh? K.I.E =Q M + Q k

Kur Q e– ievadītā jauda, W/kg;

? K.I.E– enerģijas patēriņa koeficients krāsns darba telpā;

Q M , Q k– attiecīgi materiāla absorbētā jauda M un mūra UZ, W/kg.

Visas vērtības vienādojumā (1) ir saistītas ar 1 kg materiāla masas M.

Enerģijas izmantošanas koeficients ? K.I.E galvenokārt ir atkarīgs no enerģijas veida. Tādējādi elektrisko enerģiju var pilnībā pārvērst siltumā, ko absorbē materiāls (noderīgs) un mūra, tāpēc ? K.I.E= 1. Ja krāsnīs izmanto ķīmiskās degvielas enerģiju, enerģijas izmantošanas koeficients ? K.I.E vienmēr mazāk par vienu. Degvielas krāsnīs šo koeficientu sauc siltuma izmantošanas koeficients? K.I.T Koeficients raksturo svarīgāko energoefektivitātes jēdzienu konkrētos apstākļos. Kopumā bkie vērtību var uzrakstīt šādi:

? K.I.E= (Q e – J? e)/Q e=1 – J? e/Q e,

Kur Q3– jauda, kas gāzes fāzes ķīmiskā un fizikālā siltuma veidā pārsniedz kurtuves darba telpu, W/kg.

Lielums ? K.I.E To nosaka, no vienas puses, degvielas sadegšanas pilnīgums pie noteiktā skābekļa patēriņa koeficienta, t.i., degvielas un skābekļa sajaukšanās ātrums un līdz ar to masas pārneses procesu pilnība. No otras puses, vērtība ? K.I.E ir atkarīgs no gāzu temperatūras, kas iziet no krāsns, t.i., no siltuma apmaiņas procesu pilnības.

Siltuma un ķīmiskās enerģijas efektivitāte ir atkarīga no dotajiem tehnoloģiskā procesa apstākļiem un siltuma un masas pārneses procesu organizācijas, un tāpēc ir lielums, kura vērtību nevar atrast, izmantojot atgriezenisko procesu termodinamiku, jo tas ir saistīts ar siltuma un masas pārneses procesu kinētiku. siltuma un masas pārnese.

9. Temperatūra un termiskie apstākļi

>

Sistēmas iekšējā enerģija sastāv no kinētiskās un potenciālās enerģijas. Kinētiskā enerģija– atomu un molekulu nejaušas kustības enerģija, potenciālā enerģija – to savstarpējās pievilkšanās un atgrūšanās enerģija.

Saskaņā ar gāzu kinētisko teoriju (Maksvela-Bolcmaņa likumu) ideālas gāzes līdzsvara temperatūras termodinamisko koncepciju var atšifrēt, izmantojot vienādojumu:

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

Kur E lpp– enerģija n daļiņas ar masu m šaurā ātruma diapazonā;

N– Avogadro numurs;

R- gāzes konstante.

Efektīvā temperatūra ir noteikta nosacīta (samazināta) krāsns sildīšanas daļas temperatūra, pie kuras tiek nodrošināts vienāds starojuma siltuma plūsmas blīvums uz sildvirsmu tikai no kurtuves sildīšanas daļas, kas faktiski atrodas kurtuvē. jautājumā.

Liesmas (sildītāja) un oderes iekšējās virsmas faktiskās temperatūras ir atkarīgas no sildvirsmas temperatūras un siltuma veidošanās, kā arī kopumā arī no atrašanās vietas kurtuvē un laika. Šo vērtību izmaiņas visā krāsns garumā un laika gaitā T = f(l, t) raksturo krāsns temperatūras režīmu.

Radītā siltuma daudzumu, kas izteikts vatos, sauc par siltumjaudu J T.M. . Stacionārā režīmā siltuma jauda ir nemainīga vērtība, kas nav atkarīga no laika ( J T.M. = const). Nestacionārā režīmā J T.M. = f(t). Dažreiz tiek saukta maksimālās siltuma jaudas attiecība pret vidējo jaudu pastiprināšanas faktors:

Ф = ( J T.M.) max /( J T.M.) salīdz

Ja mēs izmantojam Dt, lai apzīmētu tehnoloģiskās darbības ilgumu:

(J T.M. ) av = Q? / ? t.

Temperatūras un termisko režīmu kombinācijas.

1. Gandrīz nemainīga temperatūra un termiskie apstākļi laika gaitā

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

2. Mainīga temperatūra un nemainīgi termiskie režīmi laika gaitā

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

3. Laika mainīgā temperatūra un termiskie režīmi

(T n (t) = const; J T.M. (t) = const), piemēram, lietņu apkures akas.

4. Laika nemainīga temperatūra un mainīgi termiskie režīmi

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

10. Siltuma bilance. Ienākošie bilances posteņi

>

Dažkārt sauc par siltuma bilanci, kas apkopota īsos laika periodos acumirklī. Tūlītēja bilances uzdevums– tehnoloģiskā procesa enerģijas patēriņa dinamikas noskaidrošana, ja process notiek nestacionāros termiskos apstākļos (partijkrāsnis).

Periodiskām krāsnīm siltuma bilanču sastādīšana atšķiras ar to, ka visi siltuma bilances posteņi laika gaitā mainās (nepārtrauktām krāsnīm tie ir nemainīgi laika gaitā), tāpēc, sastādot bilanci uz noteiktu laika periodu, ir jāņem vidējās vērtības norādītajā periodā. Otra iezīme ir Qakk mūra siltuma uzkrāšanas komponenta klātbūtne siltuma zudumu izstrādājumā, kam var būt atšķirīga zīme: pozitīva, kad temperatūra krāsnī paaugstinās, un negatīva, ja tehnoloģiskā procesa laikā tā pazeminās.

Vairumā gadījumu siltuma bilances vienādojumi tiek atrisināti attiecībā uz degvielas patēriņu B.

Pētot ekspluatācijas krāsnis, parasti tiek izmantoti apgrieztie siltuma bilances, ieskaitot momentānos. Reversā siltuma bilances vienādojumi parasti tiek atrisināti attiecībā uz lietderīgo siltumu Qm un tiek izmantoti, lai to atrastu, pamatojoties uz visu citu bilances vienību eksperimentāliem noteikumiem.

Sastādot siltuma bilanci, ir jānodrošina, lai visi siltuma bilancē izmantotie ieejas un izvades daudzumi tiktu ņemti tās objekta daļas robežām, kurai tiek sastādīts siltuma bilanci. Lai izvairītos no iespējamām kļūdām, izvēloties vērtību siltuma bilances sastādīšanai, ir ērti izmantot atbilstošā objekta diagrammu. Uz šīs diagrammas nepieciešams uzzīmēt palīgkontūras, kas krusto materiāla plūsmas līnijas atbilstošās vietās.

Bilances posteņus var izteikt siltuma daudzumā džoulos noteiktā laika periodā vai atbilstošās siltumenerģijas vērtībās.

Ienākošie bilances posteņi

1. Degvielas ķīmiskā enerģija Q XT jeb elektriskā enerģija Q e. Ja IN– degvielas patēriņš, kg/s vai m 3 /s, un Q p H – tā sadegšanas siltums, tad:

Q XT = IN Q p H

2. Siltums, ko ievada uzkarsētā degviela, Q FT.

3. Tehnoloģiskā procesa laikā notiekošo ķīmisko reakciju rezultātā iegūtais termiskais efekts, Q TECHN. Ja efekts ir negatīvs, tad šo posteni pārnes uz bilances izdevumu pusi.

4. Siltums, ko ievada gaiss, ko ievada degvielas sadedzināšanai tehnoloģiskiem nolūkiem, Q PV, in.

5. Siltums, ko ievada sakarsēti cietie un šķidrie lādiņu materiāli, Q FM.

11. Bilances izdevumu posteņi

>

1. Tehnoloģiskā procesa cieto un šķidro produktu siltums Q FP

2. Izplūdes gāzu (ķīmisko un fizikālo) siltums, tai skaitā tehnoloģiskā procesa gāzveida produkti un no atmosfēras izsūktais gaiss, Q yx.

3. Siltuma zudumi (kopumā) no mehāniskās zemdegšanas caur mūri (siltuma vadīšana un akumulācija), starojums caur urbumiem ar dzesēšanas ūdeni Q sviedri.

Summējot bilances ienākošos un izejošos posteņus, pielīdzinot šīs summas, iegūstam siltuma bilances vienādojumu, kas vienādi der jebkurai kurtuvju klasei un tipam, un, protams, ne visi posteņi katrā konkrētajā bilancē var notikt:

Q XT + Q ee + J FT ± Q TECH + Q FB + Q FM = Q FP + Q yx + Q sviedri

Vienādojuma labā puse attēlo lietderīgi izmantoto siltumenerģiju qm, bet kreisā puse parāda tā izteiksmi caur termotehniskiem lielumiem, kurus ir samērā viegli izmērīt praktiskos apstākļos.

Lietderīgi izmantotā siltuma attiecību pret siltuma ienākšanu ar degvielu un gaisu sauc par lietderīgā siltuma izmantošanas koeficientu:

? KPT = Q M / (Q XT + Q FT + Q ФB).

Šī vērtība ir līdzīga efektivitātei — jēdzienam, ko izmanto mašīnu un mehānismu veiktspējas novērtēšanā. Lietderīgā siltuma izmantošanas koeficients raksturo krāsns termiskās darbības efektivitāti un ļauj salīdzināt dažādu krāšņu energoefektivitāti. Pieņemsim, ka sadegšanas produktu un sadegšanas sākuma vielu (degvielas un gaisa) ūdens skaitļi W (ūdens skaitlis W ir vienāds ar siltumietilpības un masas plūsmas ātruma reizinājumu) ir vienādi, tad aizstājot qyx siltuma bilances vienādojumā un dalot ar W, mēs iegūstam:

Kur ? valis. – degvielas efektivitātes koeficients;

Kur T theor it f theor– kurināmā teorētiskā sadegšanas temperatūra bez un ņemot vērā kurināmā un sadegšanas gaisa fizisko siltumu; Т agr х – iekārtas izplūdes gāzu temperatūra.

Kopš T agr. uh un O iekšā. sviedri ir salīdzinoši zemi, tādā mērā, ka teorētiskā sadegšanas temperatūra, sildot gaisu izplūdes gāzu siltuma dēļ, ir atkarīga (pie dotās teorētiskās kurināmā sadegšanas temperatūras aukstā gaisā) no siltuma izmantošanas koeficienta krāsns darba telpā:

12. Krāšņu analīzes un projektēšanas termodinamiskie principi

>

Krāšņu darbības analīze no termodinamikas viedokļa ļauj noteikt dažus vispārīgus principus, kas raksturo krāšņu darbības gala rezultātus.

Pirmā un otrā termodinamikas likuma pielietošana ļauj novērtēt tikai pabeigta siltuma pārneses procesa vai noteiktu šāda procesa elementu enerģētiskos rezultātus, un tajā pašā laikā neļauj noteikt siltumierīču produktivitāti un, jo īpaši krāsnis.

Enerģijas novērtējums ļauj spriest par enerģijas izmantošanas pilnīgumu noteiktā termiskajā ierīcē un neko nesaka par nodotās enerģijas veiktspēju. Gluži pretēji, ekserģijas novērtējums ļauj spriest par neatgriezeniskiem enerģijas zudumiem, nodotās enerģijas kvalitatīvajām īpašībām un neļauj spriest par enerģijas izmantošanas pilnīgumu noteiktā ierīcē.

Ar tādu pašu enerģijas patēriņu siltuma pārneses process principā ir efektīvāks, jo augstāka ir siltumu uztverošās vides temperatūra, jo enerģijas nolietojums ir mazāks. Ar tādu pašu siltumnesēja ekserģiju pasliktinās enerģijas patēriņš termoiekārtā, jo paaugstinās tehnoloģisko iemeslu dēļ nepieciešamā sildvirsmas temperatūra. Jo augstāka ir vajadzīgā sildvirsmas temperatūra, jo lielākai jābūt siltumnesēja ekserģijai un augstākas prasības attiecībā uz kurināmā kvalitāti un tās sadegšanas apstākļiem. Gluži pretēji, zemā sildvirsmas vai apsildāmās vides temperatūrā siltumnesēja ar lielu ekserģiju izmantošana ir nepraktiska, jo joprojām notiek enerģijas nolietojuma process.

Krāsnis ir aprēķinātas un projektētas tā, lai sasniegtu augstāko iespējamo energoefektivitāti ? k un e.

Lai iegūtu maksimumu ? agrigate valis ? Darbvietas komplektam ir jābūt kādai optimālai, bet ne maksimālajai vērtībai.

Degvielu novērtēšana, aprēķinot iespējamās vērtības ? valis. vienība dažādos kurināmā sadegšanas apstākļos ir ļoti svarīga krāšņu projektēšanai un racionālu to darbības režīmu noteikšanai.

13. Prasības martena krāšņu lāpām

>

Aerodinamiskās kontūras– tā ir to punktu ģeometriskā atrašanās vieta, kur strūklas ātrums tuvojas nullei. Degšanas kontūras nosaka degvielas ķīmiskās pārdegšanas daudzums, savukārt degšanas kontūras garumam atbilstošā gareniskā koordināte ir liesmas garums L f.

Lai atvieglotu degšanas procesu matemātisko aprakstu lāpā un to aprēķinu, vēlams noteikt kādu minimālo zemdeguma vērtību, kas raksturotu degļa kontūru un tā garumu. Lai šo izmēru vienotu, skaitlim jābūt 0,5% CO vai atbilstošai vērtībai q 3. Augstkaloriju degvielai (piemēram, mazutam, dabīgajām un koksa krāsnīm) CO vērtība sadegšanas produktos ir 0,5% a=1 atbilst siltuma zudumiem q з =1,3-1,8%. Tāpēc, lai novērtētu šo degvielu liesmas garumu, var ņemt vērtību aptuveni 2% (ņemot vērā noteiktu ūdeņraža daudzumu sadegšanas produktos).

Lāpas garums. Parasti martena krāsnī ir nepieciešams īss lodlampa. Uzpildīšanas laikā tā redzamajai daļai jābeidzas aptuveni kurtuves darba telpas vidū, un apdares periodā vēlams degli pagarināt tā, lai tas aizņemtu 3/4 no vannas garuma. Taču vienmēr ir nepieciešams, lai pēdējais uzpildes lodziņš gar lāpas ceļu būtu tīrs un nebūtu nekādu degvielas izdegšanas pazīmju.

Lāpas forma. Atvērta kamīna krāsnīs degļa formai ir ārkārtīgi liela nozīme. Nepieciešams, lai tā būtu plakana - pārklāj vannu, iespējams, nepieskaroties priekšējai un aizmugurējai sienai, un jāatrodas pēc iespējas tālāk no galvenās arkas, t.i., pēc vizuāliem novērojumiem tai jābūt plānai un bez izciļņiem. Šāda veida lāpu parasti sauc plakana un izturīga.

Tāpēc martena krāšņu sildīšanai ir nepieciešamas īpašas sprauslas. Sprauslas slīpuma leņķis pret vannas spoguli jāizvēlas tāds, lai tiktu nodrošināta vajadzīgā lāpas forma un nenotiktu pārmērīga tā deformācija.

Par lāpas izmēru un formu nereti spriež pēc martena krāšņu mūra (velvju un sienu) iznīcināšanas topogrāfijas. Parasti lokāla iznīcināšana notiek gar lāpas kontūru.

Ātruma īpašības. Protams, lai nodrošinātu lāpas plakanumu un stingrību, tās aerodinamiskajiem parametriem jābūt pietiekami augstiem, t.i., sākotnējam strūklas izplūdes ātrumam no sprauslas un lāpas izplešanās ātrumam vannas tuvumā visā tās garumā jābūt tādam. pietiekami liels, lai lāpa neatdalītos no vannas un paceļot to uz arku.

Ātruma raksturlielumi nosaka gan degļa garumu, gan tā oksidēšanas spēju. Turklāt tie atspoguļo degļa tiešās mehāniskās ietekmes pakāpi uz krāsns vannu, kas ir nepieciešama, lai samazinātu putošanu un uzlabotu vannas viršanu.

14. Lāpas oksidēšanas spēja, starojuma īpašības

>

Oksidēšanas spēja. Tehnoloģijām ļoti svarīgu procesu plūsma, jo īpaši oglekļa oksidācijas process, lielā mērā ir atkarīga no degļa organizēšanas martena krāsnī. Vannas piemaisījumu oksidācijas procesus galvenokārt nosaka masas pārneses procesi, kā parādīts tehniskajā literatūrā.

Lai pastiprinātu siltuma pārnesi martena krāšņu (īpaši liela mēroga, kas darbojas uz šķidrā čuguna) darba telpā, ir jāveic visi pasākumi, lai paātrinātu vannas piemaisījumu ķīmiskās enerģijas realizāciju un oglekļa monoksīda pēcsadedzināšanu. tieši uz vannas virsmas. Šis process ir pašpaātrinošs: radot apstākļus intensīvai degšanai, tiek nodrošināta vannas uzvārīšanās, kas savukārt veicina siltuma un skābekļa pārnesi no krāsns atmosfēras vannā. Tāpēc jebkura reģeneratoros uzsildītā gaisa padeves uzlabošana vannas virsmai rada apstākļus kausēšanas paātrināšanai. Masas pārnesi var pastiprināt, izveidojot īsu un virzītu lāpu un izmantojot pastiprinātājus. Nedrīkst aizmirst arī par nepieciešamību pareizi sadalīt siltumu un oksidētāju pa vannas virsmu, lai vanna vārītos vienmērīgi un neputotu izdedžus. Šo prasību var izpildīt, izvēloties atbilstoša garuma lāpu un nodrošinot tam noteiktas radiācijas īpašības, kas, protams, nav iespējams bez lāpas vadības līdzekļiem.

Radiācijas īpašības. Martena krāsns lāpam jābūt gaismīgam, t.i., ar pēc iespējas augstāku melnuma pakāpi (pietiekami augstā temperatūrā). Šis princips, kas praktiskos apstākļos nav apšaubāms, teorētiski ik pa laikam ir apšaubīts, sākot ar E. K. Venstroma darbiem. Taču katru reizi pētījumu rezultāti un krāšņu ekspluatācijas pieredze atspēko tādas šaubas, kā, piemēram, nesen notika martena krāsnis pārvēršot apkurē ar dabasgāzi un darbinot ar vieglo mazutu. Ir acīmredzams, ka, apvienojot pēdējās divas prasības lāpam (“īss” un vienlaikus “gaismas”), ir zināma pretruna, jo jo ātrāk notiek degvielas sajaukšanās ar gaisu un degšanas procesi, jo mazāk. tiek radītas iespējas izdalīties ogļskābām daļiņām, kas nodrošina lāpas spožumu.

Teorētiskā izpēte ir tieši tā, lai palīdzētu dizaineriem un ražošanas darbiniekiem atrast visefektīvāko lāpu. Tā kā siltuma un masas pārneses procesu intensitāti un krāsns kalpošanas laiku lielā mērā nosaka lāpas garums, pētnieki pirmām kārtām meklēja atbildi uz svarīgāko jautājumu: kāds ir lāpas garums un no kādiem faktoriem tas ir atkarīgs.

15. Atvērtu kamīnu krāšņu siltumtehniskie pētījumi

>

Meklējot jaunas martena krāšņu karsēšanas metodes ar mazutu, tika veikti siltumtehniskie pētījumi un pētīta sēra uzvedība krāsns darba telpā. Tika pētīta gāzeļļas krāsns, ar tās darba telpā izsmidzināmu mazutu apsildāmās krāsnis un ar gazificēto mazutu apsildāmās krāsnis.

Veicot siltumtehniskos pētījumus, krāsnis sildīja galvenokārt ar vieglu, zemas viskozitātes mazutu, kas nāk no dienvidu naftas pārstrādes rūpnīcām. Apdares periodā visas krāsnis saglabāja vienādu termisko slodzi: mazuta patēriņš bija 2400 kg/h, un k = 1,3.

Lai kontrolētu kvēpu nogulsnēšanās pilnīgumu, aiz galvenā stikla vates filtra tika uzstādīts absorbējošs vates filtrs.

Gāzes temperatūra gāzes diapazonā (150 mm attālumā pirms gāzes izplūdes no kesona) tika mērīta ar volframa-rammolibdēna bajonetes termopāri, kas uzstādīts ar ūdeni dzesējamā korpusā. Termopāra darba savienojumu aizsargāja kvarca uzgalis.

Lāpu starojuma īpašību izpēte sākās ar lāpas un mūra starojuma temperatūras mērīšanu visā krāsns darba telpas garumā. Šim nolūkam mēs izmantojām RAPIRA kopējā starojuma pirometrus ar TERL-50 teleskopiem. Pieci pirometri tika pastāvīgi uzstādīti un novirzīti uz lāpu caur ūdens dzesēšanas caurulēm, kas uzstādītas krāsns aizmugurējā sienā. Pirometru uzstādīšana uz krāsns aizmugurējās sienas ļāva veikt eksperimentus visā kausēšanas procesā.

Siltuma plūsmu mērīšanai tika izmantota VNIIMT termozonde, kas tika ievadīta krāsns darba telpā caur uzlādes logu skata atverēm.

Pilnīgākai lāpu radiācijas īpašību izpētei tika noteiktas to melnuma pakāpes un Šmita temperatūras. Daudzumi vf nosaka četros punktos visā krāsns darba telpas garumā.

Siltuma plūsmas tika mērītas ar akūtā leņķa starojuma pirometru.

Kalibrējot gala radiometru, vienlaikus ar mazuta izslēgšanas brīža vērtību noteikšanu, no kurtuves darba telpas tika ņemti gāzes paraugi. Šo paraugu ķīmiskā analīze parādīja, ka krāsns atmosfēras absorbējošās sastāvdaļas nevar būtiski ietekmēt kalibrēšanas rezultātus (CO 2 saturs<0,1%).

TC un PM atkarības raksturs no radiometra rādījumiem izrādījās aptuveni vienāds visām pētītajām krāsnīm.

16. Lāpas starojuma raksturlielumu izpēte

>

Degšanas temperatūra:

Kur L R f.k.– liesmas garums M;

x– mazuta mitruma saturs, kg/kg.

Iegūst, karsējot krāsnis ar gazificētu mazutu.

Krāsnīs, kas tiek uzkarsētas ar gazificētu mazutu, tiek iegūtas augstas wf vērtības. Tas izskaidrojams ar intensīvo kvēpu emisiju mazuta oksidatīvās plaisāšanas laikā, kā arī ar lielāku lāpas izstarojošā slāņa biezumu. Krāsns darba telpas pirmajā pusē izstarojuma pakāpe ir diapazonā e f = 0,7-0,95 un mainās salīdzinoši maz visā degļa garumā. Tuvumā darba telpas vidum ef strauji samazinās un beigās sasniedz zemākās vērtības ( e f = 0,13-0,18).

Divu kanālu mazuta krāsnī tika novērota skaidri pamanāma mazuta veida ietekme uz degļa starojuma īpašībām. Mazuta viskozitātes palielināšanos papildināja e f vērtību palielināšanās visā krāsns garumā. Tādējādi, izmantojot 40. markas mazutu pret otro uzpildes lodziņu gar uzliesmojumu, vērtība ir e f = 0,67, un, dedzinot 80. markas mazutu, e f = 0,76. Palielinoties mazuta markas numuram, palielinājās arī siltuma pārnese.

Krāsns izturība ir saistīta arī ar mazuta viskozitāti, jo, palielinoties viskozitātei, maksimālā liesmas temperatūra darba telpas galā samazinājās.

Pēc vizuāliem novērojumiem, sildot krāsni ar augstas viskozitātes mazutu, degļa spožums tiek uzturēts līdz 2/3 no darba telpas garuma, izdedži ievērojami mazāk puto un metāls uzsilst ātrāk.

Sildot divkanālu krāsni ar 80. klases mazutu, kā izsmidzinātāju izmantoja pārkarsētu tvaiku ar spiedienu 11 atm un saspiestu gaisu ar spiedienu 5,5-6,0 atm. Mazuta izsmidzināšanas gadījumā ar kompresora gaisu tika novērots neliels degļa melnuma pakāpes, kā arī q fc pieaugums.

Krāšņu termiskās darbības pētījumu rezultāti ļauj izdarīt šādus secinājumus:

1) mazuta pusgāzes sastāvu un temperatūru nosaka primārā gaisa patēriņa koeficienta vērtība mazuta gazifikācijas laikā; tā optimālā vērtība ir 1 aptuveni 0,4;

2) izmantojot vieglas un zemas viskozitātes mazuta, augstākās siltuma absorbcijas siltuma plūsmas vērtības, kas krīt uz vannu, augsta vērtība degļa saknē un krāsns pirmajā pusē, un zemākās vērtības. pie tīrīšanas galvas tika iegūtas krāsnīm, kas sildītas ar gazificētu mazutu;

3) degot mazutu, atšķirība ir gan absolūtajā, gan relatīvajā vērtībā.

17. Gāzes stāvokļa termodinamiskie pamatparametri

>

Spiediens

R– spēka mērs, kas iedarbojas uz vienības virsmu:

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

kur DS -> 0; ?Fn – spēks, kas vērsts perpendikulāri virsmas laukumam.

Konkrēts apjoms

V ir blīvuma reciproks r vielas:

v = 1 / r = dV / dm,

Kur dV– bezgalīgi mazs tilpuma elements;

dm– vielas masa.

Kurmis

Vielas daudzumu, kas satur molekulu skaitu, kas vienāds ar atomu skaitu, kas atrodas 12 g oglekļa izotopa 12 C, sauc. mēs lūdzam.

Avogadro numurs

N A= 6,02 h 10 23 mol -1. Aprēķiniem nepieciešamā vērtība. Parāda, cik molekulu ir vienā molā jebkuras vielas.

Molārā masa

M– viena mola masa:

M = N A m x 1a. e.m.

Kur N A– Avogadro numurs;

m- molekulmasa.

Molmasa [M] = kg/mol un molārais tilpums = m 3 /mol.

Viena mola tilpums – molārais tilpums:

V M = M / r

Kur M– molārā masa;

r– vielas blīvums.

Formulas vielas molu skaita un vielas molekulu skaita noteikšanai ir šādas:

u = m / M = V / V M ,

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

Temperatūra

Par temperatūras mērauklu ir ierasts ņemt molekulu translācijas kustības vidējo kinētisko enerģiju. Ja divi saskarē esošie ķermeņi neapmainās ar enerģiju caur siltuma apmaiņu, mēs varam teikt, ka šiem ķermeņiem ir vienāda temperatūra un sistēmā pastāv termiskais līdzsvars.

18.Ķermeņa stāvokļi. Termodinamiskā sistēma. Adiabātiskais process

>

Ir trīs agregācijas stāvokļi: ciets, šķidrs un gāzveida.

Ja sistēmas parametri laika gaitā nemainās, tad var runāt par sistēmas termodinamisko līdzsvaru.

Ķermeņu un lauku kopumu, kas spēj apmainīties ar enerģiju ne tikai savā starpā, bet arī ar ārējo vidi, sauc par termodinamisko sistēmu. Ja termodinamiskā sistēmā notiek iekšējās enerģijas izmaiņas, tad var runāt par šīs sistēmas veikto darbu un par siltuma apmaiņu starp sistēmas daļām.

Termodinamiskā stāvokļa parametri

Spiediens, temperatūra, blīvums, koncentrācija, sistēmas tilpums ir stāvokļa termodinamiskie parametri.

Tiek saukts process, kurā starp sistēmu un ārējo vidi nenotiek siltuma apmaiņa adiabātisks. Pirmais termodinamikas likums plkst dQ = 0 izskatās šādi:

C v dT + PdV= 0,

un, ņemot vērā dT= (PdV + VdP) / R

dP/ P= -gdV/ V,

Kur g– adiabātiskais indekss;

R- spiediens;

V- apjoms.

Šim vienādojumam ir risinājums šādā formā:

PV g= konst.

To sauc Puasona vienādojums.Ņemot vērā Mendeļejeva-Kleiperona vienādojumu, Puasona vienādojums izskatīsies šādi:

TV g-1 = nemainīgs,

T g p 1-g = konst.

Puasona vienādojumi apraksta kvazistatiskos adiabātiskus procesus. Adiabātiskā saspiešana izraisa gāzes uzsilšanu adiabātiskās izplešanās gadījumā, tā atdziest.

Atšķirībā no izotermiskā procesa, adiabātisko procesu raksturo straujāks spiediena samazinājums, palielinoties tilpumam. Darbs, ko gāze veic adiabātiskā procesa laikā, vienmēr ir mazāks par izotermiskā procesa laikā veikto darbu, ja pieņemam, ka tilpuma izmaiņas abos gadījumos ir vienādas. Adiabātiskā procesā pastāv darba atkarība no adiabātiskā eksponenta. Režija g -> 1, mēs iegūstam darba vērtību izotermiskā procesa laikā, t.i., notiks adiabātiska pāreja (Q = const) uz izotermu (T= const).

19. Politropisks process

>

Procesu sauc politropisks, ja pieņemam, ka siltuma jauda paliek nemainīga. Pirmais termodinamikas likums pie C = const ir šāds:

(C– Cv)dT = PdV,

un, ņemot vērā dT= (PdV + VdP)/ R mēs iegūstam šādu apzīmējumu:

ndV/ V= -dP/ P,

n= (C– CP)/ (C– CV),

Vienādojumam ir risinājums šādā formā:

PVn= konst.,

Kur P- gāzes spiediens;

V- gāzes tilpums.

Politropisku procesu raksturo daļēja siltuma apmaiņa starp sistēmu un ārējo vidi. Politropiskā procesa līkne atrodas PV diagrammā starp izotermu (Г = const) un adiabātisko ( J= const) un tiek saukts politrops.Ņemot vērā Mendeļejeva-Kleiperona vienādojumu, politropiskais vienādojums izskatīsies šādi:

TV n-1 = nemainīgs,

T n P n-1= konst.

Nosakīsim gāzes veikto darbu politropiskā procesa laikā:

A 12 = (m/M)R(T 1 – T 2) / (n – 1),

Kur m- gāzes masa;

M– gāzes molārā masa;

R

n– politropiskais indekss;

T 1 Un T 2– sākotnējā un beigu temperatūra.

Lieta T 2 > T 1 un 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. Adiabātiskais process: AR= 0, n= g= C/C un Pg = const, dU= C v dT= -dA, d/ = C p dT= -gdA.

2. Izotermiskais process: AR= Ґ, n = 1 un PV = const, T = const, dA= PdV, dU= 0, dl = 0, dQ= dA.

3. Izobāriskais process: C = C p, n= 0 un V/T = nemainīgs, R= konst., dA = PdV, dU = C V dT, dl= dU+ PdV= dQ = C p dT.

4. Izohoriskais process: C = C, n= Ґ un P/T= konst., V= const, dA= 0, dU= C V dT = dQ, dl = dU + PdV = C p dT.

20.Siltums

Siltums ir iekšējās enerģijas maiņas process ar nemainīgiem ārējiem parametriem h = = const. Ķermeņi var nodot enerģiju viens otram tieši saskaroties vai to izstarot. Siltumu sauc par mikroskopisku enerģijas transformāciju. Siltuma pārneses procesu nosaka darbs, ko molekulas veic haotiskas termiskās kustības laikā. Siltuma daudzumam SI ir šāda dimensija: [Q]= J. Viņi izmanto arī siltuma mērvienības - kalorijas, 1 cal = 4,1868 J. Ja ķermenis, kas piedalās procesā, saņem siltuma daudzumu, tad to raksta ar plus zīmi, un, ja tas izdala, tad siltumam ir mīnusa zīme.

Formula elementārā siltuma daudzuma noteikšanai, kas tiek nodots ķermenim, lai mainītu temperatūru:

dQ= CDT,

Kur AR– ķermeņa siltumietilpība.

AR= dQ/dT.

Siltuma jaudas fiziskā nozīme- šī ir vērtība, kas vienāda ar siltuma daudzumu, kas jānodod ķermenim, lai tā temperatūru mainītu par 10K. Siltuma jauda AR nosaka ķermeņa masa, ķīmiskais sastāvs un termodinamiskais stāvoklis.

Siltumjaudas jēdziens ietver īpatnējās un molārās siltumietilpības jēdzienus. Vielas masas vienības siltumietilpību sauc īpatnējā siltuma jauda. Viendabīga ķermeņa gadījumā tas ir vienāds ar:

c = C/m

Kur m- gāzes masa.

Vielas viena mola siltumietilpību sauc molārā vai molekulārā siltuma jauda(apzīmēts AR). Molārās un īpatnējās siltuma jaudas ir saistītas ar attiecību:

c = C/M,

Kur M– vielas molārā masa.

SI īpatnējās un molārās siltumietilpībām ir šādi izmēri: [s] = J/kgK, [C] = J/molK.

Siltuma jaudas jēdziens ietver divu veidu siltumietilpību: nemainīgā tilpumā un nemainīgā spiedienā. Siltuma kapacitāti (īpatnējo un molāro) pie nemainīga tilpuma nosaka, sildot ķermeni plkst V= const un tiek apzīmēts ar c v un C v. Siltuma kapacitāti (īpatnējo un molāro) pie nemainīga spiediena nosaka, sildot ķermeni plkst R= const un tiek apzīmēts ar p un C lpp

21.Darbs

Darbs ir iekšējās enerģijas maiņas process ārējo parametru izmaiņu dēļ, kad dQ= 0. Elementārs darbs ir darbs, ko sistēma veic bezgalīgi mazas kvazistatiskas izplešanās laikā, kā rezultātā sistēmas apjoms palielinās par dV:

dA= Fdx = PSdx = PdV,

Kur Sdx= dV– apjoma pieaugums;

S– virsmas laukums, kas ir perpendikulārs, uz kuru iedarbojas spēks F;

R- spiediens.

Tiek saukts idealizēts process, kurā sistēma var pāriet no viena līdzsvara stāvokļa uz citu līdzsvara stāvokli kvazistatisks. Kvazistatisko procesu raksturīga iezīme ir iekšējā gāzes spiediena vienādība ar ārējo spiedienu: P = P", un d A"= -dA= -P"dV– ārējo spēku darbs. Nobeigtam procesam kopējo darbu var aprēķināt šādi:

tad A 12 darbs nav atkarīgs no sistēmas sākuma un beigu stāvokļiem un to nosaka veids, kādā sistēma pāriet no viena stāvokļa uz otru. Darbs nav stāvokļa funkcija.

Gadījumā, ja sistēmai ir vairākas brīvības pakāpes, un tās iekšējo stāvokli nosaka ārējie parametri x n un temperatūru T, Sistēma veiks elementāru darbu pie ārējām struktūrām:

dA = X 1 dx 1 + X 2 dx 2 + … + X n dx n,

kur x 1 ,x 2 ,…,x n ir sistēmas x stāvokļa ārējo parametru funkcijas (vispārinātie spēki). Ja temperatūras izmaiņas ārējā vidē nekādi neietekmē sistēmas stāvokli, tad šādu sistēmu parasti sauc adiabātiski izolēts. Adiabātiski izolētas sistēmas iekšējo enerģiju var norādīt kā noteiktu stāvokļa funkciju U, Turklāt šīs funkcijas pieaugumam jābūt vienādam ar darbu, kas tiek veikts sistēmā tās pārejas laikā no sākotnējā stāvokļa uz galīgo stāvokli neatkarīgi no ceļa:

A 12 = U 2 - U 1,

Kur U 2 Un U 1– sistēmas iekšējās enerģijas 2. un 1. stāvokļos.

22. Boila-Mariotas likums

>

Viens no ideālajiem gāzes likumiem ir Boila-Marriott likums, kas skan: spiediena produkts P uz tilpumu V gāze ar nemainīgu gāzes masu un temperatūru pastāvīgi. Šo vienlīdzību sauc izotermu vienādojumi. Izoterma gāzes stāvokļa PV diagrammā ir attēlota hiperbolas formā un atkarībā no gāzes temperatūras ieņem vienu vai otru pozīciju. Process notiek T= const, sauc izotermisks. Gāze plkst T= const ir nemainīga iekšējā enerģija U. Ja gāze izotermiski izplešas, tad viss siltums aiziet darba veikšanai. Darbs, ko gāze veic, izotermiski izplešoties, ir vienāds ar siltuma daudzumu, kas gāzei jāpiešķir, lai to veiktu:

dA= dQ= PdV,

kur d A– pamatdarbs;

dV- elementārais apjoms;

P- spiediens. Ja V 1 > V 2 un P 1< P 2 , то газ сжимается, и работа принимает отрицательное значение. Для того чтобы условие T= const bija izpildīts, jāpieņem, ka spiediena un tilpuma izmaiņas ir bezgala lēnas. Ir arī prasība attiecībā uz vidi, kurā atrodas gāze: tai jābūt pietiekami lielai siltumietilpībai. Aprēķinu formulas ir piemērotas arī gadījumā, ja sistēmai tiek piegādāta siltumenerģija. Saspiežamība Tiek izsaukta gāzes īpašība mainīt tilpumu, mainoties spiedienam. Katrai vielai ir saspiežamības koeficients, un tas ir vienāds ar:

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

šeit atvasinājums tiek ņemts pie T= konst.

Saspiežamības koeficients tiek ieviests, lai raksturotu tilpuma izmaiņas līdz ar spiediena izmaiņām. Ideālai gāzei tas ir vienāds ar:

c = -1 / P.

SI saspiežamības koeficientam ir šāda dimensija: [c] = m 2 /N.

23. Geja-Lusaka likums

>

Geja-Lusaka likums norāda: gāzes tilpuma attiecība pret tās temperatūru pie nemainīga gāzes spiediena un tās masas ir nemainīga.

V/ T= m/ M PAR R/ P= konst

plkst P= konst., m= konst.

Šo vienlīdzību sauc izobāra vienādojumi.

Izobārs PV diagrammā ir attēlots ar taisnu līniju, kas ir paralēla asij V. Process notiek P= const, sauc izobarisks. Ja V 1 Un T 1– sākuma un V 2 Un T 2 ir ierobežots tilpums un temperatūra, tad spēkā ir šāda vienādība:

V 1 / T 1 = V 2 / T 2.

Darbu, ko gāze veic izplešanās laikā, var viegli atrast, aprēķinot trīsstūra laukumu PV diagrammā:

A12 = PDV= m/ M Par RDT,

kur DV= V 2 – V 1 – tilpuma izmaiņas;

DT = T 2 – T 1 – temperatūras maiņa.

VT diagrammā izobārs ir attēlots kā taisna līnija, kas stiepjas no sākuma. Gay-Lussac likumu var uzrakstīt šādā formā:

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

Kur V– tilpums temperatūrā t, skaitīts no 0 o C;

V 0– ideālās gāzes tilpums temperatūrā T 0= 273,j6 K.

nosauciet daudzumu:

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

Vispārīgā gadījumā jebkurai vielai tilpuma izplešanās koeficientu definē šādi:

a= 1 / V.O./ (dV/dT) lpp.

Ideālas gāzes tilpuma izplešanās koeficients ir vienāds ar:

a= 1/T.

Ja T= 0 o C, tad a =a V

Reālām gāzēm Geja-Lusaka likums nepastāv zemās temperatūrās (t.i., tuvu absolūtai nullei). Atdzesējot līdz absolūtai nullei, visas gāzes, izņemot hēliju, sašķidrinās.

24. Kārļa likums

>

Kārļa likums nosaka, ka gāzes spiediena attiecība pret tās temperatūru ir nemainīga, ja gāzes tilpums un masa ir nemainīgi:

P/ T= m/ M PAR R/ V= konst

plkst V= konst., m= konst.

Šo vienlīdzību sauc izohoru vienādojumi.

Izohors ir attēlots PV diagrammā kā taisna līnija, kas ir paralēla P asij, un PT diagrammā tā ir taisna līnija, kas stiepjas no sākuma. Process notiek V= const, sauc izohorisks. Izohoriskā procesa raksturīga iezīme ir tā, ka gāze V= const nedarbojas. Kad gāzei tiek piegādāta siltumenerģija, tās iekšējā enerģija palielinās piegādātā siltuma dēļ:

DU = m/ M PAR Cv D.T.

Kur M– molārā masa;

CV– molārā siltumietilpība;

D.T. = T 2 – T 1 – temperatūras maiņa.

Ja P 1 un T 1 ir sākotnējie, un P 2 un T 2 ir galīgais spiediens un temperatūra, tad:

P 1 / T 1 = P 2 / T 2

Kārļa likumu var uzrakstīt šādā formā:

P = P 0 (1 + a p t)

Kur R– spiediens pie temperatūras t, mērot no 0 o C;

P 0– ideāls gāzes spiediens pie temperatūras Т0=273,16 K.

Spiediena maiņas temperatūras koeficients, vai vienkārši termiskā spiediena koeficients, sauc šādu parametru:

a р = Р / Р 0 T = 1 / T 0 .

25. Ideālas gāzes stāvokļa vienādojums

>

Ideālā gāzes stāvokļa vienādojums apraksta attiecības starp tā temperatūru un spiedienu. Kopš ideālas gāzes spiediena slēgtā sistēmā P= 1/3 O mn , P= nkT, tad ideālās gāzes vienādojums izskatīsies šādi:

P = NkT,

Kur N– V tilpumā esošo molekulu skaits.

PV = m/ M x NkT,

PV= m/ M x RT,

Kur M– molārā masa;

Na– Avogadro numurs;

k– Bolcmaņa konstante;

R– universāla gāzes konstante.

Vienlīdzību sauc Mendeļejeva-Kleiperona vienādojumi. Gadījumā, ja gāzes vielas daudzums ir 1 mols, Mendeļejeva-Kleiperona vienādojums būs šāds PV = RT. Var apsvērt gāzi ideāls, ja tā stāvokli apraksta Mendeļejeva-Kleiperona vienādojums vai kāda no tā sekām.

F(P, V, t 0) tiek saukts stāvokļu vienādojumi. PV diagrammā stāvokļu kopa ar t 0 = const ir parādīta hiperbolas veidā. Tiek saukta dažādām temperatūrām atbilstošo hiperbolu kopa izotermas. Process, kurā gāze pāriet no viena stāvokļa citā, kad t 0= const, sauc izotermisks.

Gadījumā P= const (1) noteiktas gāzes masas tilpumam ir lineāra atkarība no temperatūras:

V= V 0 (1 + pie 0).

Tas atspoguļo Gay-Lussac likumu. Tāpat par V= sastāvs:

P = P 0 (1 + pie 0).

No šiem vienādojumiem izriet, ka visi izobāri un izohori krustojas ar asi t 0 vienā punktā, kas noteikts no nosacījuma 1 + pie 0= 0. Šī vienādojuma risinājums:

t 0 = -1 / a= -273,15 o C.

R= 8.31 h 10 3 J/(g.h kmol) – universāla gāzes konstante.

PV = m/m x RT.

26. Universāls ideālās gāzes stāvokļa vienādojums

>

Masu attiecība m gāze (viela) pret gāzes (vielas) daudzumu všo sistēmu sauc gāzes (vielas) molārā masa:

M = m/ v.

Molārās masas izmērs ir šāds: [M]= 1 kg / 1 mol.

Secinājums no Avogadro likuma ļauj mums atrast noteiktu tilpumu attiecību:

v 2 / v 1 = M 1 / M 2

v 1 M 1 = M 2 v 2 .

Pēdējā attiecība atspoguļo svarīgu ideālas gāzes īpašības: vienādos fizikālajos apstākļos gāzes īpatnējā tilpuma un tās molārās masas reizinājums ir nemainīga vērtība, kas nav atkarīga no gāzes rakstura, t.i. vM= idem. Darbs vM apzīmē 1 mola ideālas gāzes tilpumu, un pēdējā vienādība nozīmē visu gāzu molāro tilpumu vienādību vienādos spiedienos un temperatūrās.

Stāvokļa vienādojums vienam gāzes molam ir šāds:

PV m = MRT,

Kur MR = Rm= PV m/ T.

Produkts MR ir universāla (molārā) gāzes konstante. Universālās gāzes konstantes fiziskā nozīme ir tāda, ka tā ir ra 26b vairāk nekā viens mols ideālas gāzes ar temperatūras maiņu 1 o un procesa pastāvīgu spiedienu. Tas nav atkarīgs no gāzes veida. R= = 8,314/m. Formas vienādojums

PV m = 8,314T

sauca universālais stāvokļa vienādojums.

Universāls ideālās gāzes stāvokļa vienādojums mēs varam apsvērt Mendeļejeva-Kliperona vienādojumu:

PV = uRT.

Ja saglabājat nemainīgu tilpumu un kā temperatūras indikatoru izmantojat gāzes spiedienu, jūs varat iegūt termometru ar perfekti lineāru skalu. To sauc ideālās gāzes temperatūras skala. Ir ērti ņemt ūdeņradi kā termometrisku vielu. Ūdeņradim noteikto skalu sauc par empīrisko temperatūras skalu.

27. Gāzu maisījumu pamatīpašības

>

Tiek saukts vairāku dažādu gāzu kopums, starp kurām nav iespējams veikt ķīmisko mijiedarbību ideālu gāzu maisījums. Spiedienu aprēķina pēc formulas:

P i = N i kT/ V,

Kur i= 1, 2, r, sauc daļēja,

r– gāzu skaits maisījumā;

N ir i-tās gāzes molekulu skaits;

V– maisījuma tilpums;

k– Bolcmaņa konstante;

T- temperatūra.

Daltona likums atspoguļo saistību starp ideālo gāzu maisījuma spiedienu un to parciālo spiedienu. Tajā ir rakstīts: "Maisījuma spiediens r ideālās gāzes un to daļējo spiedienu summa ir vienādas viena ar otru. Daltona likuma matemātiskais formulējums ir šāds:

P = P1+ P2 +… + Pr = NkT/V

Kur N = N 1+ N 2+. + Nr– molekulu skaits maisījumā r gāzes

Amaga likums. Tas atspoguļo attiecību starp ideālo gāzu maisījuma tilpumu un to daļējiem tilpumiem. Amaga likums nosaka: "Maisījuma tilpums r ideālās gāzes un to daļējo tilpumu summa ir vienādas viena ar otru":

V = V 1 + V 2 + … + V r.

Gāzu maisījuma parametrus var atrast, zinot Klepeirona likums:

PV = mRT,

Tiek saukta katras gāzes masas attiecība pret kopējo maisījuma masu masas daļa:

g1 = m1/m; g2 = m2/m; ...; g n = m n / m,

Kur g 1 , g 2 , g n– masas daļas;

m 1, m 2, m n– gāzu masas atsevišķi;

m– maisījuma masa.

Visu maisījumā esošo gāzu masas daļu summa ir vienāda ar vienību.

Maisījuma masa ir šajā maisījumā iekļauto gāzu masu summa.

Tiek saukta daļējā tilpuma attiecība pret visa maisījuma tilpumu tilpuma daļa:

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

Kur r 1 , r 2 , r n– tilpuma daļas;

V 1, V 2,., Vn– maisījuma daļējie gāzu tilpumi;

V– gāzes maisījuma tilpums.

28. Gāzu maisījuma vidējā molārā masa

>

Konkrētās gāzes maisījuma konstantes atrašanas vienādojums ir šāds:

R = еg i R i = 8314,2 (g 1 / M 1 + g 2 / M 2 +… + g n / M n)

Zinot maisījuma molāro masu, varat atrast maisījuma gāzes konstanti:

Zinot maisījuma tilpuma sastāvu, mēs iegūstam šādas formulas:

g i = (R/ R i),

piem i= Re(r i/R i) = 1.

Specifiskās gāzes konstantes aprēķināšanas formula būs šāda:

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

Gāzu maisījuma vidējā molārā masa ir diezgan ierasta vērtība:

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

Ja nomaināt konkrētās gāzes konstantes R 1, R 2,…, Rn izmantojot to vērtības no Kleiperona vienādojuma, mēs atrodam gāzu maisījuma vidējo molāro masu, ja maisījumu nosaka masas daļas:

M= 1 / (r 1/ M 1+ r 2/ M 2+. + r n/ Mn).

Gadījumā, ja maisījumu nosaka pēc tilpuma daļām, mēs iegūstam šādu izteiksmi:

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

To zinot R= 8314,2 / M, mēs iegūstam:

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

Tādējādi gāzu maisījuma vidējā molārā masa nosaka pēc atsevišķu gāzu, kas veido maisījumu, tilpuma daļu un molmasu produktu summa.

29.Parciālie spiedieni

Spiediens, rakstīts kā: P i =N i kT/ V,

Kur i= 1,2,..., r, tiek izsaukts daļēja.Šeit r– gāzu skaits maisījumā;

N i– i-tās gāzes molekulu skaits;

V– maisījuma tilpums;

k– Bolcmaņa konstante;

T- temperatūra.

To var atrast, ja ir zināmi visi galvenie gāzes parametri:

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

Ja maisījumu nosaka tilpuma daļās, tad, lai iegūtu katras gāzes parciālo spiedienu, tiek izmantots Boila-Mariota likums, no kura var secināt, ka pie T = const:

P i V = P V i Un P i = P V i/ V = r i P.

Daļējs spiediens jebkuras gāzes daudzumu aprēķina kā gāzu maisījuma kopējā spiediena un tā tilpuma daļas reizinājumu. Pēdējais vienādojums tiek izmantots, risinot tehniskas problēmas un pārbaudot siltuma instalācijas. Gāzu tilpuma daļas tiek iegūtas eksperimentāli, izmantojot gāzu analizatorus.

Daļēja spiediena fiziskā nozīme Pi ir tas, ka tas ir i-tās gāzes spiediens ar nosacījumu, ka tā aizņem tilpumu V.

Daltona likums atspoguļo saistību starp ideālo gāzu maisījuma spiedienu un to parciālo spiedienu. Tas skan: maisījuma spiediens r ideālās gāzes un to parciālo spiedienu summa ir vienāda ar otru. Daltona likuma matemātiskais formulējums ir šāds:

R= Р 1 + Р 2 + ...+ P r= NkT/V

Kur N= N 1+ N 2+... + Nr– molekulu skaits r gāzu maisījumā.

Spiediens, ko rada katras molekulas r ideālas gāzes, nav atkarīgas no spiediena, ko rada citu gāzu molekulas. Šīs parādības iemesls ir tas, ka ideālā gāzē esošās molekulas nesadarbojas. Eksperimentāli ir pierādīts, ka pie augsta spiediena (apmēram 10 6 Pa) Daltona likums nav izpildīts.

30. Enerģijas nezūdamības un transformācijas likums

>

Pirmais termodinamikas likums ir balstīts uz universālo enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likumu, kas nosaka, ka enerģija netiek ne radīta, ne iznīcināta.

Ķermeņi, kas piedalās termodinamiskajā procesā, mijiedarbojas viens ar otru, apmainoties ar enerģiju. Tajā pašā laikā dažos ķermeņos enerģija samazinās, bet citās tā palielinās. Ir divas iespējas enerģijas pārnesei ar fiziskiem ķermeņiem: siltuma apmaiņa un mehāniskais darbs.

Praksē darba vienība ir arī džouls, darba apjomu apzīmē ar L, bet īpatnējo darbu uz masas vienību (P kg) apzīmē ar /.

Pirmajam termodinamikas likumam ir vairāki pamatnoteikumi.

L Jebkuri enerģijas veidi nerodas paši no sevis, bet tiek savstarpēji pārveidoti viens otrā, un to daudzumi vienmēr ir vienādi.

2. Nav iespējams uzbūvēt pirmā veida mūžīgo kustību mašīnu.

3. Ja sistēma ir pilnībā izolēta, tad tās iekšējā enerģija paliek nemainīga.

Pieņemsim, ka J- ķermenim piegādātais siltuma daudzums, kas jāiztērē darba veikšanai un iekšējās enerģijas pārveidošanai:

J= ?U +L,

Kur L = ml– darba apjoms;

ДU = mДu – sākotnējā un beigu stāvokļa iekšējās enerģijas starpība;

Gadījumā, ja ķermeņa svars ir vienāds ar 1 kg:

q =?u+l,

Kur l, q, Du – konkrēti darba apjomi, siltums, sākotnējo un beigu stāvokļu iekšējo enerģiju atšķirība. Ja process ir bezgalīgi mazs, tad

dq = du + dl.

Iegūtā attiecība ir termodinamikas pirmā likuma matemātiskais modelis. No tā izriet šāds likuma formulējums: "Viss siltuma daudzums, ko fiziskais ķermenis saņem, tiek tērēts darbam un ķermeņa iekšējās enerģijas pārveidošanai."

Parametriem ir tā sauktais zīmju noteikums: q> 0, ja fiziskajam ķermenim tiek piegādāts siltums, un q<0, если отводится; l> 0, ja darbu veic pats ķermenis (paplašināšana), un l< 0, если работу совершают над телом извне (сжатие); Du> 0 – ja palielinās ķermeņa iekšējā enerģija, D u< 0 – если внутренняя энергия уменьшается.

31.Iekšējā enerģija

Iekšējā enerģija sastāv no iekšējās kinētiskās un potenciālās enerģijas. Iekšējo kinētisko enerģiju rada vielas molekulu haotiska kustība.

Tiek aprēķināta visas makrosistēmas kinētiskā enerģija:

Kur m– sistēmas masa;

w– tās kustības ātrums telpā.

Vielas molekulu savstarpējās mijiedarbības spēki nosaka ķermeņa iekšējo potenciālo enerģiju.

Iekšējā enerģija Tā ir enerģija, kas atrodas pašā sistēmā un tai ir divas sastāvdaļas - kinētiskā enerģija.

Tā paša ķermeņa specifiskās potenciālās (iekšējās) enerģijas izmaiņas. Kopējās īpatnējās (iekšējās) enerģijas izmaiņas termodinamiskā procesa laikā izskatīsies šādi:

U – Uk– un R.

Patvaļīgas masas darba šķidruma iekšējo enerģiju aprēķina, izmantojot formulu:

?v-V k – V p .

Pieņemsim, ka darba šķidrums pāriet no pirmā stāvokļa uz otro, kad siltums tiek piegādāts no ārpuses. Tad šī siltuma daudzums tiks izteikts šādi:

q 1, 2 - u 2 - U 1.

Process notiek saskaņā ar izohorisko likumu, mums ir:

q 1,2 = ? v(T 2 - T 1).

Vispār jebkurai vielai ar masu m:

v 2 - v 1 - m? v (T 2 – T 1),

kur T 1 ir termodinamiskā procesa sākuma temperatūra;

T 2– beigu temperatūra;

u 1 – iekšējās enerģijas sākotnējā vērtība;

u 2 – iekšējās enerģijas gala vērtība;

? – vidējā īpatnējā siltumietilpība (izohoriska).

32. Gāzes darba aprēķins

>

Gāze saņem siltumu no noteikta avota ārpus sistēmas. apzīmēsim gāzes spiedienu ar burtu p, virzuļa laukumu ar S, tad ārēja spēka ietekmē F = pS uz virzuļa tas būs nekustīgs. Kad ārējais spēks F samazinās, starpība starp šiem diviem spēkiem pS–F pārvietos virzuli pa labi. Gāze zem virzuļa paplašināsies un pārvarēs ārējos spēkus, veicot darbu šajā procesā. Līdzsvara procesam mums ir šāds.

1. Virzulim ir jāpārvietojas pa cilindru bezgalīgi lēni (t.i., bezgalīgi mazā ātrumā). Tas ļaus pieņemt, ka gāzes spiediens visā tilpumā jebkurā laikā ir vienāds.

2. Siltuma avota temperatūra praktiski neatšķiras no darba šķidruma (kuram izmantojam gāzi) temperatūras, t.i., to temperatūru atšķirība ir bezgala maza. Tas ļauj pieņemt, ka temperatūra visā gāzes tilpumā jebkurā laikā ir vienāda.

Šādos apstākļos darba šķidruma izplešanās procesam jebkurā laikā būs vienāda temperatūra, blīvums un spiediens visā tilpumā, t.i., arī tā stāvoklis būs līdzsvarā.

Analītisks risinājums problēmai, kā aprēķināt darbu, ko veic gāze tās izplešanās dēļ. Virzuļa ātrums, pārvietojoties cilindrā, ir bezgalīgi mazs. Tāpēc, lai analizētu izplešanās procesu, mēs sadalām visu virzuļa noieto ceļa garumu bezgalīgi mazās daļās dl. Tad dA(elementārais darbs) jebkuram elementāram segmentam dl nosaka reizinājums:

dA = pSdl,

Kur pS- spēks;

dl- ceļš.

Izmantojot vienlīdzību

Sdl = dv,

mēs saņemam

dA = pdv.

Sniedz izteiksmi:

Kur A ir darbs, ko izplešanās laikā veic gāze ar masu j kg.

Tiek saukts arī darbs, ko gāze veic izplešanās laikā tehniskais.

33.Atgriezeniski un neatgriezeniski procesi

>

Ja termodinamiskā sistēma ārējo spēku ietekmē iziet cauri virknei secīgu stāvokļu, tad to kopumu sauc termodinamiskais process.Šo procesu veic darba šķidrums, un tā stāvoklis mainās tā, ka masa paliek nemainīga. Vienkāršota ideāla procesa galvenā īpašība ir tā atgriezeniskums.

Atgriezenisks ir procesi, kas notiek gan uz priekšu, gan atpakaļ, un kuros atlikušās izmaiņas nenotiek ne darba šķidrumā, ne apkārtējā telpā. Turklāt darba šķidrums iziet abos virzienos caur tiem pašiem līdzsvara elementārstāvokļiem un procesa beigās atgriežas sākotnējā punktā.

Jebkurš atgriezenisks process ir līdzsvars. Procesu sauc līdzsvars, ja secīgie stāvokļi, kuriem sistēma iet cauri, arī ir līdzsvars. Tiek saukts process, kas norit ļoti lēni un tādējādi tuvojas līdzsvaram jebkurā brīdī kvazistatisks(tas ir arī atgriezenisks).

Grafiski līdzsvara stāvoklis ir attēlots kā punkts telpiskā koordinātu sistēmā ar trim parametriem v, p, T, un pats līdzsvara process ir līkne, kas iet cauri vairākiem šādiem punktiem.

Sistēmas stāvokli sauc līdzsvars, ja jebkurā laika brīdī visā gāzes aizņemtajā tilpumā, vērtības v, p, T(stāvokļa parametri) ir vienādi, lai gan tie mainās laika gaitā, ja stāvoklis mainās. Izolētas sistēmas gadījumā tā galu galā atgriežas līdzsvara stāvoklī un nevar pati to atstāt. Praksē zināmos apstākļos ir iespējami atgriezeniski procesi.

1. Darba šķidrums bezgalīgi lēni maina savu stāvokli.

2. Darba šķidrumam ir bezgalīgi daudz līdzsvara stāvokļu.

3. Siltuma apmaiņa ar ārējo vidi (neatgriezenisks process), ārējā berze, ķermeņa daļiņu iekšējās berzes viena pret otru nav.

4. Darba vielā nav ķīmisku izmaiņu.

Procesi, kas neatbilst atgriezeniskuma īpašībai, ir neatgriezeniski.

Jebkurš reāls process, kurā darba šķidrums maina savu stāvokli, ir neatgriezenisks.

Jebkurš reāls process ir arī nelīdzsvarots. Tas izskaidrojams ar to, ka procesam ir ierobežots ātrums un līdzsvara stāvoklim darba vielā vienkārši nav laika noteikt. Reālie procesi var tuvoties līdzsvara apgabalam, bet nesakrist ar līdzsvara procesiem, tie var notikt tikai virzienā uz priekšu, bet pretējā virzienā tikai tad, ja tiek ietekmēti no ārpuses.

34. Termodinamikas otrā likuma pamatnoteikumi

>

Otrais termodinamikas likums ļauj atbildēt uz jautājumiem: vai aplūkojamā procesa attīstība ir iespējama vai nav, kāds procesa virziens būs dominējošais, iestājoties līdzsvaram termodinamiskajā sistēmā. Šis likums arī palīdz noteikt nosacījumus, kādos sistēma veiks maksimālo darba apjomu.

Šī likuma būtību pirmais izteica franču zinātnieks un inženieris Sadi Carnot(1824). Viņš rakstīja, ka visur, kur ir temperatūras starpība, var parādīties virzītājspēks. Turklāt tas ir atkarīgs tikai no mijiedarbojošo ķermeņu temperatūras un nav atkarīgs no šo ķermeņu veida. Lai iegūtu lielas šāda virzošā spēka vērtības, darba šķidruma sākotnējai temperatūrai jābūt nozīmīgai, un attiecīgi liela ir arī dzesēšana. Turklāt praksē nekad nebūs iespējams pilnībā izmantot degvielas dzinējspēku (enerģiju).

Šie zinātnieka apgalvojumi nosaka nosacījumus motora siltuma pārvēršanai lietderīgā darbā un no kādiem parametriem ir atkarīga šīs konversijas kvalitāte. Pamatojoties uz noteiktajiem noteikumiem, ir jārunā par to, ka siltumierīcēs vienlaicīgi jānotiek diviem procesiem - galvenajam, kurā siltums tiek pārvērsts darbā, un papildu - pavadošajam siltuma pārneses procesam uz aukstuma avotu.

Termodinamikā spontāni viņi sauc tādus procesus, par kuriem mēs varam teikt, ka tie notiek paši, t.i., neatkarīgi. Saskaņā ar otro likumu spontāni procesi notiek tikai tad, ja termodinamiskajā sistēmā nav līdzsvara. Turklāt šādu procesu norises virziens sakrīt ar virzienu, kurā sistēma tuvojas līdzsvara punktam.

Otrā termodinamikas likuma pamatā ir postulāti. Pirmais vācu zinātnieka postulāts R. Klausiuss(1850) izklāsta otrā likuma vispārīgo formulējumu šādā formā: "Siltums nepāriet spontāni no viena ķermeņa (mazāk uzkarsēts) uz otru (vairāk sakarsēts), bet tikai ar kompensācijas palīdzību." Vēl viens postulāts (Kunga Kelvins-Tomsons, 1852) teikts, ka nav iespējams izveidot siltumdzinēju - otrā veida mūžīgo dzinēju (kurā siltums tiek pilnībā pārvērsts darbā). No tā izriet, ka siltumdzinējs veiks darbu tikai tad, ja ir vismaz divi siltuma avoti ar atšķirīgu temperatūru. Turklāt tikai daļu no kopējā siltuma, ko izdala siltuma raidītājs (siltuma avots augstā temperatūrā), var pārvērst lietderīgā darbā. Pārējais siltums tiek pārnests uz siltuma izlietni.

Praksē spontāni procesi (siltuma pārnese no karstiem uz aukstiem ķermeņiem, difūzija, šķīšanas parādības un daudzi citi) ir neatgriezeniski. Tāpēc ir cits formulējums Otrais termodinamikas likums:"Ja reāls process ir spontāns, tad tas ir neatgriezenisks."

35. Ciklu termodinamiskā efektivitāte un saldēšanas koeficients

>

Augstas temperatūras avoti (T 1) un siltuma izdalīšanu darba šķidrumam sauc siltuma sensori. Zemas temperatūras avoti (T 2) un siltuma saņemšanu no darba vielas sauc siltuma izlietnes.

EN diagrammā apļveida procesa lietderīgais darbs ir vienāds ar laukumu, ko veido procesa tiešās un pretējās līknes un kas atrodas ciklā. Ja grafikā izplešanās līnija atrodas virs kompresijas līnijas, cikla virziens notiek pulksteņrādītāja virzienā un procesā saražoto darbu patērē ārējās ierīces, šāds cikls ir tiešā veidā. Ja diagrammā kompresijas līnija atrodas virs izplešanās līnijas, cikla virziens ir pretēji pulksteņrādītāja virzienam un darbs tiek veikts ar ārēja avota palīdzību, šāds cikls ir otrādi.

Noderīgu dzinēja darbu var iegūt tikai tad, ja izplešanās darbs ir lielāks par kompresijas darbu. Siltuma pārvēršana mehāniskā darbā nav spontāns process, un tas ir jāpavada kompensāciju.

Tiek ņemtas vērā termiskās ierīces ideāls, ja nav zaudējumu. Cikls tiek uzskatīts arī par ideālu, ja to veido tikai atgriezeniskas parādības. Siltumdzinējos tiek saukts ideāla tiešā cikla efektivitātes novērtējums siltuma efektivitāte. Tas ir vienāds ar siltuma attiecību, kas cikla laikā tika pārvērsta darbā, pret visu piegādāto siltumu un tiek apzīmēta h t(“tas”, grieķu burts):

Kur 1 c– lietderīgs darbs;

q1 – piegādātā siltumenerģija;

q 2- siltums noņemts. Ārējais darbs apgrieztā cikla laikā ir vienāds ar:

1 c = q 1 – Q2,

kur q 1 – karstums atgrūsts karstajam avotam;

q 2 – siltums izņemts no auksta avota.

Ir termins apgrieztajam ideālajam ciklam saldēšanas efektivitāte, kurš ir norādīts? t :

Var formulēt otrais termodinamikas likums tātad: "Siltuma dzinējā siltuma pārvēršana mehāniskā darbā ir 100% neiespējama."

36.Apgrieztais un atgriezeniskais Carnot cikls

>

Termodinamiskajos pētījumos praktisku pielietojumu guvis ne tikai Karno cikla virziens uz priekšu, bet arī reversais virziens. Apgrieztā cikla atšķirība ir tas, ka siltums tiek noņemts no avota ar zemu temperatūru un tiek nodots avotam ar augstu temperatūru. Šis cikls ir ideāli piemērots saldēšanas iekārtām.

Apgrieztajā ciklā iesaistīto darba šķidrumu sauc aukstumaģents. Adiabātiskās izplešanās laikā temperatūra pazeminās no vērtības 71 līdz vērtībai T t Pēc tam, saņemot siltumu R2 no auksta avota (T2), gāze tiek izotermiski saspiesta. Nākamajā procesā notiek adiabātiskā saspiešana, un darba šķidruma temperatūra palielinās no vērtības T 2 līdz vērtībai T 1. Izotermiskās saspiešanas laikā siltums q 1 tiek atņemta no darba vielas un dodas uz karsto avotu.

Saldēšanas iekārta darbojas apgrieztā ciklā, kuras izveidošanai nepieciešams noteikts darba apjoms (I). Šajā gadījumā q tiek pārnests no auksta uz karstu avotu 2 (siltuma daudzums), un karstais avots joprojām saņem siltumu, kas skaitliski vienāds ar paveikto darbu I. Tādējādi kopējais siltuma daudzums, kas nodots karstajam avotam, ir vienāds ar:

q 1 = q 2 + 1

Darbs izplešanās procesa laikā ir pozitīvs, un darbs saspiešanas procesā ir negatīvs. Kopējais darbs, kas nepieciešams, lai siltumu pārnestu no auksta uz karstu avotu, ir:

un negatīvs.

Veiktspējas koeficientse raksturo saldēšanas iekārtu veiktspēju un nosaka attiecība:

kur q 2 – no aukstuma avota izņemtā un karstā avota saņemtā siltuma daudzums;

Es - ideāls darbs.

Apgrieztam un atgriezeniskam Kārno ciklam veiktspējas koeficientu aprēķina, izmantojot attiecību:

37.Karno teorēma

Īsi analizēsim atgriezeniskā tiešā Kārno cikla termināļa efektivitātes formulu:

No šīs vienlīdzības izriet:

1) siltuma efektivitāte ir atkarīga tikai no karstā un aukstā avotu temperatūras;

2) h t(Karno ciklam), jo augstāka ir karstā avota temperatūra (71) un zemāka aukstā avota temperatūra (72);

3) Karno ciklā termiskajai efektivitātei jābūt mazākai par vienību. Jo h t= 1 var būt tikai tad, ja T 2 / T 1 = 0, kad T 1 = 0 vai T 2 = 0 (vai T 2 = -273,15 o C). Aukstā avota temperatūra 72 reālos siltumdzinējos parasti ir temperatūra T 2 = 260–300 K(vide). Sildītāja temperatūra tvaika spēkstaciju krāsnī ir aptuveni 2000 K, bet iekšdedzes dzinējos - aptuveni 2500 K, jo šo dzinēju virzuļu cilindru sienas tiek atdzesētas, un sadegšanas produkti kļūst par darba vielu. Tas nozīmē to pašu apgalvojumu, ka visu cikla laikā gāzei piegādāto siltumu nevar pilnībā pārvērst lietderīgā darbā, šai pārejai obligāti ir jāpavada daļa no siltuma (to absorbē aukstuma avots);

4) Karno ciklā termiskā efektivitāte ir nulle T gadījumā 1 = T 2 . No tā izriet, ka, ja sistēmā tiek uzturēts termiskais līdzsvars, t.i., visu sistēmā esošo ķermeņu temperatūra ir vienāda, tad siltuma pārvēršana lietderīgā darbā nav iespējama. Par Carnot ciklu (tiešais) tā ir taisnība: h t= 1 – T 2 / T 1 = 1 – 1 = 0 pie T 1 = ? t = T 2 (ja abu avotu temperatūra ir vienāda);

5) siltuma efektivitāte? t raksturo atgriezenisku Karno ciklu (apļveida procesu). Visi reālie procesi ir neatgriezeniski, tas izskaidrojams ar enerģijas zudumiem (siltuma pārneses, berzes uc dēļ). Tāpēc reālā Karno cikla termiskā efektivitāte (neatgriezeniska) vienmēr ir mazāka par 1 – T 2 /T 1 . Šī cikla galvenā iezīme ir tāda, ka tas ir vienāds gan ideālajai, gan parastajai reālajai gāzei, ja ir norādītas temperatūras ( T 1 , T 2) avoti. Šis apgalvojums ir būtība Karno teorēma, kurā teikts: "Siltumdzinējā jebkuram atgriezeniskajam ciklam termiskā efektivitāte nebūs atkarīga ne no cikla veida, ne no vielas (darba šķidruma) veida." To noteiks tikai sildītāja (siltuma devēja) un ledusskapja (siltuma uztvērēja) temperatūru attiecība. Citiem vārdiem sakot, siltumdzinējā katram atgriezeniskajam ciklam termisko efektivitāti aprēķina, izmantojot to pašu formulu, kas definēta atgriezeniskajam Kārno ciklam.

38. Entropijas izmaiņas procesos

>

Entropija ir stāvokļa parametrs, kas ir atkarīgs no samazinātā siltuma (attiecības q/ T). Entropijas izmaiņas aprēķina pēc formulas:

kur q 1,2 ir siltuma daudzums, kas tiek piegādāts darba šķidrumam vai izņemts no tā;

Tav – piegādātā (vai izņemtā) siltuma vidējā temperatūra.

Šī sakarība nosaka entropijas izmaiņas no sākotnējās entropijas vērtības S 1 līdz galīgajai vērtībai S 2

1) pie q 1,2 > 0 (siltums tiek piegādāts darba šķidrumam), entropijas izmaiņas ir pozitīvas: S 2 – S 1 > 0, S 2 > S 1, jo vidējai termodinamiskajai temperatūrai vienmēr jābūt pozitīvai, t.i. Vid> 0. Citiem vārdiem sakot, ķermeņa entropija palielinās;

2) pie 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) pie q 1,2 = 0 (adiabātiskais process), entropijas izmaiņas ir nulle: S 2 – S 1 = 0, S 2 = S 1 t.i., ķermeņa entropija paliek nemainīga. Procesu, kura laikā entropijas vērtība nemainās, sauc par izentropu.

Ideālai gāzei mēs iegūstam šādus secinājumus.

1. Izotermiskā procesā T av vietā pietiek ar temperatūras vērtību T aizvietošanu entropijas vienādojumā, jo T 1 = T 2 = konst.

2. Entropijas izmaiņas izohoriskā procesa laikā ir vienādas ar:

S 2 – S 1 = 2,3 m? v log(T 2 / T 1).

3. Entropijas izmaiņas izobāriskā procesa laikā ir vienādas ar:

S 2 – S 1 = 2,3 m? p log(T 2 / T 1).

Kur? V – īpatnējā siltumietilpība procesā ar nemainīgu tilpumu;

?lpp– īpatnējā siltumietilpība procesā ar pastāvīgu spiedienu.

Tādējādi entropija var palielināties (samazināties), kad siltums tiek piegādāts (noņemts) patvaļīgam darba šķidrumam vai palikt nemainīgs, ja nav siltuma pārneses. Pabeidzot ciklu, darba šķidruma entropija palielinās arī, saņemot siltumu no avota, vai samazinās, izdalot siltumu avotam.

Reālos procesos neatgriezeniskuma fenomena dēļ termiskās ierīces veiktspēja samazinās. Šādu zaudējumu mēraukla ir entropija: tās pieaugums ir tieši atkarīgs no darba apjoma zuduma.

39. Entropijas palielināšanas princips un otrā termodinamikas likuma fizikālā nozīme

>

Izpētīsim entropijas jēdzienu kā stāvokļa funkciju:

Otrais termodinamikas likums var formulēt šādi: Entropijas vērtība

apzīmē pilnīgu diferenciāli, t.i., tā ir stāvokļa funkcija.

Par vienu no entropijas fiziskajām nozīmēm var saukt sistēmas organizācijas (sakārtotības) pieaugumu ar entropijas samazināšanos.

Apskatīsim entropijas pieauguma fenomenu, izmantojot slēgtas izolētas sistēmas piemēru, kas sastāv no darba šķidruma, karstā un aukstā siltuma avotiem, kas veido sistēmas vidi. Sistēmas pāreju no vienas pozīcijas uz otru pavada darbs, un

dS >= 0,S 2 > S 1 .

Izolētai slēgtai sistēmai entropijas izmaiņas (pieaugums) ir pozitīvas (neatgriezenisks process) vai vienādas ar nulli (atgriezenisks process) patvaļīgam termodinamiskam procesam.

Cikliskajam procesam, kurā siltums pārvēršas darbā (ne spontāns) SdS i = 0 (atgriezeniski procesi) un SDS > 0 (neatgriezeniski procesi), tāpēc izolētā sistēmā entropija palielinās.

Šo paziņojumu sauc entropijas palielināšanas princips.

Termodinamikas otrā likuma matemātiskā izteiksme diferenciālā formā ir uzrakstīta šādi:

kur vienādības zīmi izmanto atgriezeniskam procesam, bet nevienlīdzības zīmi izmanto neatgriezeniskam procesam.

No šī vienādojuma ir skaidrs, ka kopējais entropijas pieaugums ir atkarīgs no temperatūras. Ir zināms, ka, paaugstinoties darba šķidruma temperatūrai, palielinās siltuma daudzums, ko var pārvērst darbā. Citiem vārdiem sakot, siltuma enerģētiskā vērtība palielinās. Tādējādi entropija caur temperatūru nosaka darbā pārvērstā siltuma daudzumu, kas nosaka tā saistību ar otro termodinamikas likumu. Šis likums nosaka nosacījumus siltuma pārvēršanai lietderīgā darbā.

Ekserģētiskās funkcijas sauc izteiksmes, kas ļauj aprēķināt ekserģijas vērtību.

40. Entropija un termodinamikas otrā likuma statiskā daba

>

Ir zināms, ka mehānikas teorijā atsevišķu molekulu kustības pētīšanai tiek izmantoti dinamiskie likumi. Molekulārā kinētiskā teorija atšķiras no mehānikas ar to, ka tā pēta sistēmas, kas sastāv no liela skaita molekulu. Daļiņu haotiskā kustība šādās sistēmās pakļaujas citiem (statistikas) likumiem. Neskatoties uz to, ka katras molekulas kustība ir aprakstīta ar mehāniskiem likumiem, mehānikas teorijā netiek aplūkota visa daļiņu kopa, kuras darbība tiek pētīta ar statistisko fiziku. Fakts ir tāds, ka visām daļiņām tiek noteikta to raksturlielumu vidējā vērtība - vidējais ātrums, vidējā enerģija utt. (vidējā temperatūra, vidējais spiediens).

Šādos statistikas apstākļos jebkuras vielas (piemēram, gāzes) termodinamiskā stāvokļa esamības raksturlielumu vidējā noteikšana nav noteikti nepieciešama, bet tam ir tikai noteikta varbūtība.

Vienkāršākais piemērs ir visu gāzes molekulu ātrumu vienāds gadījums kā mazākā dotās vielas stāvokļa pastāvēšanas varbūtība. Šādu varbūtību nosacīti apzīmēsim ar daudzuma vērtību Nevienādu ātrumu gadījumā iespējamais to kombināciju skaits ir liels, un tāda stāvokļa esamība, kurā daļiņu ātrumi ir nevienādi, ir. W> W0, un šī atšķirība ir diezgan būtiska. Tādējādi termodinamiskā varbūtība daudzumu sauc:

tā vērtība ir daudz lielāka par vienotību, un tāpēc to sauc arī par termodinamiskā stāvokļa statistisko svaru. Statistiskā fizika arī nosaka saikni starp termodinamisko varbūtību un entropija sistēmas.

Entropijas tiešo atkarību no termodinamiskās varbūtības logaritma nosaka izteiksme:

Kur R– Kleiperona konstante;

N 0 – Avogadro konstante.

Lielums K ir Bolcmaņa konstante (vai konstante).

Līdz ar to, palielinoties entropijai, palielinās viena vai otra termodinamiskā stāvokļa iestāšanās iespējamība. Turklāt visticamākais stāvoklis rodas pie maksimālās entropijas vērtības.

41. Van der Vālsa stāvokļa vienādojums

>

Vispārīgā gadījumā reālām gāzēm, aprēķinot stāvokļa parametrus, nav iespējams izmantot stāvokļa vienādojumu pv = RT,

kas attiecas uz ideālām gāzēm.

Vispārējs stāvokļa vienādojums reālām gāzēm.

kurā koeficienti B i - tiek saukti par viriāliem. Šie koeficienti ir reālo gāzes molekulu temperatūras un to mijiedarbības potenciālās enerģijas funkcija.

Definīcijā B i– koeficienti tiek aprēķināti tikai pirmajiem diviem sērijas termiņiem, pārējie viriālie koeficienti tiek atmesti.

Tad reālo gāzu stāvokļa vienādojums iegūst šādu formu:

Kur A Un IN– pirmie divi viriālie koeficienti, atkarībā tikai no temperatūras.

Īpašā gadījumā (zems gāzes blīvums) vienādojumam ir šāda forma:

Ja B 1 = f(T, U potenciāls), tad vienādojums kļūst stāvokļa vienādojums reālai van der Vālsa gāzei:

Kur b– minimālais tilpums, ko īsta gāze var iegūt saspiešanas laikā;

A– koeficients, kas nav stāvokļa parametru funkcija.

Dažādām gāzēm vērtības A Un b ir dažādas.

Citiem vārdiem sakot, van der Vālsa vienādojums ir īpašs Bogoļubova-Maijera likuma gadījums, kurā visi 1/v termini virs otrās pakāpes tiek ignorēti. Ja reālai gāzei ir augsts blīvums, tad šāda veida vienādojumi būs patiesi lielākam virknes terminu skaitam. Šajā gadījumā reālo gāzu stāvokļa vienādojumi nodrošina praksē pieņemamu aprēķinu precizitāti.

42. M. N. Vukaloviča un I. I. Novikova stāvokļu vienādojums reālām gāzēm

>

Universālu vienādojumu, kas apraksta jebkuru reālu gāzu stāvokli, krievu zinātnieki ieguva 1939. I. I. Novikovs Un M. N. Vukalovičs. Tajā

molekulu spēka mijiedarbības fenomens (asociācija, disociācija) jau tika ņemts vērā un vispārīgā formā tika uzrakstīts šādā formā:

Kur A Un IN– koeficienti, kas aprēķināti, izmantojot šādas formulas:

Kur A Un b– reālām gāzēm konstanti lielumi stāvokļu vienādojumos;

R– universālā gāzes konstante; r, c, k, m 1, m 2 – asociācijas pakāpi izsaka koeficienti.

Pretējā gadījumā Vukaloviča-Novikova vienādojumu var attēlot šādi:

Kur A Un b– konstantas vērtības van der Vālsa vienādojumā; m, c– konstantes, aprēķinātas empīriski.

Kopumā pārkarsēta tvaika (līdzīgi kā gāzei) galvenie parametri ir tādi stāvokļa parametri kā temperatūra, spiediens un īpatnējais tilpums. Pārkarsēts tvaiks pēc īpašībām ir tuvu ideālai gāzei, jo tā parametri atrodas tālu no kritiskā punkta un no robežlīknes (diagrammās augšējā līkne). Ja pārkarsēta tvaika spiediens nav ļoti augsts, tad tā stāvokļa vienādojumu var iegūt, izmantojot van der Vālsa vienādojumu reālas gāzes gadījumā, ieviešot tajā korekcijas.

Attiecībā uz ūdens tvaiku M. N. Vukaloviča un I. I. Novikova stāvokļa vienādojums ir visprecīzākais vienādojums. Turklāt to var izmantot arī pārkarsēta tvaika stāvokļu aprēķināšanai (atkarībā no spiediena aprēķina), ja tam pievienojat vairākus sekojošus vienādojuma nosacījumus.

43.Stāvokļa parametru daļējie atvasinājumi. Termiskie koeficienti

>

Ir aprakstītas reālu vielu īpašības termiskie koeficienti.

1. definīcija. Tilpuma izplešanās koeficientsa ir vielas tilpuma izmaiņas, kad tās temperatūra paaugstinās par vienu grādu.

– stāvokļa parametru daļējs atvasinājums.

Tas raksturo vielas ar noteiktu masu tilpuma izmaiņas, ja tās temperatūra paaugstinās par vienu grādu un ārējais spiediens paliek nemainīgs.

2. definīcija. Termiskā spiediena koeficientsb sauc par spiediena maiņu atkarībā no vielas temperatūras izmaiņām. Šī vērtība ir arī relatīva un tiek aprēķināta šādi:

– daļējs atvasinājums, kas raksturo spiediena izmaiņas p, Ja vielas temperatūra paaugstinās par vienu grādu un tilpums paliek nemainīgs, spiediens lpp ir temperatūras funkcija.

3. definīcija. Izotermiskās saspiežamības koeficientsg sauc par tilpuma izmaiņām atkarībā no spiediena izmaiņām.

– daļējs atvasinājums, raksturo vielas tilpuma izmaiņas, ja spiediens mainās par vienu vienību.

44. Raksturīgo funkciju īpašības

>

Tiek izsauktas funkcijas, kas raksturo jebkuras termodinamiskās īpašības sistēmas raksturīgās funkcijas vai termodinamiskie potenciāli. Svarīgākās raksturīgās funkcijas ir: entalpija

i= i(S,p),

iekšējā enerģija

U= U(S,v),

izobāriskais-izotermiskais potenciāls vai brīvā entalpija,

Z= Z(T,p),

izohoriskais-izotermiskais potenciāls vai brīvā enerģija,

F= F(T,v).

Uz galveno raksturīgo funkciju īpašības iekļaujiet tālāk norādīto.

1. Termodinamiskie potenciāli atšķiras no citām funkcijām ar to, ka tiem ir vienkāršāka struktūra un noteikta fiziska nozīme.

2. Sistēmas stāvokļa parametri ir vienādi ar termodinamiskā potenciāla parciālajiem atvasinājumiem, kas ņemti pēc tiem pašiem parametriem.

3. Termodinamiskā potenciāla diferenciācijas rezultātā tiek iegūta šīs funkcijas kopējā diferenciāle.

4. Izmantojot diferenciālā formā rakstītas raksturīgās funkcijas, var iegūt jebkurus sistēmas termodinamiskos parametrus.

5. Visas sistēmas termodinamiskais potenciāls sastāv no tās daļu potenciālajām vērtībām, t.i., tai ir aditivitātes īpašība.

6. Raksturīgās funkcijas nosaka attiecības starp dažādām vielas termodinamiskajām īpašībām. Tā, piemēram, pirmie potenciāla atvasinājumi raksturo termiskās īpašības (t.i., lielumus, ko mēra tieši ar instrumentiem - tilpumu, temperatūru, spiedienu), un otrie atvasinājumi atbilst sistēmas kaloriju īpašībām (tie ir daudzumi, kas izteikti siltums - siltumietilpība, entropija, entalpija, iekšējā enerģija).

7. Raksturīgo funkciju parciālie atvasinājumi ļauj sastādīt siltumietilpības vienādojumus C v Un C p , stāvokļu vienādojumi un citas termodinamiskās atkarības.

8. Funkcija ir raksturīga tikai noteiktiem parametriem. Izvēloties citus mainīgos, tas zaudē savas īpašības, jo šajā gadījumā parciālie atvasinājumi neizsaka sistēmas termodinamiskās īpašības.

45. Ķīmiskais potenciāls

>

Ķīmiskā enerģija Tā ir enerģija, kas veidojas ķīmiskās mijiedarbības rezultātā un ir daļa no vielas iekšējās enerģijas. Ķīmiskās reakcijas iedala eksotermiskās (notiek ar enerģijas izdalīšanos) un endotermiskās (pavada tās absorbcija).

Ķīmiskās reakcijas gadījumā mainās sistēmas iekšējā enerģija, jo mainās atomu absorbcija reaģējošajās vielās. Šādiem procesiem mēs varam piemērot pirmo termodinamikas likumu šādā formā:

U 1 -U 2 =?U=Q+A,

Kur J– siltuma daudzums;

DU – vielas iekšējās enerģijas izmaiņas;

A– lietderīgs darbs, tai skaitā darbs dažādu elektromagnētisko spēku pārvarēšanā.

Darbs, kas tiek veikts atgriezeniskā ķīmiskajā reakcijā, ir maksimāls. To izsaka, izmantojot Gibsa-Helmholca vienādojumu:

Apskatīsim reakcijas ķīmisko potenciālu. Ķīmisko reakciju gadījumā reaģentu masa nav nemainīga, to var definēt kā funkciju T(vielas daudzums) no pamatparametriem (v, p, T, F, S, U utt). Atšķirsim vienlīdzību:

Kur u– konkrēts iekšējās enerģijas daudzums, mums ir:

dU = mdu + udm,

f = u– ST+ pv= i– ST

j– ķīmiskais potenciāls.

Bet, ķīmiskais potenciāls tiek saukts par daļēju atvasinājumu attiecībā pret masu, kas ņemts no jebkura termodinamiskā potenciāla pie noteiktām argumenta vērtībām. Ķīmiskais potenciāls parāda, kā mainās vielas enerģija, ja tās masa mainās par vienu.

46. Termodinamikas pamata diferenciālvienādojumi

>

Diferenciālvienādojumi termodinamikā izmanto reālu gāzu pētīšanai teorētiskos (un praktiskos) aprēķinos.

Apskatīsim šādus gadījumus.

1. Neatkarīgie mainīgie ir parametri p, V.

Šis ir pirmais termodinamikas likums diferenciālā formā.

2. Neatkarīgi mainīgie ir parametri r, T.

un kopējā tilpuma starpība ir šāda:

3. Neatkarīgi mainīgie ir parametri V, T.

4. Kad lpp= const siltuma jauda

plkst v= const siltuma jauda

47. Parciālie atvasinājumi attiecībā uz tilpumu, spiedienu, temperatūru

>

1. Daļējs atvasinājums attiecībā uz apjomu:

Šis ir daļējs atvasinājums attiecībā uz tilpumu, kas ņemts no iekšējās enerģijas vērtības. 2. Daļējs atvasinājums attiecībā uz spiedienu.

Aizstāsim vērtību dQ saistībā ar dS = dQ/ T, mēs iegūstam:

Tas ir daļējs atvasinājums attiecībā uz spiedienu, kas ņemts no iekšējās enerģijas vērtības. 3. Daļējs atvasinājums attiecībā uz temperatūru.

Tas ir daļējs atvasinājums attiecībā uz temperatūru, kas ņemts no iekšējās enerģijas vērtības.

48. Nepārtrauktības vienādojums

>

Saskaņā ar gāzes plūsmas teoriju gāzes plūsmu stacionaritātes gadījumā nosaka, izmantojot īpašu vienādojumu sistēmu. Tas ietver šādas attiecības:

1) gāzes plūsmas enerģijas vienādojums;

2) stāvokļa vienādojums;

3) gāzes plūsmas nepārtrauktības vienādojums.

Enerģijas vienādojums izriet no pirmā sākuma

termodinamika gāzes plūsmām.

Nepārtrauktības vienādojums attiecību sauc:

Gv = Fw.

No tā izriet, ka vienmērīgas gāzes plūsmas gadījumā katrā plūsmas posmā gāzes plūsmas ātrums pēc masas ir nemainīgs lielums. Pretējā gadījumā šo vienādojumu var uzrakstīt šādi:

G=pFw =p 1 F 1 w 1 = P 2 F 2 w 2 =konst,

Kur r 1 ,r 2 , r= 1/v gāzes blīvums šķērsgriezumos;

F 1, F 2– plūsmas šķērsgriezuma laukums;

w 1, w 2– plūsmas ātrums, mērīts šķērsgriezuma laukumā.

Šajā gadījumā ir divas plūsmas sadaļas (1. un 2.) un vērtība G no šī vienādojuma sauc par gāzes masas plūsmas ātrumu (sekundē).

Kā jūs zināt, Ņūtona otrais likums nosaka: "Spēku nosaka masas un paātrinājuma reizinājums." Ja gāzes plūsma ir viendimensionāla, tad seko otrais likums:

Šajās attiecībās katram terminam ir noteikta fiziska nozīme. Apskatīsim katru vienādojuma faktoru.

1. Lielums

parāda, kā mainās spiediens atkarībā no X-koordinātas.

2. Lielums

parāda, kā mainās ātrums atkarībā no X-koordinātas.

3. Attiecība

ir vienāds ar spēku, kas pielikts elementārajam tilpumam, dV ir izvēlētais tilpums.

4. Lielums

gāze ir vienāda ar masas paātrinājumu pdV(elementu masa).

49.Stumšanas darbs

Stumšanas darbs. Lai to noteiktu vienādojumā:

aizstāsim vienlīdzību i = u + pv, mēs iegūstam rezultātu:

kur d(pv) ir stumšanas darbs, kas aprēķināts elementāram tilpumam,

d(pv) = pdv+vdp– vienādojums elementāram darbam.

Saistībai (2), ieskaitot gravitācijas spēkus, ir šāda forma:

Gadījumā, ja gāzes plūsma tiek attēlota kā adiabātisks process, kurā dq = 0, relācija (1) tiek uzrakstīta šādi:

Ar adiabātisku plūsmas kustību īpatnējās kinētiskās enerģijas un īpatnējās entalpijas summa ir nemainīga vērtība.

Ja procesā notiek tehniskais darbs, tad gāzes plūsmai pirmais termodinamikas likums būs šādā formā:

Kur dl TEK– lietderīgs darbs (elementāri).

50. Pieejamais darbs gāzes aizplūšanas laikā

>

Pētīsim gāzes plūsmas kustības (izplūdes) procesu.

Pieņemsim, ka tajā ir tvaiks vai gāze (t.i., darba šķidrums), kura stāvokļa parametri ir f 1, v 1, p 1. No šī trauka, kura sienā ir caurums, gāze ieplūst vidē. Tas notiek spiediena starpības dēļ (p 1 – p 2), gāzes izvadā ir spiediens p 1< p 2 Соответственно температура газа при этом равна t2, un īpatnējais tilpums ir v 2 Lai izplūstošās gāzes plūsma saņemtu noteiktu virzienu, tvertnes ārpusē uz virsmu, kur atrodas caurums, tiek novietotas cilindriskas sprauslas (tā sauktās sprauslas). Visbiežāk tiem ir nošķelta konusa forma, kas sašaurinās uz ārējo malu. Šādas sprauslas sauc par sajauktājiem. Gadījumā, ja kanāls darbojas saskaņā ar apgriezto procesu, šāda sprausla ir difuzors. Mute ir sprauslas ārējā (t.i., izejas) daļa.

Gāzes strūklas ātrumu pie izejas no mutes apzīmēsim ar vērtību un pie ieejas traukā ar vērtību W 1 (ieplūstošā gāze), savukārt sprauslai ir atvere, kuras šķērsgriezumu nosaka apgabals f. Praksē w 1 daudz mazāk w2, Aprēķinot, tas tiek atstāts novārtā un pieņemts: w 1= 0, w 2= w.

dq = du + dA,

Kur dA = pdv – paplašināšanas darbi vai elementāri darbi, ko veic pati gāze. No šejienes:

Tādējādi gāzes aizplūšanas rezultātā mums ir vienāds darbs ar A 0. Skaitliski tas ir vienāds vai nu ar kinētiskās enerģijas pieaugumu aizplūšanas laikā, vai ar stumšanas un pret ārējiem spēkiem darba summu.

51. Izplūdes ātrums konusveida kanālā, masas plūsmas ātrums

>

Izplūdes ātrums konusveida kanālā

Apskatīsim adiabātiskās vielas aizplūšanas procesu. Pieņemsim, ka darba šķidrums ar noteiktu īpatnējo tilpumu (1. versija) atrodas tvertnē ar noteiktu spiedienu (1. lpp.). Izplūdes process ietver gāzes (vai tvaiku) kustību no vides zem spiediena 1. lpp(rezervuārs) nonāk vidē, spiediens, kurā p2< p 1 . Tajā pašā laikā darba vielas plūsmas laikā no sprauslas spiediens tvertnes iekšpusē praktiski nesamazinās, ja ir ļoti liels tvertnes tilpums. Kad gāzes (tvaika) plūsma pārvietojas pa sprauslu, tās potenciālā enerģija ir ļoti maza, un tās izmaiņas parasti tiek ignorētas. Šajā gadījumā palielinās kinētiskā enerģija.

Kur w 1– vielas plūsmas kustības ātrums sprauslas ieplūdes daļā;

w 2– ātrums pie sprauslas izejas.

gāzes (tvaika) plūsmas ātrums no sprauslas.

Visbiežāk ātrums w 1 daudz mazāks ātrums w 2(W1 << W2), tāpēc to neņem vērā un uzskata par W 1 = 0.

Masas plūsmas ātrums attiecību sauc:

Kur G c– otrais tvaika (gāzes) patēriņš;

S – plūsmas šķērsgriezuma laukums;

r– darba šķidruma blīvums.

52. Pilienu šķidruma aizplūšana. Masu plūsma

>

Pieejamo darbu jebkurai vielai, kas ir darba šķidrums, nosaka pēc formulas:

I 0 = q +(i 1-i 2).

Ja plūsma ir adiabātiska (pie q= 0)

Kur i– entalpija (J/kg);

W2 = w– izplūdes ātrums (m/s).

Tiek izsaukts lielums Di = i 1 – i 2, kas vienāds ar entalpijas starpību gāzes (tvaika) siltuma zudumi.

un pilienu šķidrumam spēkā ir šāda vienādība:

Kur w– šķidruma plūsmas ātrums no sprauslas.

Masu plūsma ir vielas daudzums, kas plūst caur sprauslām sekundē. Tas ir vienāds ar vielas (gāzes) otrā izplūdes tilpuma attiecību. U2 uz tās pašas vielas īpatnējo tilpumu, kas atbilst spiedienam p2:

masas plūsma (to nosaka arī pēc nepārtrauktības vienādojuma: Gv = Sw).

53.Kritiskais ātrums

Izplūdes ātruma formulas analīze parāda, ka, samazinoties p 2 /p 1 vērtībai, plūsmas ātrums palielinās. Tas ir iespējams, piemēram, ja pi = const un spiediens p2 samazinās.

No eksperimentiem ir zināms, ka spiedienu konverģentas sprauslas (vai konstanta šķērsgriezuma sprauslas) izejā p 2 var samazināt tikai līdz noteiktai robežvērtībai, tā sauktajam kritiskajam spiedienam (p kritiskais). Tajā pašā laikā kritiskā spiediena attiecība sauc par daudzumu b= p kritisks /p 1, tātad P k = bp 1

Spiediena samazināšanās rezultātā p 0 (ārējā vide) plkst 1. lpp= ir iespējami divi gadījumi:

1) p o >= P k, t.i., kamēr spiediens p o samazinās līdz kritiskai vērtībai, tiek ievērota vienlīdzība p2= p o kur p 2 ir vielas spiediens konverģences sprauslas izejā, p o ir ārējās vides spiediens;

2) p o< P к, т. е. дальнейшее падение давления p o среды ниже критического значения определяется равенством p 2 = pk, un plūstošās vielas spiediens p 2 ir nemainīgs (2. lpp= const).

Tādējādi tiek saukta parādība, kurā spiediens sprauslas mutē ir nemainīgs un nesamazinās aizverot sprauslu. Tāpēc tādu spiedienu sprauslas izejā, kuru nevar pazemināt, samazinot ārējās vides spiedienu, kurā ieplūst darba šķidrums, sauc. kritisks(P 2k).

Neatkarīgi no apkārtējā spiediena krituma p o pie saplūstošas sprauslas mutes plkst b k ir iestatīts spiediens P 2k = const, kas atbilst G max = const (masas plūsma), ned= const (derīguma termiņš), Tk= const (temperatūra), un v 2 k= const (īpašais tilpums), t.i., visu parametru noturība pie sprauslas izejas (tā sauktie izejas parametri).

Iegūtajās formulās a, Y ir koeficienti, ko nosaka tikai vērtība k(adiabātiskais eksponents), to vērtības ir atrodamas no īpašām tabulām.

Pēc definīcijas kritiskais ātrums sauc par vielas lielāko ātrumu, kad tā izplūst no sprauslas, nepārsniedzot skaņas ātrumu, t.i. w k =a, Kur A– tā sauktais lokālais skaņas ātrums.

Iegūto formulu sauc Laplasa vienādojums.

54. Ideālas gāzes plūsma caur kombinēto Laval sprauslu

>

Laval sprauslas tiek izmantoti, lai radītu superkritisku darba šķidruma aizplūšanas procesu, kura stāvoklis ir p o /p 1 < b k В нем выделяют три основные области.

1. Konusveida īsa daļa, kurā plūsmas ātrums ir zemskaņas.

2. Šaurs posms, kurā matērija kustas ar skaņas ātrumu.

3. Izplešanās konusa formas sprausla (virsskaņas plūsmas ātrums).

Galvenais nosacījums, lai izvēlētos Laval sprauslas platās daļas izmērus darba šķidruma aizplūšanai, ir tās nepārtrauktība no sprauslas sienām. Tāpēc konusa atvēršanas leņķim jābūt 12 o robežai, kas palīdz novērst ievērojamus zudumus gāzes (tvaika) izplešanās dēļ.

Apskatīsim procesus, kas notiek kombinētās sprauslas darbības laikā. Gadījumā, ja ārējais spiediens p o< pk, plūsmas ātrums un spiediens sprauslu šaurajā plaknē ir kritisks.

Laval sprauslas dizains pieļauj katru attiecību o< p o/1. lpp< b panākt pilnīgu vielas izplešanos spiediena vērtības robežās. Šajā gadījumā sprauslas izejas daļā enerģija netiek zaudēta, un, izlīdzinoties darba šķidruma un ārējās vides spiedienam, plūsmas ātrums kļūst virsskaņas, kas nepieciešams sprauslas izmantošanai praksē. Šajā gadījumā masas plūsmas ātrums kļūst maksimāls, tā vērtība ir atkarīga no sprauslas mazākā šķērsgriezuma laukuma (S min).

Šaurajā sprauslas daļā (ko sauc par kaklu) tiek noteiktas parametru V k, T k, p k, w k = w skaņa, G max kritiskās vērtības (kur W skaņa ir vietējais skaņas ātrums). Plūsmas kustība pa izplešanās daļu ir raksturīga ar to, ka gāze robežās izplešas tālāk [p 2k, p 1], ātrums palielinās intervālā (t.i., līdz vērtībām). w> W skaņa), kas noved pie spiediena pazemināšanās, bet tajā pašā laikā palielinās īpatnējais skaļums (t.i. v>v k , lpp< p k).

Sprauslas izplešanās daļa var kalpot kā difuzors, ja atrodas šaurā plaknē w< w зв (для p o / p 1 > b k).

55. Gāzes droseles un procesa vienādojums

>

Ūdens tvaikiem kritiskā temperatūra ir T k= attiecīgi 647 K, T inv> 4400 K (inversijas temperatūra). IN droseles processŪdens tvaiku atdzesēšana vienmēr notiek, pateicoties pilnīgai tvaika molekulu disociācijai pie tik ne pārāk augstām noteiktās inversijas temperatūras vērtībām.

Ūdens tvaiku droseli raksturo šādas īpašības, kas iegūtas, analizējot diagrammu (i, s):

1) jebkuram tvaika stāvoklim drosele vienmēr pazemina ūdens tvaiku temperatūru;

2) mitru tvaiku droselēšanu zemā spiedienā pavada pāreja no mitrināta uz sausu un pēc tam uz pārkarsētu stāvokli. Mitrie tvaiki pie augsta spiediena sākotnēji tiek vēl vairāk samitrināti, bet pēc tam arī veido sausu un pārkarsētu fāzi;

3) pārkarsētu tvaiku droseli pie augsta spiediena (ja pārkaršanas temperatūra ir zema) pavada to iziešana cauri vairākām fāzēm (sausā piesātinātā, mitrā, sausā un visbeidzot pārkarsētā). Pēdējam tvaika stāvoklim raksturīga zema temperatūra un spiediens. Parasti droseles laikā pārkarsētie tvaiki saglabā savu pārkarsēto stāvokli, ja procesa sākumā to spiediens bija augsts.

Parasti is-diagrammā droseles process i 1 = i 2 ir horizontāla līnija, kas vērsta uz entropijas palielināšanos (procesa neatgriezeniskuma dēļ).

Ir zināms, ka pārkarsēta tvaika spiediens (un tā lietderīgais darbs) drupināšanas procesā samazinās.

un elle< a дрос, где а дрос - температурный эффект адиабатного необратимого расширения (т. е. дросселирования), а а ад – эффект адиабатного обратимого расширения. Отсюда при одном давлении dp mums ir:

dT dros< dT ад на величину v/cp.

56.Siltuma pārnešana caur sfērisku sienu

>

Lai ir doba lode ar iekšējo un ārējo rādiusu, attiecīgi r 1 un r 2, siltumvadītspējas koeficients es kas ir nemainīgs. Dotiem trešā veida robežnosacījumiem tiks noteikti arī siltuma pārneses koeficienti uz bumbiņas virsmām a 1 Un a 2 un iekšējās un ārējās vides temperatūras, attiecīgi Tl 1 un Tl 2. Likmes a 1, a 2 būs nemainīgas laikā, un temperatūras Tl 1, Tl 2 būs nemainīgas gan laikā, gan virs virsmām.

Stacionārā siltuma pārneses režīmā kopējā siltuma plūsma Q, kas tiek pārnesta caur vienmērīgu sfērisku sienu no karstas vides uz aukstu vidi, būs nemainīga visām izotermiskajām virsmām, un to var noteikt ar trim vienādojumiem.

kur d 1 ,d 2 – lodītes iekšējais un ārējais diametrs;

a 1, a 2 siltuma pārneses koeficienti no karstās vides uz sienu un no sienas uz auksto vidi;

es– sienas materiāla siltumvadītspējas koeficients;

T 1, T 2 – iekšējo un ārējo sienu temperatūras.

kur DT = Tzh 1 – Tzh 2 – kopējā temperatūras starpība;

K sh– sfēriskās sienas siltuma caurlaidības koeficients (W/deg).

Katras maisījumā iekļautās gāzes daļējais spiediens ir spiediens, ko radītu tāda pati konkrētās gāzes masa, ja tā aizņemtu visu maisījuma tilpumu tajā pašā temperatūrā.

Dabā un tehnoloģijā mēs ļoti bieži saskaramies ne tikai ar vienu tīru gāzi, bet ar vairāku gāzu maisījumu. Piemēram, gaiss ir slāpekļa, skābekļa, argona, oglekļa dioksīda un citu gāzu maisījums. No kā ir atkarīgs gāzu maisījuma spiediens?

1801. gadā Džons Daltons to noteica vairāku gāzu maisījuma spiediens ir vienāds ar visu maisījumu veidojošo gāzu parciālo spiedienu summu.

Šo likumu sauca Gāzu daļējā spiediena likums

Daltona likums Katras maisījumā iekļautās gāzes daļējais spiediens ir spiediens, ko radītu viena un tā pati dotās gāzes masa, ja tā aizņemtu visu maisījuma tilpumu tajā pašā temperatūrā.

Daltona likums nosaka, ka (ideālo) gāzu maisījuma spiediens ir maisījuma sastāvdaļu daļējo spiedienu summa (komponenta daļējais spiediens ir spiediens, kādu komponents radītu, ja tā viena pati aizņemtu visu aizņemto telpu pēc maisījuma). Šis likums norāda, ka katru komponentu neietekmē citu komponentu klātbūtne un maisījumā esošo komponentu īpašības nemainās.

Divi Daltona likumi

>

1. likums Gāzu maisījuma spiediens ir vienāds ar to daļējo spiedienu summu. No tā izriet, ka gāzu maisījuma sastāvdaļas daļējais spiediens ir vienāds ar maisījuma spiediena un šī komponenta mola daļas reizinājumu.

2. likums Gāzu maisījuma sastāvdaļas šķīdība noteiktā šķidrumā nemainīgā temperatūrā ir proporcionāla šīs sastāvdaļas daļējam spiedienam un nav atkarīga no maisījuma spiediena un citu sastāvdaļu īpašībām.

Likumus formulēja J. Daltons resp. 1801. un 1803. gadā.

Daltona likuma vienādojums

>

Kā jau minēts, atsevišķas gāzu maisījuma sastāvdaļas tiek uzskatītas par neatkarīgām. Tāpēc katrs komponents rada spiedienu:

\[ p = p_i k T \quad \left(1\right), \]

un kopējais spiediens ir vienāds ar komponentu spiedienu summu:

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

kur \(p_i\) ir i gāzes komponenta daļējais spiediens. Šis vienādojums ir Daltona likums.

Pie lielām koncentrācijām un augsta spiediena Daltona likums netiek precīzi izpildīts. Tā kā pastāv mijiedarbība starp maisījuma sastāvdaļām. Komponenti vairs nav neatkarīgi. Daltons izskaidroja savu likumu, izmantojot atomistisko hipotēzi.

Lai gāzu maisījumā būtu i sastāvdaļa, tad Mendeļejeva-Kliperona vienādojumam būs šāda forma:

\[ ((p)_1+p_2+\punkti +p_i)V=(\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)((\mu )_2)+\punkti +\frac(m_i) )((\mu )_i))RT\ \quad \left(3\right), \]

kur \(m_i\) ir gāzu maisījuma sastāvdaļu masas, \(\mu )_i\) ir gāzu maisījuma sastāvdaļu molārās masas.

Ja jūs ievadāt \(\left\langle \mu \right\rangle \) tāds, ka:

\[ \frac(1)(\left\langle \mu \right\rangle )=\frac(1)(m)\left[\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)( (\mu )_2)+\punkti +\frac(m_i)((\mu )_i)\right] \quad \left(4\right), \]

tad mēs ierakstām vienādojumu (3) šādā formā:

\[ pV=\frac(m)(\left\langle \mu \right\rangle )RT \quad \left(5\right). \]

Daltona likumu var uzrakstīt šādi:

\[ p=\sum\limits^N_(i=1)(p_i)=\frac(RT)(V)\sum\limits^N_(i=1)((\nu )_i)\ \quad \left (6\pa labi). \]

\[ p_i=x_ip\ \quad \left(7\right), \]

Kur \(x_i-molar\ koncentrācija\ no i-tās\) gāzi maisījumā, kamēr:

\[ x_i=\frac((\nu )_i)(\sum\limits^N_(i=1)(n_i))\ \quad \left(8\right), \]

kur \((\nu )_i \) ir \(i-tās \) gāzes molu skaits maisījumā.

Javascript jūsu pārlūkprogrammā ir atspējots.
Lai veiktu aprēķinus, jāiespējo ActiveX vadīklas!

Gāzu maisījums atrodas līdzsvara stāvoklī, ja komponentu koncentrācijai un tā stāvokļa parametriem visā tilpumā ir vienādas vērtības. Šajā gadījumā visu maisījumā iekļauto gāzu temperatūra ir vienāda un vienāda ar maisījuma temperatūru T cm.

Līdzsvara stāvoklī katras gāzes molekulas ir vienmērīgi izkliedētas visā maisījuma tilpumā, tas ir, tām ir sava specifiskā koncentrācija un līdz ar to arī savs spiediens. r i, Pa, ko sauc daļēja . Tas ir definēts šādi.

Parciālais spiediens ir vienāds ar dotā komponenta spiedienu, ja tas viens pats aizņem visu maisījumam paredzēto tilpumu maisījuma temperatūrā T cm .

Saskaņā ar angļu ķīmiķa un fiziķa Daltona likumu, kas formulēts 1801. gadā, ideālo gāzu maisījuma spiediens p. cm vienāds ar tā sastāvdaļu parciālo spiedienu summu p i :

Kur n- sastāvdaļu skaits.

Izteiksme (2) tiek saukta arī daļēju spiedienu likums.

3.3. Gāzu maisījuma sastāvdaļas samazināts tilpums. Amaga likums

>

Pēc definīcijas samazināts apjoms i gāzu maisījuma sastāvdaļa V i, m3, ir tilpums, ko šī viena sastāvdaļa varētu aizņemt, ja tās spiediens un temperatūra ir vienādi ar visa gāzes maisījuma spiedienu un temperatūru.

Franču fiziķa Amaga likums, kas formulēts ap 1870. gadu, nosaka: visu maisījuma sastāvdaļu samazināto tilpumu summa ir vienāda ar maisījuma tilpumu.V cm :

, m 3. (3)

3.4. Gāzu maisījuma ķīmiskais sastāvs

>

Gāzu maisījuma ķīmisko sastāvu var norādīt trīs dažādas veidus.

Apsveriet gāzu maisījumu, kas sastāv no n komponentiem. Maisījums aizņem tilpumu V cm, m 3, ir masa M cm, kg, spiediens r cm, Pa un temperatūra T cm, K. Arī maisījuma molu skaits ir N cm, mols. Tajā pašā laikā viena masa i th sastāvdaļa m i, kg un šī komponenta molu skaits ν i, kurmis.

Ir skaidrs, ka:

, (4)

. (5)

Izmantojot Daltona likumu (2) un Amaga likumu (3) aplūkojamajam maisījumam, mēs varam rakstīt:

, (6)

, (7)

Kur r i- daļējs spiediens i th komponents, Pa; V i- samazināts skaļums i th komponente, m3.

Viennozīmīgi gāzu maisījuma ķīmisko sastāvu var norādīt pēc tā sastāvdaļu masas, mola vai tilpuma daļām:

, (8)

, (9)

, (10)

Kur g i , k i Un r i– masas, molu un tilpuma daļas i attiecīgi maisījuma komponents (bezizmēra vērtības).

Ir skaidrs, ka:

,
,
. (11)

Bieži praksē maisījuma ķīmiskais sastāvs nav norādīts frakcijās i komponents un tā procentuālā daļa.

Piemēram, siltumtehnikā tiek aptuveni pieņemts, ka sausais gaiss sastāv no 79 tilpuma procentiem slāpekļa un 21 tilpuma procenta skābekļa.

Procenti i Sastāvdaļu maisījumā aprēķina, reizinot tās daļu ar 100.

Piemēram, ar sausu gaisu mums būs:

,
. (12)

Kur
Un
– slāpekļa un skābekļa tilpuma daļas sausā gaisā; N 2 un O 2 – attiecīgi slāpekļa un skābekļa tilpuma procentu apzīmējums, % (tilp.).

Piezīme:

1)Ideāla maisījuma molu daļas ir skaitliski vienādas ar tilpuma daļām:k i = r i . Pierādīsim to.

Izmantojot tilpuma daļas definīciju(10)un Amaga likumu (3) mēs varam rakstīt:

, (13)

KurV i - samazināts skaļumsith komponents, m 3 ; ν i – molu skaitsith komponents, mol; – viena mola tilpumsith komponents pie maisījuma spiediena p cm un maisījuma temperatūra T cm , m 3 /mol.

No Avogadro likuma (sk. šī pielikuma 2.3. punktu) izriet, ka vienā un tajā pašā temperatūrā un spiedienā viens mols jebkuras gāzes (maisījuma sastāvdaļas) aizņem tādu pašu tilpumu. Jo īpaši pie T cm un lpp cm tas būs kāds apjomsV 1 , m 3 .

Tas ļauj mums uzrakstīt vienādību:

. (14)

Aizstāšana(14)V(13)mēs saņemam to, kas mums nepieciešams:

. (15)

2)Gāzu maisījuma sastāvdaļu tilpuma daļas var aprēķināt, zinot to daļējo spiedienu. Parādīsim to.

Apsvērsimi-ideāla gāzu maisījuma sastāvdaļa divos dažādos stāvokļos: kad tas ir pie tā daļējā spiediena p i ; kad tas aizņem savu samazināto tilpumuV i .

Ideālas gāzes stāvokļa vienādojums ir spēkā jebkuram no tās stāvokļiem, jo īpaši diviem iepriekš minētajiem.

Saskaņā ar to un ņemot vērā konkrētā apjoma definīciju, mēs varam rakstīt:

, (16)

, (17)

KurR i - gāzes konstanteimaisījuma komponents, J/(kg K).

Pēc abu daļu sadalīšanas(16)Un(17)viens par otru mēs iegūstam nepieciešamo:

. (18)

No(18)redzams, ka maisījuma sastāvdaļu daļējos spiedienus var aprēķināt pēc tā ķīmiskā sastāva, pie zināma maisījuma kopējā spiediena p cm :

. (19)

Ir viegli iesniegt savu labo darbu zināšanu bāzei. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

>

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Ievietots http://www.allbest.ru/

Ievads

Siltumtehnika ir zinātne, kas pēta siltuma iegūšanas, pārveidošanas, pārneses un izmantošanas metodes, kā arī siltumdzinēju, aparātu un ierīču darbības principus un konstrukcijas īpatnības. Siltums tiek izmantots visās cilvēka darbības jomās.

Lai noteiktu racionālākos tā izmantošanas veidus, analizētu siltumiekārtu darba procesu efektivitāti un izveidotu jaunus, modernākos siltummezglu veidus, nepieciešams izstrādāt siltumtehnikas teorētiskos pamatus. Ir divi principiāli atšķirīgi siltumenerģijas izmantošanas virzieni – enerģētiskais un tehnoloģiskais.

Izmantojot kā enerģiju, siltums tiek pārvērsts mehāniskā darbā, ar kura palīdzību ģeneratoros tiek radīta elektriskā enerģija, kas ir ērta pārraidei no attāluma. Siltumu iegūst, sadedzinot kurināmo katlu iekārtās vai tieši iekšdedzes dzinējos.

Tehnoloģiskajos procesos siltumu izmanto, lai mērķtiecīgi mainītu dažādu ķermeņu īpašības (kušana, sacietēšana, struktūras maiņa, mehāniskās, fizikālās, ķīmiskās īpašības). Saražoto un patērēto energoresursu apjoms ir milzīgs.

Siltumtehnika ir vispārēja tehniska disciplīna tehnisko specialitāšu speciālistu sagatavošanā un sastāv no trim savstarpēji saistītiem priekšmetiem: tehniskā termodinamika, siltuma pārneses teorijas pamati, kuros tiek izklāstīti siltumenerģijas transformācijas likumi un īpašības un siltuma izplatīšanās procesi. pētīta.

Siltumtehnikas kursa mērķis ir sagatavot ķīmijas inženieri-tehnologu, kuram ir prasmes kompetenti vadīt mūsdienīgas ķīmiskās ražošanas, kas ir tehnoloģisko un termisko procesu kopums un atbilstošās tehnoloģiskās un siltumenerģijas iekārtas, projektēšanu un darbību. Šīs apmācības veicinās iepriekš minēto uzdevumu veiksmīgu izpildi ķīmijas inženierzinātņu augstskolu absolventiem. Šādas sagatavošanas nozīme pieaugs, kodolenerģijas, kodoltermiskās un atjaunojamās enerģijas veidiem iekļaujoties praktiski nozīmīgu un efektīvu klāstā, jo, kā zināms, neviens enerģijas veids nav tik dārgs kā tā trūkums.

gāzes daļēja gāzes turbīna konvektīva

Teorētiskais jautājums Nr.1

Gāzu maisījuma jēdziens. Daļējs spiediens. Daltona likums. Daļējs apjoms. Amaga likums. Gāzu maisījumu noteikšanas metodes. Uzliesmojošu maisījumu ar gaisu ugunsbīstamība

Gāzu maisījums ir vairāku ideālu gāzu maisījums, kas savā starpā neveic nekādas ķīmiskas reakcijas. Gāzu maisījuma piemēri ir: atmosfēras gaiss, kas sastāv no pārsvarā slāpekļa un skābekļa maisījuma; dabasgāze; iekšdedzes dzinēju (ICE) izplūdes gāzes, kas satur CO 2, CO, N 2, NO 2, O 2 un citas gāzes, mitru gaisu (ūdens tvaikus) žāvēšanas iekārtās u.c.

Galvenais princips, kas nosaka gāzu maisījuma īpašības, ir gāzu darbības neatkarības princips maisījumā, tas ir, katra gāze maisījumā darbojas neatkarīgi no citām gāzēm, nemaina savas īpašības un ievēro visus gāzes likumus. Turklāt katra gāze aizņem visu maisījuma tilpumu un visām maisījumā esošajām gāzēm ir vienāda temperatūra, un gāzu maisījuma īpašības ir visu tā sastāvdaļu īpašību summa.

No tā izriet, ka gāzu maisījumi pakļaujas tiem pašiem likumiem un vienādojumiem kā viendabīgām ideālām gāzēm. Pamatlikums, kas nosaka gāzu maisījuma uzvedību, ir Daltona likums: ideālo gāzu gāzu maisījuma kopējais spiediens ir vienāds ar visu tā sastāvdaļu daļējo spiedienu summu:

R cm= lpp 1 + lpp 2 + … + r n =

kur P cm ir gāzu maisījuma spiediens; P 1, P 2, P n - maisījuma komponentu daļējie spiedieni.

Katra maisījuma sastāvdaļa, kas aizņem visu maisījuma tilpumu, atrodas zem sava daļējā spiediena. Bet, ja šo komponentu novieto zem spiediena P cm pie tādas pašas maisījuma temperatūras T cm, tad tas aizņems mazāku tilpumu (V i) nekā maisījuma tilpums V cm). Šo Vi tilpumu sauc par samazinātu vai daļēju.

Parciālo spiedienu aprēķina, izmantojot dotās sastāvdaļas stāvokļa vienādojumu:

Līdz ar to,.

Lai salīdzinātu maisījumā iekļautās gāzes pēc tilpuma, tiek ieviests daļēja tilpuma jēdziens.

Dotās sastāvdaļas daļējais (samazinātais) tilpums ir nosacīts tilpums, kāds konkrētajai sastāvdaļai būtu, ja tas būtu viens maisījuma temperatūrā un spiedienā. Attiecība starp gāzu maisījuma tilpumu un atsevišķu gāzu daļējiem tilpumiem maisījumā atspoguļo Amaga likumu (saskaitāmības likumu): gāzu maisījuma kopējais tilpums ir vienāds ar tā sastāvdaļu daļējo tilpumu summu:

V cm= V 1 + V 2 +...+ V n = .

Lai aprēķinātu daļējo tilpumu, jebkurai maisījumā iekļautajai gāzei mēs uzrakstām divus stāvokļa vienādojumus:

pirmais ir tad, kad gāzei ir daļējs spiediens R 1 , aizņem visu maisījuma tilpumu V cm ir maisījuma temperatūra T cm:

R 1 V cm=m 1 R 1 ·T cm;

otrais - kad gāzei ir samazināts tilpums Vi pie spiediena P cm un maisījuma temperatūras T cm:

R cmV 1 =m 1 R 1 ·T cm.

Pirmo vienādojumu dalot ar otro, iegūstam komponenta stāvokļa vienādojumus

kur P cm un V cm ir maisījuma spiediens un tilpums; P i un Vi ir i komponenta spiediens un tilpums.

No šejienes mēs izsakām komponenta daļējo tilpumu:

Gāzu maisījuma īpašības ir atkarīgas no tā sastāva, ko var norādīt pēc masas, tilpuma un molu daļām.

Masas daļa maisījuma sastāvdaļa g i ir vērtība, kas vienāda ar komponenta masas attiecību pret visa maisījuma masu:

kur m i ir šīs sastāvdaļas masa; m cm ir visa maisījuma masa, kas satur n komponentus.

Tā kā maisījuma masa m ir vienāda ar visu sastāvdaļu masu summu:

tad masas daļu summa ir vienāda ar:

Zinot maisījumā iekļauto atsevišķu gāzu masas daļas, var noteikt to daļējo spiedienu

tātad

Masas daļas bieži tiek norādītas kā procenti. Piemēram, sausam gaisam: g(N 2) = 77%; g(O2) = 23%.

Tilpuma daļa maisījuma komponents r i ir vērtība, kas vienāda ar komponenta daļējā tilpuma attiecību pret maisījuma tilpumu:

Kur V i- dotā komponenta daļējais tilpums; V cm- visa maisījuma tilpums.

Tā kā maisījuma tilpums ir vienāds ar sastāvdaļu daļējo tilpumu summu, tilpuma daļu summa ir vienāda ar: .

Tilpuma daļas ir norādītas procentos. Piemēram, gaisam: r(N 2) = 79%; r(O2) = 21%.

Molu daļa maisījuma komponents x i ir vērtība, kas vienāda ar šī komponenta molu skaita attiecību pret kopējo maisījuma molu skaitu:

Tā kā maisījuma kopējais molu skaits ir vienāds ar katra komponenta molu skaitu, ir skaidrs, ka:

Saskaņā ar Avogadro likumu jebkuras gāzes mola tilpumi vienā spiedienā un temperatūrā, jo īpaši maisījuma temperatūrā un spiedienā, ideālās gāzes stāvoklī ir vienādi. Tāpēc jebkuras sastāvdaļas samazināto tilpumu var aprēķināt kā mola tilpuma reizinājumu V m pēc šī komponenta molu skaita, t.i. V i = V mN, un maisījuma tilpums ir pēc formulas V = V mN.

tāpēc maisījumā iekļauto gāzu precizēšana molu daļās ir vienāda ar to tilpuma daļu norādīšanu.

Sakarību starp masu un molu daļu var atrast no vienādojuma:

Rezultātā mums ir šādas attiecības:

Iegūtajos vienādojumos M CM- dotā gāzu maisījuma vidējā (šķietamā) molekulmasa, t.i. molekulmasa šādai nosacīti viendabīgai gāzei, kas pēc savām īpašībām ir līdzīga konkrētajam gāzes maisījumam.

Pamatojoties uz to, vērtība M CM nosaka pēc maisījuma sastāva šādi:

Kopš attiecības:

Lieluma atkarību pievienošana g i visām gāzes maisījuma sastāvdaļām mums ir:

Pēc transformācijām mēs iegūstam:

Gāzu maisījuma stāvokļa vienādojumu var pieņemt šādu iemeslu dēļ. No neatkarības principa izriet, ka, ja maisījumā katra gāze neatkarīgi no pārējām pakļaujas stāvokļa vienādojumam, tad visu maisījumu var uzskatīt par vienu viendabīgu gāzi ar savām īpašām īpašībām, kas arī pakļaujas stāvokļa vienādojumam. , t.i.

Kur R C.M.— maisījuma vidējā šķietamā gāzes konstante, ko nosaka, pamatojoties uz maisījuma vidējo molekulmasu:

Lielums R C.M. var atrast arī no maisījuma sastāva pēc atkarību aizstāšanas ar M CM:

Apkopojot visas sastāvdaļas, mēs iegūstam:

Summa vienādojuma kreisajā pusē ir vienāda ar maisījuma tilpumu. Abas vienādojuma puses dalot ar maisījuma masu m mēs saņemam

Summa vienādojuma labajā pusē apzīmē maisījuma gāzes konstanti:

Dažas gāzes un tvaiki noteiktos maisījumos ar gaisu ir sprādzienbīstami. Gāzu maisījumu ugunsbīstamību nosaka uzliesmojošu gāzu, tvaiku vai putekļu koncentrācija maisījumā. Pie zemākās uzliesmojošās koncentrācijas robežas (LCFL) maisījumā ir neliels daudzums degvielas un liekā gaisa. Palielinoties degvielas koncentrācijai, maisījumā parādās gaisa trūkums, kas izraisa aizdegšanās spējas zudumu.

Maisījuma eksplozija var notikt tikai pie noteiktām maisījumā iekļauto uzliesmojošu gāzu attiecībām ar gaisu vai skābekli, kam raksturīgas apakšējās un augšējās sprādzienbīstamības robežas. Izvēloties maisījuma sastāvu, tiek ņemtas vērā sprādzienbīstamības robežas. Piemēram, metāna-gaisa maisījums ir sprādzienbīstams, ja tajā ir 5,3-14,9% CH4, un amonjaka-gaisa maisījums ir sprādzienbīstams, ja tajā ir 14,0-27% NH3. Tādējādi ražošanā izmantotais gāzu maisījums, kas satur 12-13% CH 4 un 11-12% MN 3, ir sprādziendrošs gaisā. Tomēr šāds sākotnējais maisījums ir tuvu sprādzienbīstamības robežām, un, lai novērstu iespējamu sastāva pārkāpumu, tiek nodrošināta automātiska gāzes attiecības regulēšana. Lai nodrošinātu pilnīgu drošību, sākotnējam maisījumam pievieno slāpekli.

Teorētiskais jautājums Nr.2

Gāzes turbīnu cikli

Gāzturbīnu bloki (GTU) ir siltumenerģijas ierīces, kurās darba šķidrums ir gāzveida degvielas sadegšanas produkti (vai citas vienā vai otrā veidā uzkarsētas gāzes), un darba dzinējs ir gāzturbīna. Gāzes turbīnas tiek klasificētas kā iekšdedzes dzinēji. Tie atšķiras no virzuļu iekšdedzes dzinējiem ar to, ka tajos tiek veikts lietderīgs darbs lielā ātrumā kustīgās gāzes kinētiskās enerģijas dēļ.

Gāzes turbīnu blokiem ir vairākas tehniskas un ekonomiskas priekšrocības salīdzinājumā ar virzuļdzinējiem, proti:

Vieglāks svars un mazi uzstādīšanas izmēri ar lielu jaudu;

Kloķstieņa mehānisma trūkums;

Gājiena vienmērīgums un tieša savienojuma iespēja ar darba patērētājiem - elektriskajiem ģeneratoriem, centrbēdzes kompresoriem utt.;

Apkopes vienkāršība;

Cikla īstenošana ar pilnu izplešanos un tādējādi ar augstu siltuma efektivitāti;

Iespēja izmantot lētus degvielas veidus (petroleja).

Šīs gāzes turbīnu priekšrocības ir veicinājušas to izplatību daudzās tehnoloģiju jomās.

Pirmās gāzes turbīnas konstrukciju izstrādāja Krievijas flotes mehāniķis P.D. Kuzminskis 1897. Tas bija paredzēts mazai laivai. Šīs turbīnas īpatnība bija tās darbība ar ūdens tvaiku, kas tika ievadīts sadegšanas kamerā, lai pazeminātu turbīnas priekšā esošo gāzu temperatūru.

Plaša gāzturbīnu bloku izmantošana kļuva iespējama tikai pēc divu galveno problēmu atrisināšanas: augstas efektivitātes gāzes kompresora (turbokompresora) izveidošanas un jaunu karstumizturīgu metālu sakausējumu ražošanas, kas spēj ilgstoši darboties 650 - 750 ° C temperatūrā. C un augstāks.

Gāzes turbīnu iekārtu darbība balstās uz ideāliem cikliem, kas sastāv no vienkāršākajiem termodinamiskajiem procesiem. Šo ciklu termodinamiskā izpēte ir balstīta uz pieņēmumiem, kas līdzīgi iekšdedzes dzinēja cikliem, proti: cikli ir atgriezeniski, siltums tiek piegādāts, nemainot cikla darba šķidruma ķīmisko sastāvu, siltuma noņemšana tiek pieņemta kā atgriezeniska, ir nav hidraulisko un termisko zudumu, darba šķidrums ir ideāla gāze ar nemainīgu siltuma jaudu. Atšķirībā no virzuļdzinējiem iekšdedzes dzinējiem, kur kompresijas, siltuma padeves un izplešanās procesi tiek veikti vienā cilindrā, gāzturbīnu blokos šie procesi notiek dažādos iekārtas elementos, kuros secīgi ieplūst darba šķidruma plūsma. Gāzes turbīnas var darboties ar degvielas sadegšanu nemainīgā spiedienā un nemainīgā tilpumā. Atbilstošie ideālie cikli ir sadalīti ciklos:

Ar siltuma ievadi nemainīgā spiedienā ( P = konst) -- Breitona cikls;

Ar siltuma ievadi nemainīgā tilpumā ( v = const) -- Hamfrija cikls;.

Cikls ar siltuma atgūšanu.

Cikls ar siltuma padevi nemainīgā spiedienā ir saņēmis vislielāko praktisko pielietojumu.

lpp= konst(Braitonas cikls)

Gāzes turbīnas bloka shematiskā diagramma, kurā degvielas sadegšana notiek pie nemainīga spiediena, ir parādīta 1. attēlā, bet tajā veiktais atgriezeniskais cikls ir parādīts pv un Ts diagrammās 1.1. attēlā. Šajā instalācijā atmosfēras gaiss no apkārtējās vides ar spiedienu p 1 un temperatūru T 1 ieplūst kompresora (1) ieejā, griežoties uz tās pašas vārpstas kā gāzes turbīna (4). Kompresorā gaiss tiek saspiests adiabātiski ( 1-2 ) līdz spiedienam p 2, pie kura tas tiek piegādāts sadegšanas kamerā (3), kurā nonāk gāzveida vai šķidrā degviela. Šeit pie pastāvīga spiediena degvielas sadegšana notiek plkst p=idem (2-3 ), kā rezultātā iegūto gāzveida sadegšanas produktu temperatūra paaugstinās līdz vērtībai T 3 . Pie šīs temperatūras un spiediena p 3 = p 2 gāze nonāk turbīnā (4), kur ar adiabātisko izplešanos ( 3-4 ) līdz atmosfēras spiedienam p 1 veic darbus, no kuriem viena daļa tiek tērēta kompresora piedziņai, bet otra ģeneratora, kas ražo elektrību, piedziņai. No turbīnas (4) apkārtējā atmosfērā tiek izlaista gāze ar spiedienu p 4 = p 1 ( 4-1 ), un kompresorā no atmosfēras tiek ievadīts jauns tīrs gaiss.

Par ideālā cikla noteicošajiem parametriem tiek pieņemti šādi parametri:

Gaisa spiediena palielināšanas koeficients vai (saspiešanas pakāpe) ;

Iepriekšējas paplašināšanas pakāpe.

Cikla efektivitātes galvenais termodinamiskais rādītājs ir tā termiskā efektivitāte

un izņemtā siltuma daudzums - pēc formulas

Pēc tam cikla termiskā efektivitāte

To parasti izsaka kā funkciju no spiediena pieauguma pakāpes y. Adiabātiskajam 1-2 mums ir:

Izobāram 2–3

Adiabātiskajam 3–4

Aizvietojot iegūtās temperatūras T 2, T 3 un T 4 termiskās efektivitātes vienādojumā, iegūstam

No formulas izriet, ka gāzturbīnas agregāta ar siltuma padevi nemainīgā spiedienā siltuma efektivitāte ir atkarīga no spiediena pieauguma pakāpes y un adiabātiskā indeksa k, palielinoties šīm vērtībām.

Pakļauts atkarībai

Līdz ar to tam pašam darba šķidrumam pakāpes pieaugums

kompresija vienmēr palielina efektivitāti.

Darbs ar ciklu:

Neskatoties uz to, ka gaisa spiediena palielināšanās pakāpes palielināšanās labvēlīgi ietekmē gāzes turbīnas iekārtas efektivitāti, šīs vērtības palielināšanās izraisa gāzu temperatūras paaugstināšanos turbīnas lāpstiņu priekšā. Šīs temperatūras vērtības ierobežo sakausējumu, no kuriem izgatavoti asmeņi, karstumizturība. Pašlaik maksimālā pieļaujamā gāzes temperatūra turbīnas priekšā ir 800 - 1000 ° C un tālāku temperatūras paaugstināšanu var panākt tikai izmantojot jaunus karstumizturīgus materiālus un ieviešot turbīnu konstrukcijas ar atdzesētām lāpstiņām.

Gāzes turbīnas bloka shēma un cikls ar siltuma padevi plkstV= konst (Hamfrija cikls)

Gāzes turbīnas blokā, kas darbojas ciklā ar siltuma padevi nemainīgā tilpumā (V=const), degvielas sadegšanas process notiek ar slēgtiem ieplūdes un izplūdes vārstiem, kas uzstādīti sadegšanas kamerā. Kompresors 1, ko darbina turbīna 6, piegādā saspiestu gaisu sadegšanas kamerai 4 caur vadāmu vārstu 7. Otrais vārsts 5 atrodas sadegšanas kameras galā un ir paredzēts sadegšanas produktu izvadīšanai turbīnā. Degvielu uz sadegšanas kameru piegādā sūknis 2, kas atrodas uz turbīnas vārpstas caur sprauslu. Degvielas padeve periodiski jāveic ar degvielas vārstu 3.

Palielinoties spiedienam, atveras vārsts 5 un sadegšanas produkti nonāk sprauslas aparātā un uz turbīnas lāpstiņām 6. Izejot cauri turbīnas lāpstiņām, gāze darbojas un tiek izlaista vidē.

Šīs instalācijas cikls sastāv no adiabātiskās saspiešanas kompresorā ( a-c); siltumapgāde plkst v= konst(c-z); Gāzes adiabātiskā izplešanās turbīnā ( z-e); izobāriska siltuma pārnese ar gāzi uz apkārtējo gaisu ( e-a). Termodinamiskais cikls pv un Ts koordinātēs parādīts 2.1. attēlā. Galvenie cikla parametri ir:

Spiediena pieauguma pakāpe kompresorā;

Izohoriskā spiediena palielināšanās pakāpe.

Gāzes turbīnas turbīnas cikla efektivitāti ar siltuma padevi nemainīgā tilpumā nosaka šādi:

Gāzes parametrus cikla raksturīgajos punktos nosaka caur sākotnējo temperatūru Ta no sakarībām:

Aizvietojot šīs temperatūras izteiksmes termiskās efektivitātes formulā, mēs iegūstam:

Tādējādi lietderības vērtība gāzturbīnas blokā ar siltuma ievadi nemainīgā tilpumā ir atkarīga no spiediena pieauguma pakāpes kompresorā un no spiediena pieauguma pakāpes sadegšanas kamerā, kas ir atkarīga no ievadītā siltuma daudzuma ( q 1 ) izohoriskā procesā.

Konkrēts darbs ciklā tiek noteikts:

Salīdzinājumi starp cikliem ar siltuma ievadi plkst p=konst Un v= konst acīmredzot ka pie tādas pašas spiediena pieauguma pakāpes un tāda paša izņemtā siltuma daudzuma cikls ar siltuma padevi nemainīgā tilpumā ir izdevīgāks nekā cikls ar siltuma padevi nemainīgā spiedienā. Tas ir saistīts ar lielāku cikla paplašināšanās pakāpi v = konst, un līdz ar to augstas termiskās efektivitātes vērtības. Neskatoties uz šo priekšrocību, cikls ar siltuma padevi nemainīgā tilpumā nav atradis plašu pielietojumu praksē sadegšanas kameras konstrukcijas sarežģītības un turbīnas pasliktināšanās dēļ pulsējošā gāzes plūsmā, lai gan darbs pie šī cikla uzlabošanas turpinās.

Sadegšanas kameras sarežģītās konstrukcijas dēļ gāzturbīnas cikls ar izohorisko siltuma padevi tiek izmantots ārkārtīgi reti, lai gan tam ir paaugstināta efektivitāte salīdzinājumā ar Breitona ciklu.

GTU cikls ar siltuma atgūšanu

Viens no gāzturbīnu iekārtu siltumefektivitātes paaugstināšanas pasākumiem ir siltuma rekuperācijas izmantošana. Siltuma atgūšana ietver izplūdes gāzu siltuma izmantošanu, lai uzsildītu gaisu, kas nonāk sadegšanas kamerā. Siltuma reģenerācija ir iespējama, ja T 4 > T 2. Lai to izdarītu, uzstādīšanas ķēdē tiek ievadīta papildu ierīce - siltummainis.

Gāzes turbīnas iekārtas ar sadedzināšanu pie P = const ar siltuma atgūšanu diagramma ir parādīta 3. attēlā. Atšķirība starp gāzturbīnas iekārtu ar siltuma atgūšanu un iekārtu bez reģenerācijas ir tāda, ka saspiestais gaiss no 1. kompresora neieplūst uzreiz sadegšanas procesā. 4. kamera, bet vispirms iziet caur gaisa reģeneratoru - siltummaini 3, kurā tas tiek uzkarsēts ar izplūdes gāzu siltumu. Attiecīgi gāzes, kas iziet no turbīnas, pirms izkļūšanas atmosfērā, iziet caur gaisa reģeneratoru, kur tās atdzesē, uzsildot saspiesto gaisu. Tādējādi tagad tiek lietderīgi izmantota noteikta siltuma daļa, ko iepriekš izplūdes gāzes aiznesa atmosfērā.

Gāzes turbīnu iekārtas cikls ar reģenerāciju un izobārisko siltumapgādi P,v - un T,s - diagrammās parādīts 1. attēlā.

Rīsi. 1 Gāzes turbīnas agregāta ar siltuma atgūšanu termiskā diagramma

Aplūkojamais cikls sastāv no adiabātiska gaisa saspiešanas procesa kompresorā 1-2, procesa 2-5, kas ir izobāra gaisa sildīšana reģeneratorā, izobāriskā procesa 5-3, kas atbilst siltuma padevei sadegšanas kamera degvielas sadegšanas dēļ, gāzu 3 - 4 adiabātiskās izplešanās process turbīnā, izobariskā izplūdes gāzu dzesēšana reģeneratorā 4 - 1.

Siltuma daudzums, kas tiek piegādāts darba šķidrumam izobāriskā procesā

un kas tiek izņemts izobāriskā procesā

Aizstājot q 1 un |q 2 | kopējā proporcijā

Mēs to saņemsim.

Temperatūras cikla galvenajos punktos tiek noteiktas:

Gāzes turbīnas cikla termiskā efektivitāte ar siltuma ievadi pie R = konst un pilnīga reģenerācija ir atkarīga no sākotnējās temperatūras T 1 un temperatūras adiabātiskās izplešanās beigās T 4 .

Reālos apstākļos reģenerācijas siltums netiek pilnībā nodots, jo siltummaiņi nav ideāli. Cikla termiskā efektivitāte būs atkarīga no reģenerācijas pakāpes. Reģenerācijas pakāpe ir attiecība starp siltuma daudzumu, kas pārnests uz gaisu, ko saņem saspiests gaiss reģeneratorā, un siltuma daudzumu, ko tas varētu saņemt, ja gāzturbīnas izejā uzsildītu no T 2 līdz T 5 = T 4 .

Gāzes turbīnas cikla termiskā efektivitāte ar nepilnīgu reģenerāciju, t.i. pie r<1, определяется следующим образом

Reģenerācijas pakāpi nosaka siltummaiņa (reģeneratora) darba virsmu kvalitāte un platība.

Pašlaik šādas gāzes turbīnas tiek izmantotas stacionārās iekārtās reģeneratora lielā svara un izmēru dēļ, piemēram, kā kuģu spēkstacijas.

Uzdevums Nr.1

Nosakiet maisījuma tilpuma sastāvu, molekulmasu, gāzes konstanti un tilpumu, ja tā masas sastāvs ir šāds: propāns - 48,7%, butāns - 16,8%, heksāns - 14,6%, etilēns - 4,7%, slāpeklis - 15,2%. Maisījuma spiediens ir 3 bāri, maisījuma masa un temperatūra ir attiecīgi vienāda

Svars, kg	Temperatūra, 0 C

C4H10 = 16,8% C6H14 = 14,6% C2H4 = 4,7% P cm = 3 bāri t cm = 17 0 C	g i (C3H8) = 0,487 g i (C4H10) = 0,168 g i (C6H14) = 0,146 g i (C2H4) = 0,047 g i (N 2) = 0,152 P cm = 3 10 5 Pa

Atrast: i - ?, M cm - ?,

R cm - ?, V cm - ?

1. Izmantojot atsauces datus, mēs nosakām komponentu molekulmasas:

M(C3H8) = 44 kg/kmol;

M(C4H10) = 58 kg/kmol;

M(C6H14) = 86 kg/kmol;

M(C2H4) = 28 kg/kmol;

M(N 2) = 28 kg/kmol.

2. Aprēķināsim gāzu gāzes konstantes, izmantojot universālās gāzes konstantes R = 8,314 kJ/kmol K vērtību:

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(C6H14) = = 0,09667 kJ/kg K = 96,7 J/kg K;

R(C 2H 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. Nosakām maisījuma gāzes konstanti:

R cm= ?(g i R i)

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 + 45,9 K. 4 = 3 J/14,2

4. Nosakām maisījumā iekļauto komponentu tilpuma daļas:

kur R cm ir maisījuma gāzes konstante, J/(kg K);

R i ir maisījumā iekļauto atsevišķo komponentu gāzes konstante J/(kg K).

5. Aprēķiniet maisījuma molekulmasu:

M cm = 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 = 44 kg/kmol.

6. Aprēķiniet gāzu maisījuma tilpumu, izsakot to no Kleiperona vienādojuma:

RV = m R T,

m 3 /kg.

Atbilde: r(C3H8) - 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 K.

r(N2) - 23,8%; V cm - 1,648 m 3 /kg.

Problēma Nr.2

Gāzu maisījumam reaktorā ir šāds tilpuma sastāvs: oglekļa monoksīds = 14%, slāpeklis = 6%, skābeklis = 75%, ūdens tvaiki = 5% un tiek uzkarsēts no t1 līdz t2. Nosakiet gāzes maisījumam piegādātā siltuma daudzumu. Pieņemiet siltuma jaudas atkarību no temperatūras atbilstoši jūsu izvēlei

			nemainīgs

H2O tvaiks = 5%	r(H2O) tvaiks = 0,05

Atrast: J - ?

1. Atbilstoši uzdevuma nosacījumiem izriet, ka siltumietilpības atkarība no temperatūras ir nemainīga, tas ir, nav atkarīga no temperatūras, tāpēc siltumietilpību nosaka pēc formulas:

kur C ir gāzes siltumietilpība, kJ/kmol K;

M i ir komponenta molekulmasa, g/kmol.

Divatomu gāzēm (slāpeklis, skābeklis) C v = 20,93 kJ/kmol K, ūdens tvaikiem un citām poliatomiskām gāzēm C v = 25 kJ/kmol K.

Aprēķināsim komponentu siltuma jaudas:

kJ/kmol K;

kJ/kmol K;

kJ/kmol K;

kJ/kmol K.

Aprēķināsim gāzes maisījuma kopējo siltumietilpību:

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/kmol

2. Aprēķiniet siltuma daudzumu pie nemainīgas siltuma jaudas, izmantojot formulu:

J = mC v(T 2 - T 1 )

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

Atbilde: Q = 1844,44 J.

Uzdevums Nr.3

Gaiss darbojas ciklā ar izohorisko siltuma padevi. Noteikt cikla parametrus raksturīgajos punktos un cikla lietderīgo darbu, ja gaisa masa, sākotnējais spiediens, sākotnējā temperatūra, saspiešanas pakāpe un sadegšanas laikā piegādātā siltuma daudzums ir attiecīgi vienādi.

	P 1 = 9 10 3 Pa

Atrast: A = ?

Cikls ar izohorisko siltuma padevi (Otto cikls) sastāv no diviem adiabātiem un diviem izohoriem. Cikla īpašības ir šādas:

kompresijas pakāpe - ;

spiediena pieauguma pakāpe - ;

Padotā un izņemtā siltuma daudzumu nosaka pēc formulas:

Cikla darbu nosaka:

1. Noteiksim cikla parametrus raksturīgos punktos.

a) Noteiksim parametrus 1. punktā.

P 1 = 90 10 3 Pa; T 1 = 298 K; M gaiss = 28,97 kg/kmol.

Gaisa gāzes konstante ir

Aprēķināsim īpatnējo gaisa tilpumu V 1, izsakot to no Kleiperona vienādojuma:

b) Noteiksim parametrus 2. punktā.

Kompresijas pakāpe ir

Līdz ar to m 3 /kg.

No adiabātiskā vienādojuma (1-2 process - adiabātiskā saspiešana) izsakām temperatūru

kur k ir adiabātiskais indekss (gaisam tas ir 1,4).

No izteiksmes tiek atrasts spiediens P 2

c) Noteiksim parametrus 3. punktā.

Tā kā 2 - 3 ir izohors, tad V 3 = V 2 = 0,7125 m 3 /kg.

Temperatūra 3. punktā tiek noteikta pēc attiecības

Ņemot Ms v = 20,98 kJ/kg K, M (gaiss) = 28,97 kg/kmol, iegūstam

tātad,

Spiediens P 3 tiek noteikts pēc attiecības

d) Noteiksim parametrus 4. punktā.

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

no šejienes izsakām spiedienu 4. punktā

2. Noteikt cikla lietderīgo darbu.

Aprēķināsim izņemtā siltuma daudzumu:

Noderīgais darbs ciklā ir

Atbilde: l ts= 680,56 kJ.

Problēma Nr.4

Atrodiet augstāko kompresijas pakāpi ciklā ar izohorisko siltuma padevi, ja zināms, ka sākotnējais spiediens ir 100 kPa, adiabātiskais eksponents ir 1,3 un degmaisījuma sākotnējā temperatūra un pašaizdegšanās temperatūra ir:

t pati par sevi = 430 0 C	P 1 = 10 10 3 Pa

Tā kā notiek izohoriskā siltuma padeve, mēs izsakām saspiešanas pakāpi no adiabātiskā vienādojuma:

Aprēķināsim kompresijas pakāpi:

Atbilde: kompresijas pakāpe? max ciklā ar izohorisko siltuma padevi ir 26,9. Jo augstāka ir kompresijas pakāpe, jo augstāka ir cikla efektivitāte.

Uzdevums Nr.5

Gaiss izplūst no rezervuāra. Atrodiet vidējā spiediena vērtību, pie kuras teorētiskais adiabātiskās izplūdes ātrums būs vienāds ar kritisko, un šī ātruma lielumu, ja sākotnējais spiediens un temperatūra ir attiecīgi vienādi

	P 1 =5 10 6 Pa

Atrast: P 2 = ?

Gaiss ir divatomiskā gāze, tāpēc gaisa kritiskā vērtība ir 0,528.

No attiecībām mēs izsakām un atrodam vides spiedienu P 2:

Noteiksim b vērtību un salīdzināsim ar gaisa kritisko vērtību: 0,528 = 0,528.

Tā kā adiabātiskā gāzes aizplūšana notiek plkst. kr, tad teorētiskais gāzes izplūdes ātrums būs vienāds ar kritisko ātrumu un tiek noteikts pēc formulas

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

Teorētiskais jautājums Nr.3

Konvektīvā siltuma pārnese ar piespiedu šķidruma kustību. Siltuma pārnese šķidruma piespiedu kustības laikā pa kanāliem.

Konvektīvā siltuma pārnese ir konvekcijas un siltumvadītspējas kombinēts process, jo, pārvietojoties šķidrumam vai gāzei, neizbēgami saskaras atsevišķas dažādas temperatūras daļiņas.

Konvektīvo siltuma apmaiņu starp šķidruma vai gāzes plūsmu un cieta ķermeņa virsmu sauc par konvektīvo siltuma pārnesi.

bieži vien kopā ar siltuma pārnesi ar starojumu.

Atkarībā no iemesla, kas izraisa šķidruma kustību, tiek izdalīti divi kustības veidi: brīvā (dabiskā konvekcija) un piespiedu (piespiedu konvekcija).

Brīva kustība notiek sakarsētā un aukstā šķidruma daļiņu blīvuma atšķirību dēļ, kas izraisa celšanas spēka parādīšanos. Šķidrās daļiņas, kas saskaras ar apsildāmo ķermeņa virsmu, uzsilst un kļūst vieglākas nekā aukstās daļiņas virs tām. Šāds daļiņu izvietojums ir nestabils: aukstajām daļiņām ir tendence nolaisties un izspiest vieglākas sakarsētas daļiņas, kurām jāveic augšupejoša kustība virzienā uz lejupejošajām aukstajām daļiņām. Rodas sarežģīta, haotiska kustība, kurā saduras augšupejošas un lejupejošas straumes. Jo vairāk siltuma tiek nodots, jo intensīvāka ir šķidruma brīvā kustība. Nodotā siltuma daudzums ir proporcionāls ķermeņa virsmai un temperatūras starpībai starp siltumu izdalošo (vai siltumu uztverošo) virsmu un šķidrumu. Temperatūras starpība nosaka kustības pacelšanas spēku, un virsma nosaka siltuma apmaiņas procesa sadales zonu.

Piespiedu kustība notiek šķidruma spēka ietekmē no ārpuses - sūkņa, vēja, ventilatora, kompresora, ežektora utt. Šajā gadījumā šķidruma spiediena atšķirība tiek noteikta pie kanāla ieplūdes un izejas, caur kuru tiek veikta šķidrums kustas. Vadošo spēku galvenokārt nosaka spiediena starpība. Siltuma apmaiņas intensitāte šķidruma piespiedu kustības laikā ir atkarīga no tā kustības ātruma, šķidruma veida un fizikālajām īpašībām, tā temperatūras, kanāla formas un lieluma, kurā notiek siltuma apmaiņa.

Konvektīvās siltuma pārneses procesa intensitāti ierobežo siltuma vadīšanas process uz šķidruma robežas ar cietu virsmu un relatīvi stacionāru šķidruma daļiņu robežslānī, kas atrodas blakus cietai virsmai. Konvektīvās siltuma pārneses intensitāti var palielināt, palielinot šķidruma kustības ātrumu attiecībā pret cieto virsmu, kas palīdz samazināt robežslāņa biezumu. Šis process ietver divus posmus un divu veidu siltumenerģijas pārnesi:

Siltumenerģijas pārnešana konvekcijas ceļā šķidruma vai gāzes tilpumā;

Siltumenerģijas pārnešana ar siltuma vadīšanu plānā, lēni kustīgā šķidruma vai gāzes slānī, kas atrodas tieši blakus cietai sienai un ko sauc par robežslāni vai lamināro apakšslāni;

Siltuma pārnešana ar siltuma vadīšanu, šķidruma vai gāzes daļiņām tiešā saskarē ar cietas sienas daļiņām tieši pie cietās virsmas robežas.

Pamatojoties uz iepriekšminētajiem noteikumiem, tika iegūts konvektīvās siltuma pārneses pamatvienādojums, ko sauc par Ņūtona-Rihmaņa vienādojumu:

kur q ir īpatnējā siltuma plūsma konvektīvās siltuma apmaiņas laikā, W/m2;

Q - kopējā siltuma plūsma, W;

F - konvektīvā siltuma apmaiņas virsma, m2;

l w - šķidruma (gāzes) siltumvadītspējas koeficients robežslānī, W/m 2 K;

d p.s. - siltummaiņas virsmai blakus esošā šķidruma (gāzes) robežslāņa biezums, m;

b - siltuma pārneses koeficients, kas raksturo siltuma apmaiņas apstākļus starp šķidrumu un cieto sienu, W/m 2 K.

Siltuma pārneses koeficients b - Konvektīvās siltuma pārneses procesa galvenā īpašība un ir sarežģīta funkcija no liela skaita neatkarīgu lielumu, kas raksturo parādību.

Viens no galvenajiem konvektīvās siltuma pārneses uzdevumiem ir noteikt siltuma pārneses koeficientu konkrētos apstākļos. Siltuma pārneses koeficienta analītiskā noteikšana parasti nav iespējama, jo tā vērtība ir atkarīga no daudziem mainīgajiem lielumiem: procesa parametriem, fiziskajām konstantēm, ģeometriskajiem izmēriem un robežnosacījumiem. Siltuma pārneses koeficientu nosaka, izmantojot empīriskas formulas, kuras sastādītas kritērija formā pēc līdzības teorijas noteikumiem. Divus konvektīvās siltuma pārneses procesus uzskata par līdzīgiem, ja visi konvektīvo siltuma pārnesi raksturojošie parametri ir līdzīgi.

Lai vienkāršotu līdzības noteikšanas procesu, tiek izmantoti bezdimensiju fizisko parametru kompleksi - skaitļi vai līdzības kritēriji. Ir daudz līdzības skaitļu. Konvektīvai siltuma pārnesei

izmantojiet šādus piecus līdzības skaitļus.

Reinoldsa numurs raksturo šķidruma vai gāzes plūsmas režīmu un izsaka inerces spēku (ātruma spiediena) attiecību pret viskozās berzes spēkiem:

Kur w- šķidruma vai gāzes vidējais ātrums, m/s;

l- raksturīgais izmērs, m;

v- kinemātiskās viskozitātes koeficients, m 2 /s.

Ja Reinoldsa skaitļi ir mazāki par 2000, režīms tiek uzskatīts par lamināru, ja skaitļi ir lielāki par 10 000, kustības režīms ir nemierīgs; ar skaitļiem no 2000 līdz 10 000, režīms ir pārejas režīms.

Prandtl numurs nosaka attiecības starp biezumu

dinamiskie un termiskie robežslāņi:

kur a ir termiskās difūzijas koeficients, m 2 /s;

n ir kinemātiskās viskozitātes koeficients, m 2 /s.

Nusselt numurs raksturo konvektīvās siltuma apmaiņas intensitāti starp šķidrumu (gāzi) un cietas vielas virsmu:

kur b ir siltuma pārneses koeficients, W/(m 2 CHK);

l - raksturīgais izmērs, m;

l - gāzes vai šķidruma siltumvadītspējas koeficients, W/(mCHK).

Grashof numurs raksturo brīvās konvektīvās siltuma pārneses intensitāti:

kur g = 9,81 m/s 2 - brīvā kritiena paātrinājums;

b - tilpuma izplešanās koeficients: šķidrumiem b ir norādīts uzziņu grāmatās (L pielikums), gāzēm - b = 1/T, 1/K;

l - raksturīgais izmērs, m;

Dt ir temperatūras starpība starp šķidruma (gāzes) daļiņām;

n - kinemātiskā viskozitāte, m 2 /s.

Eilera numurs raksturo spiediena krituma attiecību pret ātruma galvu:

kur DR ir spiediena kritums kanāla sekcijā, Pa;

r - šķidruma (gāzes) blīvums, kg/m3;

w - šķidruma (gāzes) ātrums, m/s.

Projektējot siltummaiņus, nepieciešams noteikt divus parametrus: siltuma pārneses koeficientu b un spiediena kritumu DR. Tie ir iekļauti Nuseltas un Eilera skaitļos, t.i. Tie ir definējami līdzības skaitļi. Reinoldsa, Grashofa un Prandtla skaitļi ir izšķiroši. Līdzības vienādojumi- attiecības starp definēto līdzības skaitli un definējošajiem līdzības skaitļiem. Tādējādi, modelējot, galvenais mērķis ir atrast vienādojumus:

Vispārējam konvektīvās siltuma pārneses līdzības vienādojumam ir forma

Kur c, n, m, d- koeficienti, kas noteikti eksperimentālos pētījumos.

Kritērija vienādojumos reizinātājs ņem vērā siltuma plūsmas virzienu ar attiecību, bet Pr ir Prandtl skaitlis šķidrumam (gāzei) tā temperatūrā; Prst — Prandtl numurs šķidrumam (gāzei) sienas temperatūrā.

Formulās iekļautie fizikālie parametri ir jāņem noteicošajā temperatūrā, kas norādīta katram siltuma pārneses gadījumam, un tiek izmantotas šādas definējošās temperatūras:

t ST - vidējā sienas temperatūra;

tf - šķidruma vai gāzes vidējā temperatūra;

t PL ir robežslāņa (plēves) vidējā temperatūra, kas definēta kā vidējais aritmētiskais starp t L un t ST.

Šķidruma (gāzes) vidējo temperatūru var aptuveni definēt kā vidējo aritmētisko starp šķidruma sākotnējo un beigu temperatūru.

Siltuma pārneses process, šķidrumam plūstot caurulēs, ir sarežģītāks, salīdzinot ar siltuma pārneses procesu, mazgājot plakanu virsmu ar neierobežotu plūsmu, kurā no ķermeņa aizplūstošo šķidrumu neietekmē procesi, kas notiek pie sienas. Caurules šķērsgriezumam ir noteikti izmēri. Rezultātā caurulē, sākot no noteikta attāluma no ieplūdes atveres, šķidrums visā šķērsgriezumā piedzīvo viskozu spēku bremzēšanas efektu. Caurules ierobežoto izmēru dēļ šķidruma temperatūra mainās gan šķērsgriezumā, gan visā kanāla garumā. Tas viss ietekmē siltuma pārnesi.

Šķidruma plūsma caurulēs var būt lamināra, pārejoša un turbulenta.

Ar lamināru vai slāņainu, mierīgu, strūklas kustību šķidruma plūsmas atkārto kanāla vai sienas kontūras, t.i., tās nesajaucas. Siltuma izplatīšanās virzienā, kas ir perpendikulārs kustības virzienam, ir saistīta tikai ar siltumvadītspēju.

Ar turbulentu kustību šķidrums tiek pastāvīgi sajaukts. Šķidruma daļiņas ātrums katrā laika momentā mainās pēc lieluma un virziena. Turbulentā režīmā siltums tiek pārnests ar siltuma vadīšanu tikai viskozajā apakšslānī, un turbulentā kodola iekšpusē šis process tiek veikts, intensīvi sajaucot šķidrās daļiņas.

Pāreja no lamināra uz turbulentu un otrādi notiek noteiktos apstākļos. Pārejas parametrus nosaka Reinoldsa skaitlis. Tā, piemēram, gludām caurulēm šis skaitlis ir aptuveni 2300.

Kad šķidrums pārvietojas lamināri, tiek izdalīti divi režīmi: viskozs un viskozs-gravitācijas.

Viskozs ir kustības veids, kad šķidrumā viskozi spēki dominē pār celšanas spēkiem. Šis kustības veids notiek ar viskozu šķidrumu piespiedu kustību un izzūdoši mazu brīvās kustības ietekmi. Viskozais kustības veids parasti tiek novērots šķidrumu ar augstu viskozitāti laminārās kustības laikā maza diametra caurulēs un zemā temperatūras spiedienā.

Viskozitātes-gravitācijas režīms ir šķidruma kustības režīms, kad celšanas spēki ir pietiekami lieli: piespiedu kustību pārklāj brīva kustība, kuras ietekmi uz siltuma pārnesi nevar ignorēt. Šajā gadījumā ātruma sadalījums pa caurules šķērsgriezumu ir atkarīgs ne tikai no viskozitātes izmaiņām, bet arī no šķidruma brīvās kustības intensitātes un virziena, ko izraisa mazāk un vairāk uzkarsēta blīvuma atšķirība. šķidrās daļiņas.

Izstrādātā turbulentā režīmā (Re>10000) tiek izmantots šāds vienādojums:

kur e l ir korekcijas koeficients, kas ņem vērā plūsmas sākuma posma ietekmi uz siltuma pārneses koeficientu caurulē.

Noteicošā temperatūra ir šķidruma vai gāzes vidējā temperatūra. Raksturīgais izmērs l ir: apaļai caurulei - caurules iekšējais diametrs d; patvaļīgas formas caurulei - ekvivalents diametrs d ekv

F ir kanāla šķērsgriezuma laukums, m2;

P ir sekcijas kopējais perimetrs neatkarīgi no tā, kura šī perimetra daļa ir iesaistīta siltuma apmaiņā, m.

Gāzēm formula ir vienkāršota, jo šajā gadījumā Pr kritērijs ir gandrīz nemainīga no temperatūras neatkarīga vērtība, Pr = 0,67...1,0 (nosaka pēc atomu skaita molekulā): .

Siltuma apmaiņas laikā izliektajās caurulēs (spolēs) centrbēdzes efekta dēļ caurules šķērsgriezumā notiek sekundārā cirkulācija, kuras klātbūtne izraisa siltuma pārneses koeficienta palielināšanos. Tāpēc siltuma pārneses koeficients jāreizina ar korekcijas koeficientu e zm:

kur d ir caurules diametrs, m; D ir spoles spirāles diametrs, m.

Lamināras šķidruma plūsmas gadījumā (Re<2320) вынужденное перемещение ее частиц сопровождается также и свободным движением.

Siltuma pārneses koeficienta vidējo vērtību nosaka pēc formulas:

Aprēķinot Gr kritēriju, Dt vērtība raksturo temperatūras starpību starp šķidrumu (gāzi) un sienu.

Ja dzesēšanas šķidrums ir gāze, formula ir vienkāršota: .

Kad caurule ir novietota vertikāli, tiek ieviesta korekcija 0,85, kad sakrīt brīvās un piespiedu kustības, un korekcija 1,15 tiek ieviesta pretējā virzienā.

Ja dzesēšanas šķidrums ir šķidrums ar augstu viskozitātes koeficientu, tad brīvā konvekcija neietekmē siltuma pārnesi. Viskozā režīma līdzības vienādojums ir

Šķidruma vidējo temperatūru uzskata par noteicošo temperatūru, un raksturīgais lineārais izmērs ir caurules iekšējais diametrs.

Reinoldsa skaitļu diapazonā no 2320 līdz 10 000 tiek novērots šķidruma kustības pārejas režīms. Lai noteiktu siltuma pārneses koeficientu pārejošas kustības laikā, varat izmantot šādu projektēšanas kritērija vienādojumu:

kur K 0 ir Reinoldsa skaitļa funkcija.

Šķidruma vidējā temperatūra tiek ņemta par noteicošo temperatūru vienādojumā, un caurules iekšējais diametrs ir noteicošais izmērs d vn vai d ekv

Siltuma pārnese šķidruma kustības pārejas režīmā kanālos un caurulēs tiek aprēķināta, risinot ugunsdzēsības prakses problēmas.

Aprēķinu formulai siltuma pārneses koeficienta vidējo vērtību noteikšanai, kas iegūta, pamatojoties uz eksperimentālo datu vispārinājumu, ir šāda forma:

Rādītājs f pie skaitļiem Nu, Re, Pr nozīmē, ka visi fizikālie parametri tiek aprēķināti šķidruma vidējā temperatūrā. Šajā gadījumā par noteicošo izmēru tiek ņemts caurules iekšējais diametrs d vn vai d ekv=4 F/ U kanāliem, kuriem nav apļveida šķērsgriezuma, kur F ir kanāla šķērsgriezuma laukums un U ir šīs sekcijas perimetrs.

Reizinātājs e l =1 pie l/d nar?50, un pie l/d nar<50, его принимают в зависимости от числа Рейнольдса для данных условиях

E l vērtība ir atkarīga no šķidruma iekļūšanas caurulē apstākļiem.

Diezgan bieži ugunsdrošības problēmu risināšanai tiek izmantoti vienādojumi, kas apraksta konvektīvo siltuma pārnesi šķidruma piespiedu kustības laikā.

Teorētiskais jautājums Nr.4

Termiskais starojums. Starojuma siltuma pārneses pamatlikumi

Siltuma starojums ir siltuma pārneses metode telpā, ko veic elektromagnētisko viļņu izplatīšanās rezultātā, kuru enerģija, mijiedarbojoties ar vielu, pārvēršas siltumā. Radiācijas siltuma apmaiņa ir saistīta ar divkāršu enerģijas pārveidi: sākotnēji ķermeņa iekšējā enerģija tiek pārvērsta elektromagnētiskā starojuma enerģijā, un pēc tam, kad enerģija tiek pārnesta telpā ar elektromagnētisko viļņu palīdzību, notiek otrā starojuma enerģijas pāreja uz rodas cita ķermeņa iekšējā enerģija.

Ķermeņa termiskais starojums ir atkarīgs no tā temperatūras (ķermeņa sildīšanas pakāpes).

Pašstarojuma plūsmas blīvums E personisks, W/m 2, ķermeni sauc par tā izstarojošo spēju (emissivitāti). Šo starojuma parametru elementārā viļņa garuma apgabalā dl sauc par sava starojuma spektrālās plūsmas blīvumu E l, W/m 3 vai ķermeņa spektrālo izstarojuma spēju, vai starojuma spektrālo intensitāti.

Termiskā starojuma enerģija, kas krīt uz ķermeni, saskaņā ar enerģijas nezūdamības likumu var tikt absorbēta, atspoguļota ķermenī vai iziet caur to:

Q absorbēt + Q neg + Q prop = Q kritums.

Enerģijas absorbētās daļas attiecību pret krītošo termiskā starojuma enerģiju sauc par ķermeņa absorbcijas spēju un apzīmē ar burtu A. Atstarotās enerģijas daļas attiecību pret krītošo termiskā starojuma enerģiju sauc ķermeņa atstarošanas spēja un tiek apzīmēta ar burtu R. Caur ķermeni izvadītās enerģijas attiecību pret krītošo termiskā starojuma enerģiju sauc par ķermeņa caurlaidību un apzīmē ar burtu D. Tādējādi saskaņā ar likumu par enerģijas saglabāšanu mēs rakstām:

Ķermeni, kas absorbē visu uz tā virsmu krītošo starojuma enerģiju, sauc par absolūti melnu ķermeni (ABL). Absolūti melnam korpusam absorbcijas spēja A = 1.

Ķermeni, kas atstaro visu uz tā virsmu krītošo starojuma enerģiju, sauc par absolūti baltu ķermeni (ja atstarojums notiek puslodē) vai par spoguļa ķermeni (ja krītošā stara leņķis ir vienāds ar atstarotā stara leņķi). Šajā gadījumā atstarošanas spēja R = 1.

Ķermeni, kas pārraida visu uz tā virsmu krītošo starojuma enerģiju, sauc par caurspīdīgu vai diatermisku. Šajā gadījumā caurlaidspēja D = 1.

Ciets ķermenis nepārraida uz tā virsmas krītošā termiskā starojuma enerģiju un tāpēc

Tā paša starojuma un krītošās enerģijas daļas summu, ko atstaro ķermeņa virsma, sauc par ķermeņa efektīvo starojumu:

E eff = E notikums + E neg.

Radītā starojuma siltuma plūsma ir starpība starp savu starojumu un krītošās enerģijas daļu, ko ķermenis absorbē:

Eres = Eob? Eab = Eeff? E spilventiņš.

Atkarībā no plūsmas raksturlielumiem siltuma pārneses procesi notiek līdzsvara (stacionārā) režīmā, kad temperatūra visos punktos ir nemainīga laikā un nestabilā (nestacionārā) režīmā.

Izstarojuma siltuma pārneses likumi tika iegūti pilnīgi melnam ķermenim stacionāros apstākļos.

Apskatīsim starojuma starojuma pamatlikumus.

Stefana-Bolcmaņa likums nosaka saistību starp emisijas spēju un melnā ķermeņa temperatūru:

kur E o ir absolūtā melnā ķermeņa izstarojuma koeficients, W/m 2 ;

y o = 5,67Х10- 8, - absolūti melna ķermeņa starojuma konstante, W/m 2 CHK 4;61

C o = 5,67 - melna ķermeņa izstarošanās spēja, W/m 2 CHK 4 ;

T ir izstarojošā ķermeņa absolūtā temperatūra, K.

Pelēkiem ķermeņiem:

E ir pelēkā ķermeņa izstarojuma koeficients, W/m2;

C ir pelēkā ķermeņa izstarojuma koeficients, W/(m 2 CHK 4).

Ja pelēkā ķermeņa starojuma enerģiju sadala ar absolūti melna ķermeņa starojuma enerģiju, mēs iegūstam:

kur e ir ķermeņa melnuma pakāpe.

Ja pieņemam, ka C=C0Ce, tad pelēkā ķermeņa starojuma enerģiju var uzrakstīt šādi:

Melnuma pakāpe var mainīties no 0 līdz 1. Tas ir atkarīgs ne tikai no ķermeņa fizikālajām īpašībām, bet arī no tā virsmas stāvokļa vai raupjuma.

Kā redzams no formulas, enerģijas atkarībai no absolūtās temperatūras ir kvartāra atkarība, tāpēc lielākā siltuma daļa ugunsgrēku laikā tiek pārnesta ar starojuma siltuma apmaiņu.

Kirhhofa likums nosaka, ka ķermeņa izstarojuma attiecība pret tā absorbcijas spēju ir vienāda visu pelēko ķermeņu virsmām (vienā temperatūrā) un ir vienāda ar absolūti melna ķermeņa izstarojuma spēju tajā pašā temperatūrā:

kur E un A ir ķermeņu emisijas un absorbcijas spējas.

No Kirhhofa likuma izriet trīs sekas:

1) dabā nav virsmu, kas izstarotu vairāk enerģijas nekā absolūti melns ķermenis (vienādā temperatūrā);

2) ķermeņiem ar lielāku absorbcijas spēju ir lielāks starojuma blīvums un otrādi;

3) reālo (pelēko) ķermeņu absorbcijas spējas un izstarojuma pakāpes ir skaitliski vienādas (A=e).

Lamberta likums nosaka saistību starp izstarotās enerģijas daudzumu un starojuma virzienu:

E N- normālā virzienā izstarotās enerģijas daudzums.

Lamberta likums iegūts absolūti melnam ķermenim pelēkiem ķermeņiem ar raupju virsmu, šis likums ir spēkā μ< 60 0 .

Pulētām virsmām Lamberta likums nav piemērojams, starojuma emisija leņķī būs lielāka nekā virzienā, kas ir normāls pret virsmu.

Vīna likums norāda, ka maksimālā starojuma intensitāte atbilst šādam viļņa garumam:

No formulas ir skaidrs, ka, palielinoties temperatūrai, maksimālais starojums novirzās uz īsiem viļņiem (citādi Vīna likumu sauc par pārvietošanās likumu).

...

Līdzīgi dokumenti

>

Gāzu sagatavošana apstrādei, attīrīšana no mehāniskiem maisījumiem. Gāzu maisījumu atdalīšana, to rektifikācija un kondensācija zemā temperatūrā. Gāzes frakcionēšanas iekārtas tehnoloģiskā shēma. Gāzes apstrādes specifika no gāzes kondensāta laukiem.

diplomdarbs, pievienots 02.06.2014


Pētījums par dažādu veidu žāvēšanas līdzekļu ietekmi uz formēšanas smilšu un serdeņu žāvēšanas efektivitāti. Žāvēšanas vienības aprēķins stieņa žāvēšanas procesā ar gaisu, kas iet caur žāvētāju. Žāvēšanas procesa siltumtehnikas pamati, siltuma apmaiņa.

kursa darbs, pievienots 04.11.2011


Bināro maisījumu periodiska rektifikācija. Nepārtraukti strādājošas destilācijas iekārtas bināro maisījumu atdalīšanai. Apakšējā dzesētāja aprēķins, šķidruma gāzes-šķidruma slāņa augstums. Tvaika ātruma un kolonnas diametra noteikšana.

kursa darbs, pievienots 20.08.2011


Malšanas maisījuma veidošana kā graudu tehnoloģisko īpašību stabilizēšanas metode. Prasības graudu malšanas maisījumu pagatavošanai. Malšanas maisījuma sastāvdaļu sastāva aprēķins, katras kviešu graudu partijas raksturojums tā pagatavošanai.

tests, pievienots 05.07.2012


Oglekļa fundamentālās ķīmijas, tā iegūšanas metodes. Gumijas maisījumu ar noteiktu cietību, kas satur oglekli, sagatavošana. Pareizas gumijas maisījuma zīmola izvēles iezīmes. Ar ogli pildītu gumijas maisījumu apstrāde.

kursa darbs, pievienots 16.05.2013


Fizikāli ķīmiskās parādības gumijas un gumijas savienojumu apstrādes procesos. Mūsdienu tehnoloģijas iezīmes gumijas maisījumu pagatavošanai. Maisījumu sagatavošana uz izoprēna gumijas bāzes. Gumijas maisījumu apstrāde uz rullīšu iekārtām.

kursa darbs, pievienots 01.04.2010


Eļļu maisījumu rektifikācija. Siltummaiņas sistēmas primārās eļļas destilācijas un ogļūdeņražu gāzu rektifikācijas iekārtām. Siltummaiņas sistēmas efektivitātes paaugstināšanas iespēju izvērtējums. Optimizētās shēmas izskatīšana no hidraulikas viedokļa.

diplomdarbs, pievienots 20.10.2012


Darba asmens aprēķins. Vienas spuru sekcijas tilpums. Asmens izgatavošana, izmantojot 3D prototipēšanu. Liešanas precizitātes parametri un apstrādes pielaides. Formēšanas smilšu sagatavošana nepārtrauktā centrbēdzes lāpstiņas maisītājā.

diplomdarbs, pievienots 27.05.2014


Siltumizolācijas materiālu raksturojums un apjoms, to struktūra un īpašības. Vakuuma daudzslāņu pulverveida siltumizolācijas efektivitāte un trūkumi. Izolācijas tehnoloģija iekārtās gāzu maisījumu zemas temperatūras atdalīšanai.

ziņojums, pievienots 24.11.2010


Prasības asfaltbetona maisījumam, tā pagatavošanai izmantoto materiālu raksturojums. Asfaltbetona maisījuma sastāva izvēle atbilstoši specifikācijām. Asfaltbetona maisījuma sagatavošanas tehnoloģija un secība, iekārtas.