Średnia masa molowa mieszaniny gazów. Pochodne cząstkowe parametrów stanu. Współczynniki termiczne

Aby przeprowadzić obliczenia termodynamiczne układów z mieszaninami lub roztworami gazów, konieczna jest znajomość ich składu. Można określić skład mieszaniny:

W ułamkach masowych, gdzie

- masa molowa I-ty składnik, kg/mol; M I– względna masa cząsteczkowa I-ty składnik; N I- ilość I-ta substancja, kret;

dla każdej fazy
;

Ułamki molowe
, Gdzie
- ilość substancji mieszaniny, mol; dla każdej fazy suma ułamków molowych składników mieszaniny
;

Ułamki objętościowe, które są równe ułamkom molowym
, Gdzie
- tom I trzeci składnik mieszaniny, który w temperaturze i ciśnieniu mieszaniny gazów nazywany jest objętością zredukowaną;
, m 3 /mol – objętość molowa i-tego składnika mieszaniny. Zgodnie z prawem Avagadro objętości molowe wszystkich składników mieszaniny gazów są równe i
, Gdzie
. Suma zredukowanych objętości składników mieszaniny gazowej jest równa objętości mieszaniny (prawo Amag’a), tj.
.

Skład mieszaniny gazów doskonałych można również określić za pomocą ciśnień cząstkowych R I, stężenia masowe i stężenia molowe
.

Przy określaniu składu roztworów stosuje się stężenia masowe i molowe.

Częściowe ciśnienie R I - to jest ciśnienie I składnik mieszaniny gazowej, pod warunkiem, że w temperaturze mieszaniny zajmuje on całą objętość przewidzianą dla mieszaniny.

3.2. Zależności dla mieszanin gazów doskonałych. Prawo Daltona

Średnią masę molową mieszaniny gazów określa się na podstawie wyrażenia
, kg/mol, gdzie
- masa mieszaniny;
- ilość substancji w mieszaninie. Następnie

.

Specyficzna stała gazowa mieszaniny gazów

, J/(kgK),

Gdzie
J/(molK) – stała molowa gazu; - masa molowa mieszaniny.

Prawo Daltona:

, tato,

te. suma ciśnień cząstkowych poszczególnych gazów zawartych w mieszaninie jest równa ciśnieniu całkowitemu mieszaniny. Zatem każdy gaz w naczyniu zajmuje całą objętość w temperaturze mieszaniny, będąc pod własnym ciśnieniem cząstkowym.

Równanie stanu mieszaniny gazów doskonałych ma postać:

.

Do ciśnienia cząstkowego i do zmniejszonej objętości I- składnika mieszaniny równania stanu mają postać:

Następnie dzieląc te równania wyraz po wyrazie, pierwsze przez drugie, otrzymujemy

.

Dzielenie równania
do równania
wyraz po wyrazie, otrzymujemy:

.

Rozdział 4. Pojemność cieplna

4.1. Rodzaje pojemności cieplnej

Pojemność cieplna to właściwość ciał polegająca na pochłanianiu i uwalnianiu ciepła, gdy temperatura zmienia się o jeden stopień w różnych procesach termodynamicznych. Rozróżnia się całkowitą średnią i całkowitą rzeczywistą pojemność cieplną.

Całkowita średnia pojemność cieplna procesu termodynamicznego (TP) to pojemność cieplna ciała o masie m, kg dla końcowego odcinka TP:

,[J/K].

Całkowita rzeczywista pojemność cieplna TP to pojemność cieplna ciała o masie M, kg w każdym danym momencie TP:

, [J/K].

Rozważmy dowolny TP 1-2 we współrzędnych
, Gdzie Q– dopływ ciepła w [J]; T – temperatura w [ 0 C]. Następnie
,
.

Jeżeli pojazd jest jednorodnym płynem roboczym, wówczas w obliczeniach wykorzystuje się względne pojemności cieplne:

Ciepło właściwe – pojemność cieplna przypadająca na 1 kg substancji c=C/M, J/kgK;

Ciepło molowe – pojemność cieplna przypadająca na 1 mol substancji
, J/molK;

Objętościowa pojemność cieplna – pojemność cieplna przypadająca na 1m3 substancji
, J/m 3 K.

Pojemność cieplna jest funkcją procesu i zależy od rodzaju cieczy roboczej, charakteru procesu i parametrów stanu. Zatem pojemność cieplna w procesie pod stałym ciśnieniem nazywana jest izobaryczną pojemnością cieplną:

,

Gdzie H, J – entalpia.

Pojemność cieplna w procesie o stałej objętości nazywana jest izochoryczną pojemnością cieplną:

,

Gdzie U, J – energia wewnętrzna.

Pojemność cieplna gazu doskonałego nie zależy od temperatury i ciśnienia, a jedynie od liczby stopni swobody ruchu cząsteczek i zgodnie z prawem równego rozkładu energii pomiędzy stopniami swobody ruchu cząsteczek, pojemność cieplna wynosi:
, Gdzie
- rotacyjne stopnie swobody równe zeru dla gazu jednoatomowego
, dla gazu dwuatomowego -
=2 i dla gazów trójatomowych
=3;
J/molK – stała molowa gazu. Pojemność cieplna określone równaniem Mayera:

.

Dla gazu jednoatomowego
I
, dla gazu dwuatomowego
I
, dla trzech lub więcej gazów atomowych
I
.

Pojemność cieplna gazów rzeczywistych zależy od ciśnienia i temperatury. W wielu przypadkach możemy pominąć wpływ ciśnienia na pojemność cieplną i założyć, że pojemność cieplna rzeczywistych gazów zależy tylko od temperatury: C= F(T). Zależność tę ustala się doświadczalnie.

Empiryczną zależność właściwej pojemności cieplnej od temperatury można przedstawić jako wielomian:

Gdzie
w temperaturze T=0 0 C. W przypadku gazów dwuatomowych możemy ograniczyć się do dwóch terminów:
, Lub
, Gdzie
.

Dla końcowej części procesu 1-2 ilość ciepła jest równa:

Wtedy średnia pojemność cieplna w tej części procesu będzie równa:

, J/kgK.

W regionie niskich temperatur o godz T<100К прекращается вращательное движение молекул и колебательное движение атомов, а при температуреT→0K zatrzymuje się także ruch translacyjny cząsteczek, tj. Na T=0 tys Z R = C w=0 i ruch termiczny cząsteczek zatrzymuje się (dane eksperymentalne Nernst i in., 1906-1912). W temperaturze T→0K właściwości substancji przestają zależeć od temperatury, co ilustruje powyższy wykres zależności pojemności cieplnej od temperatury bezwzględnej.

1. Główne rodzaje zasobów.

Główne składniki paliw ciekłych

Paliwo– źródło energii; substancja palna, która podczas spalania wytwarza znaczną ilość ciepła.

Ze względu na stan skupienia rozróżnia się paliwa stałe, ciekłe i gazowe.

DO stałe paliwo naturalne obejmują drewno opałowe, węgiel brunatny i kamienny, torf, antracyt; na sztuczne paliwo stałe – koks, węgiel drzewny, brykiety i pyły z węgla brunatnego i kamiennego, termoantracyt. Nie ma naturalnych paliw płynnych. Jako sztuczne paliwo ciekłe stosuje się różne żywice i olej opałowy. Paliwem gazowym może być paliwo naturalne, takie jak gaz ziemny. Gazy powstające w piecach koksowniczych (piecach koksowniczych), wielkich piecach (wielkich piecach lub piecach górnych) i generatorach gazu (generatorach) wykorzystywane są jako sztuczne paliwa gazowe.

Paliwa płynne- Są to głównie substancje pochodzenia organicznego, których głównymi pierwiastkami składowymi są węgiel, wodór, tlen, azot i siarka.

Głównym nośnikiem ciepła jest węgiel (C). Podczas spalania 1 kg węgla wydziela się 34 000 kJ ciepła. Węgiel może występować w oleju opałowym w ilości do 85%, tworząc związki.

Wodór (H) jest drugim najważniejszym pierwiastkiem paliwowym: podczas spalania 1 kg wodoru wydziela się około 125 000 kJ ciepła. Zawartość wodoru w paliwach ciekłych wynosi 10%.

Paliwo płynne zawiera także wilgoć (W) i do 0,5% popiołu (A).

Azot (N) i tlen (O) wchodzą w skład złożonych kwasów organicznych i fenoli i występują w paliwach w niewielkich ilościach (około 3%).

Siarka (S) podczas spalania wydziela dużą ilość ciepła, jednak związki siarki wchodząc w interakcję ze stopionymi lub nagrzanymi metalami pogarszają ich jakość: produkty spalania zawierające związki siarki zwiększają korozję metalowych części pieców, stal nasycona siarką wzrasta czerwona kruchość. Siarka jest zwykle zawarta w węglowodorach (do 4% i więcej).

Roboczy skład paliwa:

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

Wysuszone paliwo, które nie zawiera wilgoci, nazywa się suchą masą (c):

C Z +H Z + Oc + N Z + S do + ZA do = 100%. Masę organiczną paliwa zawierającego siarkę nazywa się masą palną (g):

Z G + N G + O G + N G +S G = 100.

2. Główne składniki paliw gazowych

Paliwa gazowe- Zasadniczo jest to mieszanina różnych gazów, takich jak metan, etylen i inne węglowodory. Paliwo gazowe obejmuje także tlenek węgla, dwutlenek węgla lub dwutlenek węgla, azot, wodór, siarkowodór, tlen i inne gazy, a także parę wodną.

Gaz ziemny wydobywany jest ze złóż czystego gazu lub razem z ropą naftową (gaz towarzyszący). W pierwszym przypadku głównym składnikiem palnym jest metan, którego zawartość może sięgać nawet 95–98%. Gazy towarzyszące, oprócz metanu, zawierają znaczne ilości innych węglowodorów: etan (C2H6), propan (C 3 H 8), butan (C 4 H 10), pentan (C 5 H 12) itp. Gazy towarzyszące mają właściwości mają wysoką wartość opałową, ale rzadko są wykorzystywane jako paliwo. Stosowane są głównie w przemyśle chemicznym.

Za pomocą przyrządów zwanych analizatorami gazów określa się skład paliwa gazowego.

W skład suchego paliwa gazowego wchodzą:

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

Metan (CH4) jest głównym składnikiem wielu gazów ziemnych. Podczas spalania 1 m3 metanu wydziela się 35 800 kJ ciepła. Metan w gazach ziemnych może zawierać do 93-98%.

Etylen (C2H4) - podczas spalania 1 m 3 etylenu wydziela się 59 000 kJ ciepła. Gazy mogą zawierać niewielkie ilości.

Wodór (H 2) – podczas spalania 1 m 3 wodoru wydziela się 10 800 kJ ciepła. Wiele gazów palnych, z wyjątkiem gazu koksowniczego, zawiera stosunkowo niewielkie ilości wodoru. Natomiast w gazie koksowniczym jego zawartość może sięgać 50-60%.

Propan (C 3 H 8), butan (C 4 H 10) - spalanie tych węglowodorów uwalnia więcej ciepła niż spalanie etylenu, ale ich zawartość w gazach palnych jest niewielka.

Tlenek węgla (CO) - podczas spalania 1 m 3 tego gazu wydziela się 1 2 770 kJ ciepła. Tlenek węgla jest głównym palnym składnikiem gazu wielkopiecowego. Gaz ten nie ma koloru ani zapachu i jest bardzo trujący.

Siarkowodór (H 2 S) – podczas spalania 1 m 3 siarkowodoru wydziela się 23 400 kJ ciepła. Obecność siarkowodoru w paliwie gazowym zwiększa korozję metalowych części pieca i gazociągu. Przy jednoczesnej obecności tlenu i wilgoci w gazie zwiększa się korozyjne działanie siarkowodoru. Siarkowodór jest ciężkim gazem o nieprzyjemnym zapachu i jest silnie toksyczny.

Pozostałe gazy (CO 2, N 2, O 2) i para wodna stanowią składniki balastowe. Ich obecność w paliwie powoduje obniżenie temperatury jego spalania. Wraz ze wzrostem zawartości tych gazów maleje zawartość składników palnych. Paliwo zawierające więcej niż 0,5% wolnego tlenu jest uważane za niebezpieczne zgodnie z przepisami bezpieczeństwa.

3. Ciepło spalania paliwa

Ciepło spalania paliwa– jest to ilość ciepła Q (kJ), która wydziela się podczas całkowitego spalenia 1 kg cieczy lub 1 m 3 paliwa gazowego.

W zależności od ogólnego stanu wilgoci w produktach spalania rozróżnia się wartości opałowe wyższe i niższe.

Wilgoć w produktach spalania paliwa ciekłego powstaje podczas spalania palnej masy wodoru H, a także podczas odparowywania wilgoci początkowej paliwa w. Produkty spalania zawierają także wilgoć z powietrza wykorzystywanego do spalania. Zwykle jednak nie jest to brane pod uwagę. Jeżeli paliwo zawiera wodór o masie palnej H p kg, podczas spalania powstaje wilgoć 9H P kg. Jednocześnie produkty spalania zawierają (9H P + W P) kg wilgoci. Do przekształcenia 1 kg wilgoci w stan pary potrzeba około 2500 kJ ciepła. Ciepło oddane w wyniku odparowania wilgoci nie zostanie wykorzystane, jeśli nie nastąpi kondensacja pary wodnej. W takim przypadku uzyskujemy niższą wartość opałową.

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

Ciepło spalania wyznacza się dwiema metodami: eksperymentalną i obliczeniową.

Przy eksperymentalnym określaniu ciepła spalania stosuje się kalorymetry.

Metoda oznaczania: część paliwa jest spalana w urządzeniu (kalorymetrze), ciepło powstające podczas spalania paliwa jest pochłaniane przez wodę. Znając masę wody, ciepło spalania można obliczyć zmieniając jej temperaturę. Ta metoda jest dobra, ponieważ jest prosta. Aby określić wartość opałową wystarczą dane analizy technicznej.

Metoda obliczeniowa. Tutaj ciepło spalania określa się zgodnie ze wzorem D. I. Mendelejewa:

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

gdzie C p, H p, O p, S p i W p odpowiadają zawartości węgla, wodoru, tlenu, siarki i wilgoci w paliwie roboczym,%.

Paliwo warunkowe to koncepcja stosowana do standaryzacji i rozliczania zużycia paliwa.

Paliwo konwencjonalne nazywane jest zwykle paliwem o niższej wartości opałowej (29 310 kJ/kg). Aby zamienić dowolne paliwo na paliwo konwencjonalne, należy podzielić jego wartość opałową przez 29 310 kJ/kg, czyli znaleźć odpowiednik tego paliwa: dla oleju opałowego jest to 1,37-1,43, dla gazów ziemnych - 1,2-1,4.

4a

4. Główne paliwo do pieców

Olej opałowy jest produktem rafinacji ropy naftowej, służy do rozpalania pieców. Ciepło spalania oleju opałowego wynosi 39-42 MJ/kg. Przybliżony skład oleju opałowego: 85-80% C; 10-12,5% HP; 0,5-1,0% (O P + N P); 0,4–2,5% SP ; 0,1-0,2% AR; 2% WP. Wilgotność oleju opałowego opuszczającego rafinerię nie powinna przekraczać 2%. Olej opałowy zawiera również siarkę, w zależności od procentu, w jakim olej opałowy dzieli się na niskosiarkowy (<0,5% Sp), сернистый (0,5-1% Sp) и высокосернистый (>1% Sp.).

Olej opałowy dzieli się także ze względu na zawartość parafiny oraz sposób rafinacji oleju. Wyróżnia się olej opałowy destylowany prosto (o niskiej lepkości) i olej opałowy krakowany, który charakteryzuje się dużą lepkością. W zależności od lepkości olej opałowy dzieli się na klasy. Numer marki oleju opałowego wskazuje lepkość warunkową w temperaturze 50 o C (VU50). Lepkość określa się za pomocą przyrządów - wiskozymetrów. Lepkość warunkową przyjmuje się jako stosunek czasu wypływu 200 cm 3 produktu naftowego w temperaturze badania do czasu wypływu tej samej objętości wody o temperaturze 20 o C. W związku z tym wskaźnikiem paliwo olej dzieli się na gatunki 40, 100, 200 i MP (olej opałowy do pieców martenowskich).

Wraz ze wzrostem marki oleju opałowego wzrasta jego gęstość, która w temperaturze 20 o C wynosi 0,95-1,05 g/cm 3; Wraz ze wzrostem temperatury gęstość maleje.

Przygotowując olej opałowy do spalania, należy wziąć pod uwagę jego gęstość i klasę. Przygotowanie polega na sedymentacji i filtracji oleju opałowego w celu oddzielenia wody i zanieczyszczeń mechanicznych (glina, piasek itp.), która odbywa się w podwyższonej temperaturze, w wyniku czego następuje oddzielenie oleju opałowego od wody: lepkość i gęstość oleju opałowego maleje, gdy nagrzewa się, w wyniku czego unosi się do góry. Wilgoć gromadzi się na dnie zbiornika, a odwodniony olej opałowy gromadzi się na górze.

Podczas opróżniania cystern kolejowych, podawania rurociągami ze zbiorników fabrycznych i warsztatowych do pieców, a także podczas zraszania dyszami (olej opałowy spala się zwykle w stanie atomizowanym) duże znaczenie ma lepkość oleju opałowego. Im niższa lepkość, tym mniej energii zużywa się na pompowanie i rozpylanie oleju opałowego. Dlatego im wyższa temperatura, tym niższa lepkość. Temperaturę dobiera się na podstawie wykresów lepkości, w oparciu o zapewnienie warunkowej lepkości oleju opałowego wynoszącej 5-10 jednostek.

Podczas ogrzewania należy uwzględnić temperaturę zapłonu oleju opałowego, czyli temperaturę nagrzewania, po osiągnięciu której rozpoczyna się intensywne wydzielanie lotnych składników mogących zapalić się od iskry lub płomienia. Temperatura zapłonu waha się zwykle w granicach 80-190 o C. Nie należy przy tym mylić temperatury zapłonu z temperaturą zapłonu, rozumianą jako temperatura nagrzewania, po której osiągnięciu (temperatura zapłonu oleju opałowego wynosi 530-600 o C) , gazy - 500-700 o C) olej opałowy zapala się samoistnie i w sprzyjających warunkach pali się dalej.

5. Podstawowe zasady teorii spalania

Palenie to proces szybkiego chemicznego łączenia palnych pierwiastków paliwowych z utleniaczem (zwykle tlenem z powietrza), któremu towarzyszy wydzielanie ciepła i światła.

Latarka- jeden z rodzajów płomienia, który powstaje w wyniku wtryśnięcia paliwa i powietrza do paleniska. W palniku, który ma określone kształty i rozmiary, procesy bezpośredniego spalania, nagrzewania mieszanki do temperatury zapłonu i mieszania zachodzą jednocześnie.

W teorii spalania rozróżnia się spalanie jednorodne i heterogeniczne. Spalanie jednorodne następuje w objętości, a spalanie heterogeniczne następuje na powierzchni kropel, a następnie, po odparowaniu składników lotnych, na cząstkach sadzy. Im mniejszy rozmiar cząstek paliwa ciekłego, tym większa powierzchnia właściwa oddziaływania pomiędzy fazą ciekłą i fazą gazową. Dlatego też rozpylanie paliwa płynnego pozwala spalić większą ilość paliwa na jednostkę objętości, czyli zintensyfikować spalanie.

Jednorodne spalanie może zachodzić w dwóch przypadkach, które nazywane są kinetycznym i dyfuzyjnym. W przypadku kinetycznym do strefy spalania (powiedzmy do przestrzeni roboczej pieca) dostarczana jest wcześniej przygotowana mieszanka paliwowo-powietrzna. Główną częścią procesu jest bezpośrednie ogrzewanie mieszanki i utlenianie palnych składników paliwa oraz spalanie. W takim przypadku palnik staje się krótki i ma wysoką temperaturę. Podgrzanie mieszanki lub wzbogacenie powietrza w tlen przyspiesza proces spalania: podgrzanie prawie wszystkich mieszanek gazowo-powietrznych do temperatury 500°C zwiększa szybkość spalania prawie 10-krotnie.

Jednak temperatura wstępnego podgrzewania mieszaniny nie powinna przekraczać temperatury zapłonu. Przy spalaniu dyfuzyjnym procesy ogrzewania, mieszania mieszaniny i spalania przebiegają jednocześnie w palniku. Najwolniejszym etapem jest przeciwdyfuzja cząsteczek mikro- i makroobjętości gazu i powietrza, czyli tworzenie mieszaniny. Dlatego latarka będzie dłuższa niż w pierwszym przypadku. Aby zmniejszyć długość palnika, strumienie gazu i powietrza rozdzielane są na osobne strumienie. Również zwiększenie prędkości dysz i skierowanie strumieni gazu i powietrza pod kątem względem siebie itp. pomaga zmniejszyć palnik.

Zapłon mieszaniny palnego gazu i powietrza jest możliwy tylko przy określonym stosunku. Ich współczynniki graniczne nazywane są granicami koncentracji. Wyróżnia się dolną i górną granicę wyznaczoną przez maksymalną zawartość gazu palnego w mieszaninie, %. Dla wodoru limity wynoszą 4,1 – 75; tlenek węgla – 12,5-75; metan – 5,3-14; gaz koksowniczy – 5,6-30,4, a dla gazu ziemnego – 4-13.

W ciepłownictwie często używa się pojęcia naprężenia cieplnego, które oznacza ilość ciepła wydzielanego podczas spalania paliwa w jednostce czasu, na 1 m3 paleniska lub przestrzeni roboczej pieca. Dla paliwa ciekłego osiąga ona 600 kW/m 3, a dla paliwa gazowego jest dwukrotnie większa.

6. Obliczenia analityczne spalania paliw

Do obliczeń stosuje się następujące współczynniki i wielkości:

1) stosunek objętościowej zawartości azotu do tlenu w powietrzu zwykłym niewzbogaconym w tlen, k= 3,76;

2) masa cząsteczkowa pierwiastków chemicznych (dla wodoru wynosi w przybliżeniu 2, dla azotu – 28, tlenu i siarki – 32 kg/mol);

3) objętości powietrza i produktów spalania w warunkach normalnych (temperatura 0°C, ciśnienie 101,3 kPa).

Rozważ skład paliwa ciekłego:

Z P + N P + O P + N P + S p + ZA p + W p = 100.

Składniki palne to węgiel, wodór i siarka. Przy stosowaniu suchego powietrza reakcje całkowitego spalania składników mają postać:

C + O 2 + kN 2=CO2+kN2+ Pytanie 1;

2H 2 + O 2 + kN 2=2H 2O + kN 2+ Q 2 ;

S + O 2 + kN 2= TAK 2+ kN 2+ Pytanie 3 .

Podczas spalania 1 mola węgla i siarki zużywany jest 1 mol tlenu. Podczas spalania 2 moli wodoru zużywa się także 1 mol tlenu. Na każdy mol tlenu do pieca wprowadza się k moli azotu. Azot trafia do produktów spalania. Dlatego np. po spaleniu 1 mola węgla otrzymuje się 1 mol dwutlenku węgla i 3,76 mola azotu. Kiedy węgiel spala się w tej reakcji 6b uwalniana jest ilość ciepła Qt. Podczas spalania wodoru powstaje własny skład produktów spalania i uwalniana jest inna ilość ciepła.

Do spalenia 1 mola węgla potrzebny jest 1 kmol tlenu o objętości 22,4 m3. Jeśli chcesz obliczyć zużycie tlenu na 1 kg węgla, wówczas objętość 1 kmol tlenu dzieli się przez masę cząsteczkową węgla równą 12. Dlatego 22,4 / 12 = 1,867 m 3 / kg tlenu zużywa się na 1 kg węgla. Rozumując podobnie stwierdzamy, że do spalenia 1 kg wodoru potrzeba 22,4 / /(2 O2) = 5,5 m 3 tlenu (iloczyn w mianowniku oznacza, że ​​w reakcji spalania biorą udział dwie cząsteczki wodoru o masie cząsteczkowej 2 ). Spalanie 1 kg siarki zużywa 22,4 / 32 = 0,7 m 3 tlenu.

Stosunek rzeczywistego przepływu powietrza do teoretycznie wymaganego przepływu nazywa się współczynnikiem przepływu powietrza:

? = L a /L 0 , Lub L a = ?L 0 ,

Gdzie L a I L 0– rzeczywiste i teoretyczne natężenia przepływu powietrza, m 3 /kg lub m 3 /m 3. Współczynnik zużycia powietrza zależy od rodzaju paliwa, konstrukcji urządzenia spalającego paliwo (palnik lub dysza) oraz temperatury ogrzewania powietrza i gazu.

7. Regulacja natężenia przepływu powietrza

W przypadku braku powietrza lub niedoskonałych urządzeń do spalania paliwa, spalanie może być niepełne.

Obecność składników palnych (tlenku węgla, wodoru, metanu czy sadzy) w produktach spalania powoduje chemiczne niepełne spalanie lub, jak się częściej mówi, chemiczne niedopalenie paliwa. Ten ostatni charakteryzuje się stratami ciepła wyrażonymi jako procent dolnej wartości opałowej paliwa.

Im większe natężenie przepływu powietrza, tym pełniejszy proces spalania. Jednakże wzrost tego współczynnika prowadzi do zwiększonego zużycia powietrza i znacznych strat ciepła wraz z gazami opuszczającymi palenisko. Temperatura w piecu spada, co prowadzi do pogorszenia wymiany ciepła w przestrzeni roboczej i zwiększonego utleniania metali. Dlatego w praktyce obsługi pieców starają się dobrać optymalne natężenie przepływu powietrza A.

Kontrola A przeprowadzane dwoma metodami. Za pomocą jednego z nich mierzy się zużycie paliwa i powietrza oraz określa się a na podstawie wcześniej obliczonych tabel, jednak metoda ta nie pozwala na uwzględnienie powietrza wchodzącego do pieca przez okna robocze i nieszczelności w murze pieców. Dlatego też okresowo sprawdza się natężenie przepływu powietrza na podstawie składu produktów spalania za pomocą analizatorów gazów. Analiza chemiczna określa zawartość RO2, CO, H2, CH4 i O2 w produktach spalania, a następnie korzystając ze wzoru S.G. Troiby wyznacza a:

? = 1+ Chata UO 2/?RO 2 .

Tutaj nadmiar O 2 = O 2 – 0,5CO – 0,5H 2 – 2CH 4 to zawartość nadmiaru tlenu.

RO 2 = RO 2 + CO + CH 4 +…,%;

U– współczynnik zależny od rodzaju paliwa.

Do oleju opałowego Ty= 0,74, dla gazu ziemnego – 0,5.

Spójrzmy na przykłady.

Zadanie.

Określić A, jeśli RO 2 14%, CO 4%, CH 4 0,5%; H2 1%, O2 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. Zużycie energii

Niektóre przepisy z zakresu termicznej eksploatacji pieców można wyprowadzić wprost z klasycznej termodynamiki procesów odwracalnych.

Przez pracę cieplną pieca rozumie się ogół zachodzących w nim procesów cieplnych, których ostatecznym celem jest zakończenie tego lub innego procesu technologicznego.

Wyobraźmy sobie piec jako połączenie stref procesu technologicznego ZHT i wytwarzania ciepła ZHT, chronionych przed środowiskiem murem (okładziną) K. Materiał M koncentruje się w strefie procesu technologicznego Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki, co następuje równanie można zapisać:

Q, co? K.I.E =Q M + Q k

Gdzie P e– moc wprowadzona, W/kg;

? K.I.E– współczynnik zużycia energii w przestrzeni roboczej pieca;

Q M, Q k– odpowiednio moc pochłaniana przez materiał M i murarskie DO, W/kg.

Wszystkie wartości w równaniu (1) odnoszą się do 1 kg masy materiału M.

Współczynnik wykorzystania energii ? K.I.E zależy przede wszystkim od rodzaju energii. W ten sposób energia elektryczna może zostać całkowicie zamieniona na ciepło pochłonięte przez materiał (użyteczne), a zatem mur ? K.I.E= 1. Jeżeli w piecach wykorzystywana jest energia paliw chemicznych, współczynnik wykorzystania energii ? K.I.E zawsze mniej niż jeden. W piecach paliwowych współczynnik ten nazywa się współczynnik wykorzystania ciepła? ZESTAW Współczynnik charakteryzuje najważniejsze pojęcie efektywności energetycznej w określonych warunkach. Ogólnie wartość bkie można zapisać w następujący sposób:

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

Gdzie Pytanie 3– moc, która w postaci ciepła chemicznego i fizycznego fazy gazowej wykracza poza przestrzeń roboczą pieca, W/kg.

Ogrom ? K.I.E determinowana jest z jednej strony kompletnością spalania paliwa przy danym współczynniku zużycia tlenu, czyli szybkością mieszania paliwa z tlenem, a co za tym idzie doskonałością procesów wymiany masy. Z drugiej strony wartość ? K.I.E zależy od temperatury gazów opuszczających piec, czyli od doskonałości procesów wymiany ciepła.

Sprawność energii cieplnej i chemicznej zależy od zadanych warunków procesu technologicznego oraz organizacji procesów wymiany ciepła i masy, dlatego stanowi wielkość, której wartości nie można znaleźć wykorzystując termodynamikę procesów odwracalnych, gdyż jest ona związana z kinetyką przenikanie ciepła i masy.

9. Temperatura i warunki termiczne

Energia wewnętrzna układu składa się z energii kinetycznej i potencjalnej. Energia kinetyczna– energia przypadkowego ruchu atomów i cząsteczek, energia potencjalna – energia ich wzajemnego przyciągania i odpychania.

Zgodnie z kinetyczną teorią gazów (prawo Maxwella-Boltzmanna) termodynamiczne pojęcie temperatury równowagi dla gazu doskonałego można rozszyfrować za pomocą równania:

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

Gdzie E s– energia N cząstki o masie m w wąskim zakresie prędkości;

N– liczba Avogadro;

R– stała gazowa.

Temperatura efektywna to pewna warunkowa (obniżona) temperatura części grzewczej pieca, przy której ta sama gęstość strumienia ciepła promieniowania do powierzchni grzewczej jest zapewniona tylko z części grzewczej pieca, która faktycznie znajduje się w piecu o którym mowa.

Rzeczywiste temperatury płomienia (grzejnika) i wewnętrznej powierzchni okładziny zależą od temperatury powierzchni grzewczej i wydzielanego ciepła, a ogólnie także od umiejscowienia w piecu i czasu. Zmiany tych wartości wzdłuż długości pieca i w czasie T = fa(l, t) charakteryzuje reżim temperaturowy pieca.

Ilość wytworzonego ciepła wyrażona w watach nazywana jest mocą cieplną Q T.M. . W trybie stacjonarnym moc cieplna jest wartością stałą, niezależną od czasu ( Q T.M. = stała). W trybie niestacjonarnym Q T.M. = F(T). Czasami nazywa się stosunek maksymalnej mocy cieplnej do mocy średniej współczynnik wzmocnienia:

Ф = ( Q T.M.) max /( Q T.M.) rozdz

Jeżeli do oznaczenia czasu trwania operacji technologicznej użyjemy Dt:

(Q T.M. ) śr = Q? /? T.

Kombinacje temperatury i reżimów termicznych.

1. Prawie stała temperatura i warunki termiczne w czasie

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

2. Zmienna temperatura i stałe reżimy termiczne w czasie

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

3. Zmienna w czasie temperatura i reżimy termiczne

(T n (t) = stała; Q T.M. (t) = const), na przykład studnie grzewcze na wlewki.

4. Temperatura stała w czasie i zmienne reżimy termiczne

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

10. Bilans cieplny. Przychodzące pozycje bilansu

Czasami nazywa się bilans cieplny sporządzany w krótkich okresach czasu natychmiastowy. Natychmiastowe przypisanie salda– wyjaśnienie dynamiki energochłonności procesu technologicznego, jeżeli proces przebiega w niestacjonarnych warunkach termicznych (piece wsadowe).

Dla pieców wsadowych sporządzenie bilansu cieplnego różni się tym, że wszystkie pozycje bilansu cieplnego zmieniają się w czasie (dla pieców ciągłych są one stałe w czasie), dlatego też sporządzając bilans za pewien okres czasu należy wziąć pod uwagę wartości średnie dla określonego okresu. Drugą cechą jest obecność w wyrobie utraty ciepła elementu do akumulacji ciepła przez mur Qakk, który może mieć inny znak: dodatni, gdy temperatura w piecu wzrasta, i ujemny, gdy maleje w trakcie procesu technologicznego.

W większości przypadków równania bilansu cieplnego rozwiązuje się w odniesieniu do zużycia paliwa B.

Przy badaniu pracujących pieców zwykle stosuje się odwrotne bilanse ciepła, w tym chwilowe. Odwrotne równania bilansu cieplnego są zwykle rozwiązywane w odniesieniu do ciepła użytecznego Qm i służą do jego znalezienia w oparciu o eksperymentalne ustalenia wszystkich pozostałych pozycji bilansowych.

Sporządzając bilans cieplny należy zadbać o to, aby wszystkie wielkości wejściowe i wyjściowe wykorzystywane w bilansie cieplnym były brane pod uwagę w granicach tej części obiektu, dla której sporządzany jest bilans cieplny. Aby uniknąć ewentualnych błędów w wyborze wartości do sporządzenia bilansu cieplnego, wygodnie jest skorzystać ze schematu odpowiedniego obiektu. Na tym schemacie należy narysować kontury pomocnicze, które w odpowiednich miejscach przecinają linie przepływu materiału.

Pozycje bilansowe można wyrazić w ilości ciepła w dżulach w określonym czasie lub w odpowiadających im wartościach mocy cieplnej.

Przychodzące pozycje bilansu

1. Energia chemiczna paliwa Q XT lub energia elektryczna Q e. Jeśli W– zużycie paliwa, kg/s lub m 3 /s, oraz Q p H – ciepło jego spalania, wówczas:

Q XT = W Q p H

2. Ciepło wprowadzone przez ogrzane paliwo, Q FT.

3. Powstały efekt termiczny reakcji chemicznych zachodzących w procesie technologicznym, Q TECHN. Jeżeli efekt jest ujemny, wówczas pozycja ta zostaje przeniesiona na stronę kosztową bilansu.

4. Ciepło wprowadzone przez powietrze wprowadzone do spalania paliwa do celów technologicznych, Q PV, w.

5. Ciepło wprowadzone przez nagrzany wsad stały i ciekły, Q FM.

11. Pozycje kosztów bilansu

1. Ciepło stałych i ciekłych produktów procesu technologicznego Q FP

2. Ciepło gazów spalinowych (chemicznych i fizycznych), w tym gazowych produktów procesu technologicznego i powietrza zasysanego z atmosfery, Q yx.

3. Straty ciepła (ogółem) na skutek mechanicznego podpalenia przez mur (przewodzenie i akumulacja ciepła), promieniowanie przez otwory z wodą chłodzącą Q pot.

Podsumowując pozycje bilansowe przychodzące i wychodzące, zrównując te kwoty, otrzymujemy równanie bilansu cieplnego, które jest równie ważne dla każdej klasy i rodzaju pieca i oczywiście nie wszystkie pozycje w każdym konkretnym bilansie mogą mieć miejsce:

Q XT + Q ie + Q FT ± Q TECH + Q FB + Q FM = Q FP + Q yx + Q pot

Prawa strona równania przedstawia użytecznie wykorzystane ciepło qm, a lewa strona przedstawia jego wyrażenie poprzez wielkości termotechniczne, które są stosunkowo łatwe do zmierzenia w warunkach praktycznych.

Stosunek ciepła użytego użytecznego do ciepła dostarczonego z paliwem i powietrzem nazywany jest współczynnikiem wykorzystania ciepła użytecznego:

? KPT = Q M /(Q XT + Pytanie FT + Q ФB).

Wartość ta jest podobna do wydajności, koncepcji stosowanej przy ocenie wydajności maszyn i mechanizmów. Współczynnik wykorzystania ciepła użytecznego charakteryzuje efektywność pracy cieplnej pieca i pozwala porównać efektywność energetyczną różnych pieców. Załóżmy, że liczby wody W (liczba wody W jest równa iloczynowi pojemności cieplnej i masowego natężenia przepływu) produktów spalania i substancji wyjściowych (paliwa i powietrza) spalania są równe, a następnie podstawiając qyx do równania bilansu cieplnego i dzieląc przez W, otrzymujemy:

Gdzie ? wieloryb. – współczynnik efektywności paliwowej;

Gdzie T teoria iT dla teoria– teoretyczna temperatura spalania paliwa bez i z uwzględnieniem ciepła fizycznego paliwa i powietrza do spalania; Т agr х – temperatura spalin z agregatu.

Ponieważ T agr. uh i O w. pot jest stosunkowo niski, do tego stopnia, że ​​teoretyczna temperatura spalania przy podgrzewaniu powietrza pod wpływem ciepła spalin zależy (przy danej teoretycznej temperaturze spalania paliwa w zimnym powietrzu) ​​od współczynnika wykorzystania ciepła w przestrzeni roboczej paleniska:

12. Termodynamiczne zasady analizy i projektowania pieców

Analiza pracy pieców z punktu widzenia termodynamiki pozwala ustalić pewne ogólne zasady charakteryzujące końcowe wyniki pracy pieców.

Zastosowanie pierwszej i drugiej zasady termodynamiki pozwala na ocenę wyników energetycznych jedynie zakończonego procesu wymiany ciepła lub określonych elementów takiego procesu, a jednocześnie nie pozwala na określenie produktywności urządzeń cieplnych oraz, w szczególności piece.

Ocena energetyczna pozwala ocenić kompletność wykorzystania energii w danym urządzeniu cieplnym i nie mówi nic o wydajności przekazywanej energii. Przeciwnie, ocena egzergii pozwala ocenić bezpowrotne straty energii, cechy jakościowe przekazywanej energii, a nie pozwala ocenić kompletności wykorzystania energii w danym urządzeniu.

Przy tym samym zużyciu energii proces wymiany ciepła jest w zasadzie tym efektywniejszy, im wyższa jest temperatura ośrodka odbierającego ciepło, gdyż utrata energii jest mniejsza. Przy tej samej egzergii czynnika grzewczego zużycie energii w urządzeniu cieplnym pogarsza się wraz ze wzrostem wymaganej ze względów technologicznych temperatury powierzchni grzewczej. Im wyższa wymagana temperatura powierzchni grzewczej, tym wyższa powinna być egzergia czynnika grzewczego i tym wyższe są wymagania dotyczące jakości paliwa i warunków jego spalania. Natomiast przy niskiej temperaturze powierzchni grzewczej lub ogrzewanego czynnika zastosowanie czynnika grzewczego o dużej egzergii jest niepraktyczne, gdyż w dalszym ciągu zachodzi proces deprecjacji energii.

Piece są obliczane i projektowane tak, aby osiągnąć najwyższą możliwą efektywność energetyczną ? k i e.

Aby uzyskać maksimum ? wieloryb agrigatowy ? Zestaw obszaru roboczego musi mieć jakąś optymalną, ale nie maksymalną wartość.

Ocena paliw poprzez obliczenie możliwych wartości ? wieloryb. instalacji w różnych warunkach spalania paliwa jest bardzo ważne dla projektowania pieców i ustalenia racjonalnych sposobów ich pracy.

13. Wymagania dotyczące palnika pieców martenowskich

Kontury aerodynamiczne– jest to geometryczne położenie punktów, w których prędkości strumieni zbliżają się do zera. Obrysy spalania wyznacza wielkość niedopalenia chemicznego paliwa, natomiast współrzędną podłużną odpowiadającą długości konturu spalania jest długość płomienia Lf.

Aby ułatwić matematyczny opis procesów spalania w palniku i ich obliczenia, warto ustalić minimalną wartość podpalenia, która charakteryzowałaby obrys palnika i jego długość. Aby ujednolicić tę wielkość, liczba ta powinna wynosić 0,5% CO lub wartość odpowiadającą q 3. Dla paliw wysokokalorycznych (takich jak olej opałowy, gazy ziemne i koksownicze) wartość 0,5% CO w produktach spalania przy A=1 odpowiada stracie ciepła q з =1,3-1,8%. Dlatego do oszacowania długości płomienia tych paliw można przyjąć wartość około 2% (uwzględniając pewną ilość wodoru w produktach spalania).

Długość palnika. Z reguły piec martenowski wymaga krótkiego palnika. W okresie napełniania jego widoczna część powinna kończyć się mniej więcej pośrodku przestrzeni roboczej pieca, a w okresie zakończenia zaleca się wydłużenie palnika tak, aby zajmował 3/4 długości wanny. Zawsze jednak konieczne jest, aby ostatnie okienko napełniania na drodze palnika było czyste i nie było na nim śladów wypalania się paliwa.

Kształt pochodni. W piecach martenowskich kształt palnika ma ogromne znaczenie. Ważne, aby była płaska – zakrywała wannę tak, aby nie dotykała przedniej i tylnej ściany oraz znajdowała się jak najdalej od głównego łuku, czyli według obserwacji wizualnych powinna być cienka i pozbawiona wystających elementów. Ten rodzaj pochodni jest zwykle nazywany płaski i twardy.

Dlatego do ogrzewania pieców martenowskich potrzebne są specjalne dysze. Kąt nachylenia dyszy do lustra wanny należy dobrać tak, aby zapewnić wymagany kształt palnika i aby jego odkształcenie nie nastąpiło nadmiernie.

Wielkość pochodni i jej kształt często ocenia się na podstawie topografii zniszczenia muru pieców martenowskich (sklepienia i ściany). Z reguły lokalne zniszczenie następuje wzdłuż konturu pochodni.

Charakterystyka prędkości. Oczywiście, aby zapewnić płaskość i sztywność palnika, jego właściwości aerodynamiczne muszą być odpowiednio wysokie, tj. początkowa prędkość wypływu strumienia z dyszy oraz prędkość rozszerzania się palnika w pobliżu wanny na całej jego długości muszą być na tyle duży, aby pochodnia nie oddzieliła się od wanny i nie podniosła jej do łuku.

Charakterystyka prędkości określa zarówno długość palnika, jak i jego zdolność utleniającą. Dodatkowo odzwierciedlają stopień bezpośredniego mechanicznego oddziaływania palnika na kąpiel paleniskową, co jest niezbędne do ograniczenia pienienia i poprawy wrzenia kąpieli.

14. Zdolność utleniająca, charakterystyka radiacyjna palnika

Zdolność utleniania. Przebieg procesów bardzo ważnych dla technologii, w szczególności procesu utleniania węgla, w dużej mierze zależy od organizacji palnika w piecu martenowskim. Procesy utleniania zanieczyszczeń kąpieli determinowane są głównie procesami przenoszenia masy, jak pokazano w literaturze technicznej.

Aby zintensyfikować wymianę ciepła w przestrzeni roboczej pieców martenowskich (zwłaszcza wielkogabarytowych, pracujących na ciekłym żeliwie), należy podjąć wszelkie działania mające na celu przyspieszenie realizacji energii chemicznej zanieczyszczeń kąpieli i dopalania tlenku węgla bezpośrednio na powierzchnię wanny. Proces ten ma charakter samoprzyspieszający: stworzenie warunków intensywnego spalania zapewnia wrzenie kąpieli, co z kolei sprzyja przenoszeniu ciepła i tlenu z atmosfery pieca do kąpieli. Dlatego też każda poprawa dopływu powietrza ogrzanego w regeneratorach do powierzchni kąpieli stwarza warunki do przyspieszenia wytapiania. Transfer masy można zintensyfikować tworząc krótki i skierowany palnik oraz stosując wzmacniacze. Nie można zapominać o konieczności odpowiedniego rozprowadzenia ciepła i utleniacza po powierzchni kąpieli, aby kąpiel wrzała równomiernie i bez spieniania żużla. Wymaganie to można spełnić dobierając latarkę o odpowiedniej długości i zapewniając jej odpowiednią charakterystykę radiacyjną, co oczywiście nie jest możliwe bez możliwości sterowania palnikiem.

Charakterystyka promieniowania. Pochodnia pieca martenowskiego musi być jasna, to znaczy mieć możliwie najwyższy stopień czerni (w odpowiednio wysokiej temperaturze). Zasada ta, nie budząca wątpliwości w warunkach praktycznych, była co pewien czas kwestionowana w teorii, począwszy od prac E. K. Wensthroma. Za każdym razem jednak wyniki badań i doświadczenia eksploatacyjne pieców obalają takie wątpliwości, jak np. miało to miejsce w ostatnim czasie przy przebudowie pieców martenowskich na ogrzewanie gazem ziemnym i zasilaniu ich lekkim olejem opałowym. Oczywiste jest, że łącząc dwa ostatnie wymagania dotyczące palnika („krótkiego”, a jednocześnie „świetlistego”), istnieje pewna sprzeczność, ponieważ im szybciej zachodzą procesy mieszania paliwa z powietrzem i procesy spalania, tym mniej powstają możliwości uwolnienia cząstek zawierających węgiel, które zapewniają jasność pochodni.

Badania teoretyczne mają właśnie pomóc projektantom i pracownikom produkcyjnym w znalezieniu najskuteczniejszego palnika. Ponieważ o intensywności procesów wymiany ciepła i masy oraz o żywotności pieca w dużej mierze decyduje długość palnika, badacze poszukiwali przede wszystkim odpowiedzi na najważniejsze pytanie: jaka jest długość palnika i od jakich czynników jest ona zależna.

15. Badania termotechniczne pieców martenowskich

Poszukując nowych metod ogrzewania pieców martenowskich olejem opałowym prowadzono badania termotechniczne oraz badano zachowanie się siarki w przestrzeni roboczej pieca. Badano piec gazowo-olejowy, piece opalane olejem opałowym rozpylanym w przestrzeni roboczej oraz piece opalane zgazowanym olejem opałowym.

Podczas prowadzenia badań termotechnicznych piece ogrzewano głównie lekkimi olejami opałowymi o niskiej lepkości, pochodzącymi z południowych rafinerii ropy naftowej. W okresie wykańczania wszystkie piece utrzymywały to samo obciążenie cieplne: zużycie oleju opałowego wynosiło 2400 kg/h, a k = 1,3.

Aby kontrolować kompletność osadzania się sadzy, za głównym filtrem z waty szklanej zainstalowano pochłaniający filtr z wełny.

Temperaturę gazu w przęśle gazowym (w odległości 150 mm przed wyjściem gazu z kesonu) mierzono za pomocą termopary bagnetowej wolframowo-rammolibdenowej zamontowanej w obudowie chłodzonej wodą. Złącze robocze termopary zabezpieczono końcówką kwarcową.

Badania właściwości radiacyjnych pochodni rozpoczęto od pomiaru temperatur radiacyjnych pochodni i muru na całej długości przestrzeni roboczej pieca. W tym celu wykorzystaliśmy pirometry całkowitego promieniowania RAPIRA z teleskopami TERL-50. Na stałe zainstalowano pięć pirometrów, które kierowano na palnik poprzez chłodzone wodą dysze zamontowane w tylnej ścianie pieca. Zainstalowanie pirometrów na tylnej ścianie pieca umożliwiło prowadzenie doświadczeń podczas całego procesu topienia.

Do pomiaru strumieni ciepła wykorzystano sondę termiczną VNIIMT, którą wprowadzano do przestrzeni roboczej pieca przez wzierniki okien zasypowych.

W celu pełniejszego zbadania charakterystyki radiacyjnej pochodni określono ich stopień czerni i temperaturę Schmidta. Wielkie ilości vf wyznaczane w czterech punktach na długości przestrzeni roboczej pieca.

Strumienie ciepła mierzono za pomocą pirometru radiacyjnego kąta ostrego.

Podczas kalibracji radiometru końcowego, jednocześnie z określeniem wartości momentu wyłączenia oleju opałowego, pobierano próbki gazu z przestrzeni roboczej pieca. Analiza chemiczna tych próbek wykazała, że ​​składniki pochłaniające atmosferę pieca nie mogą mieć zauważalnego wpływu na wyniki kalibracji (zawartość CO 2<0,1%).

Charakter zależności TC i PM od wskazań radiometru okazał się w przybliżeniu taki sam dla wszystkich badanych pieców.

16. Badanie charakterystyki radiacyjnej latarki

Temperatura spalania palnika:

Gdzie L R f.k.– długość płomienia M;

X– wilgotność oleju opałowego, kg/kg.

Otrzymywany przez ogrzewanie pieców zgazowanym olejem opałowym.

Na piecach ogrzewanych zgazowanym olejem opałowym uzyskuje się wysokie wartości wf. Można to wytłumaczyć intensywną emisją sadzy podczas krakingu oksydacyjnego oleju opałowego, a także większą grubością warstwy promieniującej palnika. W pierwszej połowie przestrzeni roboczej pieca stopień emisyjności mieści się w przedziale e f = 0,7-0,95 i zmienia się stosunkowo nieznacznie na długości palnika. W pobliżu środka przestrzeni roboczej gwałtownie maleje i pod koniec osiąga najniższe wartości ( mi f = 0,13-0,18).

Wyraźnie zauważalny wpływ rodzaju oleju opałowego na charakterystykę radiacyjną pochodni zaobserwowano w dwukanałowym piecu na olej opałowy. Wzrostowi lepkości oleju opałowego towarzyszył wzrost wartości ef na całej długości pieca. Zatem przy spalaniu oleju opałowego gatunku 40 przy drugim oknie napełniania wzdłuż pochodni wartość ta wynosi e f = 0,67, a przy spalaniu oleju opałowego gatunku 80 e f = 0,76. Wraz ze wzrostem numeru gatunku oleju opałowego wzrasta również przenikanie ciepła.

Trwałość pieca jest również powiązana z lepkością oleju opałowego, ponieważ wraz ze wzrostem lepkości spada maksymalna temperatura płomienia na końcu przestrzeni roboczej.

Z obserwacji wizualnych wynika, że ​​podczas ogrzewania pieca olejem opałowym o dużej lepkości jasność palnika utrzymuje się aż do 2/3 długości przestrzeni roboczej, żużel pieni się znacznie mniej, a metal szybciej się nagrzewa.

Podczas ogrzewania pieca dwukanałowego olejem opałowym gatunku 80 jako natrysk stosowano parę przegrzaną pod ciśnieniem 11 atm i sprężone powietrze pod ciśnieniem 5,5-6,0 atm. W przypadku rozpylania oleju opałowego powietrzem sprężarkowym zaobserwowano nieznaczny wzrost stopnia zaczernienia palnika oraz q fc.

Wyniki badań pracy cieplnej pieców pozwalają na wyciągnięcie następujących wniosków:

1) skład i temperaturę półgazu oleju opałowego określa wartość współczynnika zużycia powietrza pierwotnego podczas zgazowania oleju opałowego; jego optymalna wartość to 1 około 0,4;

2) przy stosowaniu olejów opałowych lekkich i o niskiej lepkości największe wartości strumieni ciepła absorpcji ciepła padających na wannę, duże wartości u nasady palnika i w pierwszej połowie pieca, a najniższe wartości ​​w pobliżu głowicy czyszczącej uzyskano dla pieców ogrzewanych zgazowanym olejem opałowym;

3) przy spalaniu ciężkiego oleju opałowego różnica występuje zarówno w wartościach bezwzględnych, jak i względnych.

17. Podstawowe parametry termodynamiczne stanu gazowego

Ciśnienie

R– miara siły działającej na powierzchnię jednostkową:

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

gdzie DS -> 0; ?Fn – siła skierowana prostopadle do powierzchni.

Konkretna objętość

V jest odwrotnością gęstości R substancje:

v = 1 / r = dV / dm,

Gdzie dV– nieskończenie mały element objętościowy;

dm– masa substancji.

Kret

Nazywa się ilość substancji, która zawiera liczbę cząsteczek równą liczbie atomów zawartych w 12 g izotopu węgla 12 C modlimy się.

Liczba Avogadro

NIE= 6,02 godz. 10 23 mol -1. Wartość wymagana do obliczeń. Pokazuje, ile cząsteczek zawiera jeden mol dowolnej substancji.

Masa molowa

M– masa jednego mola:

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

Gdzie NIE– liczba Avogadro;

M– masa cząsteczkowa.

Masa molowa [M] = kg/mol i objętość molowa = m 3 /mol.

Objętość jednego mola – objętość molowa:

V M = M / r

Gdzie M– masa molowa;

R– gęstość substancji.

Wzory określające liczbę moli substancji i liczbę cząsteczek substancji są następujące:

u= m /M= V/ V M ,

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

Temperatura

Zwyczajowo za miarę temperatury przyjmuje się średnią energię kinetyczną ruchu translacyjnego cząsteczek. Jeżeli dwa stykające się ciała nie wymieniają energii poprzez wymianę ciepła, można powiedzieć, że ciała te mają tę samą temperaturę i w układzie istnieje równowaga termiczna.

18. Stany ciała. Układ termodynamiczny. Proces adiabatyczny

Wyróżnia się trzy stany skupienia: stały, ciekły i gazowy.

Jeżeli parametry układu nie zmieniają się w czasie, wówczas możemy mówić o równowadze termodynamicznej układu.

Zbiór ciał i pól, które mogą wymieniać energię nie tylko między sobą, ale także ze środowiskiem zewnętrznym, nazywa się układem termodynamicznym. Jeżeli w układzie termodynamicznym następuje zmiana energii wewnętrznej, wówczas możemy mówić o pracy wykonanej przez ten układ oraz o wymianie ciepła pomiędzy częściami układu.

Parametry stanu termodynamicznego

Ciśnienie, temperatura, gęstość, stężenie, objętość układu są termodynamicznymi parametrami stanu.

Proces, w którym nie zachodzi wymiana ciepła pomiędzy układem a otoczeniem zewnętrznym nazywa się adiabatyczny. Pierwsza zasada termodynamiki w dQ = 0 wygląda tak:

C v dT + PdV= 0,

i kiedy brać pod uwagę dT= (PdV + VdP) / R

dP/ P= -gdV/ V,

Gdzie G– wskaźnik adiabatyczny;

R- ciśnienie;

V- tom.

Równanie to ma rozwiązanie w postaci:

PV g= stała

To się nazywa Równanie Poissona. Uwzględniając równanie Mendelejewa-Clayperona, równanie Poissona będzie wyglądać następująco:

Telewizja G-1 = stała,

T g p 1-g = stała.

Równania Poissona opisują kwazistatyczne procesy adiabatyczne. Sprężanie adiabatyczne powoduje nagrzewanie się gazu, natomiast rozprężanie adiabatyczne powoduje jego ochładzanie.

W przeciwieństwie do procesu izotermicznego, proces adiabatyczny charakteryzuje się szybszym spadkiem ciśnienia wraz ze wzrostem objętości. Praca wykonana przez gaz w procesie adiabatycznym jest zawsze mniejsza niż praca wykonana w procesie izotermicznym, jeśli przyjmiemy, że zmiana objętości jest taka sama w obu przypadkach. W procesie adiabatycznym istnieje zależność pracy od wykładnika adiabatycznego. Kierowniczy g -> 1, wartość pracy otrzymujemy podczas procesu izotermicznego, czyli nastąpi przejście adiabatyczne (Q = const) do izotermy (T= stała).

19. Proces politropowy

Proces nazywa się politropowy, jeśli założymy, że pojemność cieplna pozostaje stała. Pierwsza zasada termodynamiki przy C = const jest następująca:

(C– Cv)dT = PdV,

i kiedy brać pod uwagę dT= (PdV + VdP)/ R otrzymujemy następujący zapis:

ndV/ V= -dP/ P,

N= (C– PK)/ (C– CV),

Równanie ma rozwiązanie w postaci:

PVn= stała,

Gdzie P– ciśnienie gazu;

V– objętość gazu.

Proces politropowy charakteryzuje się częściową wymianą ciepła pomiędzy układem a środowiskiem zewnętrznym. Krzywa procesu politropowego znajduje się na wykresie PV pomiędzy izotermą (Г = const) a adiabatyczną ( Q= const) i nazywa się politrop. Biorąc pod uwagę równanie Mendelejewa-Clayperona, równanie politropowe będzie wyglądać następująco:

Telewizja nr-1 = stała,

T n P n-1= stała

Wyznaczmy pracę wykonaną przez gaz podczas procesu politropowego:

A 12 = (m / M)R(T 1 – T 2) / (n – 1),

Gdzie M– masa gazu;

M– masa molowa gazu;

R

N– indeks politropowy;

T 1 I T2– temperatury początkowe i końcowe.

Przypadek T 2 > T 1 i 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. Proces adiabatyczny: Z= 0, N= G= C/C i Pg = stała, du= C przeciwko dT= -dA, d/ = C p dT= -gdA.

2. Proces izotermiczny: Z= `, n =1 i PV = const, T = const, dA= PdV, du= 0, dl = 0, dQ= dA.

3. Proces izobaryczny: do = do p, rz= 0 i V/T = stała, R= stała, dA = PdV, dU = C V dT, dl= du+ PdV= dQ = C p dT.

4. Proces izochoryczny: C = C, rz= Ć i P/T= stała, V= stała, dA= 0, du= C V dT = dQ, dl = dU + PdV = C p dT.

20. Ciepło

Ciepło jest procesem zmiany energii wewnętrznej przy stałych parametrach zewnętrznych h = = const. Ciała mogą przekazywać sobie energię bezpośrednio w kontakcie lub poprzez jej promieniowanie. Ciepło nazywa się mikroskopijną przemianą energii. O procesie wymiany ciepła decyduje praca wykonywana przez cząsteczki podczas chaotycznego ruchu termicznego. Ilość ciepła ma następujący wymiar w SI: [Q]= J. Używają także jednostek ciepła - kalorie, 1 cal = 4,1868 J. Jeśli ciało biorące udział w procesie otrzyma pewną ilość ciepła, to jest to napisane ze znakiem plus, a jeśli odda, to ilość ciepła ciepło ma znak minus.

Wzór na określenie elementarnej ilości ciepła przekazanej ciału w celu zmiany jego temperatury:

dQ= CDT,

Gdzie Z– pojemność cieplna ciała.

Z= dQ/dT.

Fizyczne znaczenie pojemności cieplnej- jest to wartość równa ilości ciepła, jaką należy przekazać ciału, aby jego temperatura zmieniła się o 10K. Pojemność cieplna Z zależy od masy ciała, jego składu chemicznego i stanu termodynamicznego.

Pojęcie pojemności cieplnej obejmuje pojęcia pojemności cieplnej właściwej i molowej. Nazywa się pojemność cieplną na jednostkę masy substancji pojemność cieplna właściwa. W przypadku ciała jednorodnego jest ono równe:

c = C/M

Gdzie M– masa gazu.

Nazywa się pojemność cieplną jednego mola substancji pojemność cieplna molowa lub molekularna(oznaczone Z). Ciepło molowe i właściwe są powiązane zależnością:

c = C/M,

Gdzie M– masa molowa substancji.

W SI ciepło właściwe i molowe mają następujące wymiary: [s] = J/kgK, [C] = J/molK.

Pojęcie pojemności cieplnej obejmuje dwa rodzaje pojemności cieplnej: przy stałej objętości i przy stałym ciśnieniu. Pojemność cieplną (właściwą i molową) przy stałej objętości wyznacza się poprzez ogrzewanie ciała w temp V= const i jest oznaczone przez c w i C w. Pojemność cieplną (właściwą i molową) przy stałym ciśnieniu wyznacza się poprzez ogrzewanie ciała w temp R= const i jest oznaczone ze str i C str

21. Praca

Praca to proces zmiany energii wewnętrznej pod wpływem zmian parametrów zewnętrznych, gdy dQ= 0. Praca podstawowa to praca wykonana przez układ podczas nieskończenie małego rozszerzania kwazistatycznego, w wyniku którego objętość układu wzrasta o dV:

dA= Fdx = PSdx = PdV,

Gdzie Sdx= dV– przyrost objętości;

S– pole powierzchni prostopadłej, na którą działa siła F;

R- ciśnienie.

Wyidealizowany proces, w którym układ może przejść z jednego stanu równowagi do innego stanu równowagi, nazywa się quasi-statyczny. Cechą charakterystyczną procesów quasi-statycznych jest zrównanie wewnętrznego ciśnienia gazu z ciśnieniem zewnętrznym: P = P", i d A"= -dA= -P"dV– działanie sił zewnętrznych. W przypadku procesu skończonego pracę całkowitą można obliczyć w następujący sposób:

wówczas praca A 12 nie zależy od stanów początkowych i końcowych układu, a jest zdeterminowana sposobem przejścia układu z jednego stanu do drugiego. Praca nie jest funkcją stanu.

W przypadku, gdy układ ma kilka stopni swobody, a jego stan wewnętrzny wyznaczają parametry zewnętrzne x rz i temperatura T, System wykona elementarne prace na ciałach zewnętrznych:

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

gdzie x 1 ,x 2 ,…,x n są funkcjami parametrów zewnętrznych stanu układu x (siły uogólnione). Jeżeli zmiany temperatury w środowisku zewnętrznym nie mają żadnego wpływu na stan systemu, wówczas zwykle nazywa się taki system izolowane adiabatycznie. Energię wewnętrzną układu izolowanego adiabatycznie można określić jako pewną funkcję stanu Ty, Co więcej, przyrost tej funkcji musi być równy pracy wykonanej nad systemem podczas przejścia ze stanu początkowego do stanu końcowego, niezależnie od ścieżki:

A 12 = U 2 - U 1,

Gdzie U 2 I U 1– energie wewnętrzne układu w stanach 2 i 1.

22. Prawo Boyle’a-Mariotte’a

Jedno z praw gazu doskonałego brzmi prawo Boyle’a-Marriotta, co brzmi: iloczyn ciśnienia P na objętość V gaz przy stałej masie gazu i stałej temperaturze. Ta równość nazywa się równania izoterm. Izoterma jest przedstawiona na wykresie PV stanu gazu w postaci hiperboli i, w zależności od temperatury gazu, zajmuje jedną lub drugą pozycję. Proces trwa T= stała, zwana izotermiczny. Gaz o godz T= const ma stałą energię wewnętrzną U. Jeśli gaz rozszerza się izotermicznie, wówczas całe ciepło zostaje oddane na wykonanie pracy. Praca, jaką wykonuje gaz podczas izotermicznego rozszerzania się, jest równa ilości ciepła, jaką należy mu dostarczyć, aby mogło ono nastąpić:

dA= dQ= PdV,

gdzie D A– praca podstawowa;

dV- objętość podstawowa;

P- ciśnienie. Jeśli V 1 > V 2 i P 1< P 2 , то газ сжимается, и работа принимает отрицательное значение. Для того чтобы условие T= const została spełniona, należy założyć, że zmiany ciśnienia i objętości są nieskończenie powolne. Istnieje również wymóg dotyczący środowiska, w którym znajduje się gaz: musi on mieć odpowiednio wysoką pojemność cieplną. Wzory obliczeniowe sprawdzają się także w przypadku zasilania układu energią cieplną. Ściśliwość Nazywa się właściwość gazu polegającą na zmianie objętości pod wpływem zmiany ciśnienia. Każda substancja ma współczynnik ściśliwości, i jest równe:

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

tutaj pochodna jest brana pod uwagę T= stała

Aby scharakteryzować zmianę objętości wraz ze zmianą ciśnienia, wprowadza się współczynnik ściśliwości. Dla gazu doskonałego jest to równe:

c = -1 / P.

W SI współczynnik ściśliwości ma następujący wymiar: [c] = m 2 /N.

23. Prawo Gay-Lussaca

Prawo Gay-Lussaca stwierdza: stosunek objętości gazu do jego temperatury przy stałym ciśnieniu gazu i jego masy jest stały.

V/ T= M/ M O R/ P= stała

Na P= stała, M= stała

Ta równość nazywa się równania izobarowe.

Izobara jest przedstawiona na wykresie PV linią prostą równoległą do osi V. Proces trwa P= stała, zwana izobaryczny. Jeśli V 1 I T 1– początkowe i V 2 I T2 są skończoną objętością i temperaturą, wówczas zachodzi równość:

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

Pracę wykonaną przez gaz podczas rozprężania można łatwo obliczyć, obliczając pole trójkąta na wykresie PV:

A12 = PDV= M/ M O RDT,

gdzie DV= V 2 – V 1 – zmiana głośności;

DT = T 2 – T 1 – zmiana temperatury.

Na diagramie VT izobara jest przedstawiona jako linia prosta rozciągająca się od początku układu współrzędnych. Prawo Gay-Lussaca można zapisać w następującej formie:

V= V 0 (1+ avt),

Gdzie V– objętość w temp T, liczony od 0 o C;

V 0– objętość gazu doskonałego w temperaturze T 0= 273,j6 K.

podaj ilość:

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

W ogólnym przypadku dowolnej substancji współczynnik rozszerzalności objętościowej definiuje się jako:

A= 1 / VO/ (dV/dT) str. .

Współczynnik rozszerzalności objętościowej gazu doskonałego jest równy:

A= 1/ T.

Jeśli T= 0 o C, wtedy a =a V

W przypadku gazów rzeczywistych prawo Gay-Lussaca nie obowiązuje w obszarze niskich temperatur (tj. W pobliżu zera absolutnego). Po ochłodzeniu do zera absolutnego wszystkie gazy z wyjątkiem helu ulegają skropleniu.

24. Prawo Charlesa

Prawo Charlesa stwierdza, że ​​stosunek ciśnienia gazu do jego temperatury jest stały, jeśli objętość i masa gazu są stałe:

P/ T= M/ M O R/ V= stała

Na V= stała, M= stała

Ta równość nazywa się równania izochorowe.

Izochora jest przedstawiona na diagramie PV jako linia prosta równoległa do osi P, a na diagramie PT jest to linia prosta rozciągająca się od początku układu współrzędnych. Proces trwa V= stała, tzw izochoryczny. Charakterystyczną cechą procesu izochorycznego jest to, że gaz V= const nie działa. Kiedy do gazu dostarczana jest energia cieplna, jego energia wewnętrzna wzrasta w wyniku dostarczonego ciepła:

DU = M/ M O Cv DT

Gdzie M– masa molowa;

CV– molowa pojemność cieplna;

DT = T 2 – T 1 – zmiana temperatury.

Jeżeli P 1 i T 1 są początkowe, a P 2 i T 2 to końcowe ciśnienie i temperatura, to:

P 1 / T 1 = P 2 / T 2

Prawo Charlesa można zapisać w następującej formie:

P. = P 0 (1 + a p t)

Gdzie R– ciśnienie w temperaturze t mierzone od 0 o C;

P 0– idealne ciśnienie gazu w temperaturze Т0=273,16 K.

współczynnik temperaturowy zmiany ciśnienia, lub po prostu współczynnik ciśnienia termicznego, nazywany jest następującym parametrem:

za р = Р / Р 0 T = 1 / T 0 .

25. Równanie stanu gazu doskonałego

Równanie stanu gazu doskonałego opisuje zależność pomiędzy jego temperaturą i ciśnieniem. Od ciśnienia gazu doskonałego w układzie zamkniętym P= 1/3 O mn , P= nkT, wówczas równanie gazu doskonałego będzie wyglądać następująco:

P = NkT,

Gdzie N– liczba cząsteczek zawarta w objętości V.

PV = m/ M x NkT,

PV= M/ M x RT,

Gdzie M– masa molowa;

Nie– liczba Avogadro;

k– stała Boltzmanna;

R– uniwersalna stała gazowa.

Nazywa się równość Równania Mendelejewa-Clayperona. W przypadku, gdy ilość substancji gazowej wynosi 1 mol, równanie Mendelejewa-Clayperona przyjmie postać PV = RT. Można rozważyć gaz doskonały, jeśli jego stan opisuje równanie Mendelejewa-Clayperona lub jedna z jego konsekwencji.

F(P, V, T 0) nazywa się równania stanu. Na wykresie PV zbiór stanów, w których t 0 = const jest przedstawiony w postaci hiperboli. Nazywa się zbiór hiperboli odpowiadających różnym temperaturom izotermy. Proces, w którym gaz przechodzi z jednego stanu w drugi, gdy t 0= stała, zwana izotermiczny.

Na wszelki wypadek P= const (1) istnieje liniowa zależność objętości określonej masy gazu od temperatury:

V= V 0 (1 + przy 0).

Reprezentuje prawo Gay-Lussaca. Podobnie dla V= stała:

P = P 0 (1 + o godzinie 0).

Z tych równań wynika, że ​​wszystkie izobary i izochory przecinają oś t 0 w jednym punkcie określonym na podstawie warunku 1 + o 0= 0. Rozwiązanie tego równania:

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

R= 8,31 h 10 3 J/(stopień h kmol) – uniwersalna stała gazowa.

PV = m/m x RT.

26. Uniwersalne równanie stanu gazu doskonałego

Stosunek masy M gaz (substancja) do ilości gazu (substancji) w ten system nazywa się masa molowa gazu (substancji):

M = m/ w.

Wymiar masy molowej jest następujący: [M]= 1 kg / 1 mol.

Wniosek z prawa Avogadra pozwala nam znaleźć stosunek określonych objętości:

v 2 / v 1 = M 1 / M 2

v 1 M 1 = M 2 v 2 .

Ostatni współczynnik odzwierciedla ważną kwestię właściwość gazu doskonałego: w tych samych warunkach fizycznych iloczyn objętości właściwej gazu i jego masy molowej jest wartością stałą, niezależną od charakteru gazu, tj. vM= ten sam. Praca vM reprezentuje objętość 1 mola gazu doskonałego, a ostatnia równość oznacza równość objętości molowych wszystkich gazów przy tych samych ciśnieniach i temperaturach.

Równanie stanu jednego mola gazu wygląda następująco:

PV m = MRT,

Gdzie MR = Rm= PV m/ T.

Produktem MR jest uniwersalna (molowa) stała gazowa. Fizyczne znaczenie uniwersalnej stałej gazowej jest takie, że jest to ra 26b więcej niż jeden mol gazu doskonałego przy zmianie temperatury o 1 o i stałym ciśnieniu procesu. Nie zależy to od rodzaju gazu. R= = 8,314/m. Równanie postaci

PV m = 8,314T

zwany uniwersalne równanie stanu.

Uniwersalne równanie stanu gazu doskonałego możemy rozważyć równanie Mendelejewa – Cliperona:

PV = uRT.

Jeśli utrzymasz stałą objętość i przyjmiesz ciśnienie gazu jako wskaźnik temperatury, możesz otrzymać termometr o idealnie liniowej skali. To się nazywa Skala temperatury gazu idealnego. Wygodnie jest przyjmować wodór jako substancję termometryczną. Skalę ustaloną dla wodoru nazywa się empiryczną skalą temperatury.

27. Podstawowe właściwości mieszanin gazowych

Nazywa się zbiór kilku różnych gazów, pomiędzy którymi nie można przeprowadzić interakcji chemicznej mieszanina gazów doskonałych. Ciśnienie oblicza się ze wzoru:

P ja = N i kT/ V,

Gdzie I= 1, 2, r, tzw częściowy,

R– liczba gazów w mieszaninie;

N jest liczbą cząsteczek i-tego gazu;

V– objętość mieszaniny;

k– stała Boltzmanna;

T- temperatura.

Prawo Daltona odzwierciedla zależność pomiędzy ciśnieniem mieszaniny gazów doskonałych a ich ciśnieniami cząstkowymi. Brzmi ono: „Ciśnienie mieszanki R gazy doskonałe i suma ich ciśnień cząstkowych są sobie równe.” Matematyczne sformułowanie prawa Daltona jest następujące:

P = P1+ P2 +… + Pr = NkT/W

Gdzie N = N 1+ N 2+. + Nr– liczba cząsteczek w mieszaninie R gazy

Prawo Amaga. Odzwierciedla zależność między objętością mieszaniny gazów doskonałych a ich objętościami cząstkowymi. Prawo Amaga mówi: „Objętość mieszaniny R gazy doskonałe i suma ich objętości cząstkowych są sobie równe”:

V = V 1 + V 2 + … + V r.

Parametry mieszaniny gazów można znaleźć znając Prawo Clapeyrona:

PV = mRT,

Nazywa się stosunek masy każdego gazu do całkowitej masy mieszaniny ułamek masowy:

sol 1 = m 1 / m; sol 2 = m 2 / m; ...; sol n = m n / m,

Gdzie sol 1 , sol 2 , sol n– ułamki masowe;

m 1, m 2, m n– masy gazów oddzielnie;

M– masa mieszanki.

Suma ułamków masowych wszystkich gazów w mieszaninie jest równa jedności.

Masa mieszaniny jest sumą mas gazów zawartych w tej mieszaninie.

Nazywa się stosunek objętości częściowej do objętości całej mieszaniny ułamek objętościowy:

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

Gdzie r 1 , r 2 , r n– ułamki objętościowe;

V 1, V 2,., Vn– częściowe objętości gazów mieszaniny;

V– objętość mieszaniny gazów.

28. Średnia masa molowa mieszaniny gazów

Równanie służące do znalezienia stałej określonej mieszaniny gazów wygląda następująco:

R = np. ja R ja = 8314,2(g 1 / M 1 + sol 2 / M 2 +… + sol n / M n)

Znając masę molową mieszaniny, możesz znaleźć stałą gazową mieszaniny:

Znając skład objętościowy mieszaniny otrzymujemy następujące wzory:

sol ja = (R/ R ja),

np I= Re(r I/R I) = 1.

Wzór na obliczenie właściwej stałej gazowej będzie miał postać:

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

Średnia masa molowa mieszaniny gazów jest dość konwencjonalną wartością:

M= 8314,2 / (G 1 R 1 + G 2 R 2 +. + gnRn).

Jeśli zastąpisz określone stałe gazu R1, R2,…, Rn korzystając z ich wartości z równania Clayperona, znajdujemy średnią masę molową mieszaniny gazów, jeśli mieszaninę określa się za pomocą ułamków masowych:

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

W przypadku, gdy mieszaninę określa się ułamkami objętościowymi, otrzymujemy następujące wyrażenie:

R= 1 / eee, R= 8314,2 / e r ja M ja .

Wiedząc to R= 8314,2 / M, otrzymujemy:

M= eee, M= r 1 M 1 + r 2 M 2 +. + r n M n .

Zatem, średnia masa molowa mieszaniny gazów określa się jako sumę iloczynów ułamków objętościowych i mas molowych poszczególnych gazów tworzących mieszaninę.

29. Ciśnienia cząstkowe

Ciśnienie, zapisane jako: P i = N i kT/ V,

Gdzie I= 1,2,..., r, nazywa się częściowy. Tutaj R– liczba gazów w mieszaninie;

N ja– liczba cząsteczek i-tego gazu;

V– objętość mieszaniny;

k– stała Boltzmanna;

T- temperatura.

Można to znaleźć, jeśli znane są wszystkie główne parametry gazu:

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

Jeśli mieszaninę określa się ułamkami objętościowymi, to aby otrzymać ciśnienie cząstkowe każdego gazu, należy skorzystać z prawa Boyle'a-Mariotte'a, z którego można stwierdzić, że przy T = const:

P ja V = P V ja I P ja = P V ja/ V = r i P.

Częściowe ciśnienie dowolnego gazu oblicza się jako iloczyn całkowitego ciśnienia mieszaniny gazów i jej udziału objętościowego. Ostatnie równanie stosuje się przy rozwiązywaniu problemów technicznych i sprawdzaniu instalacji cieplnych. Ułamki objętościowe gazów wyznacza się eksperymentalnie za pomocą analizatorów gazów.

Fizyczne znaczenie ciśnienia cząstkowego Liczba pi jest to, że jest to ciśnienie i-tego gazu, pod warunkiem, że zajmował on tę objętość V.

Prawo Daltona odzwierciedla zależność pomiędzy ciśnieniem mieszaniny gazów doskonałych a ich ciśnieniami cząstkowymi. Brzmi: ciśnienie mieszanki R gazy doskonałe i suma ich ciśnień cząstkowych są sobie równe. Matematyczne sformułowanie prawa Daltona jest następujące:

R= Р 1 + Р 2 + ...+ P r= Nkt/W

Gdzie N= N 1+ N 2+... + Nr– liczba cząsteczek w mieszaninie r gazów.

Ciśnienie wywierane przez cząsteczki każdego z nich R gazów doskonałych, nie zależy od ciśnienia wywieranego przez cząsteczki innych gazów. Powodem tego zjawiska jest to, że cząsteczki gazu doskonałego nie oddziałują. Doświadczalnie wykazano, że przy wysokich ciśnieniach (rzędu 10 6 Pa) prawo Daltona nie jest spełnione.

30. Prawo zachowania i przemiany energii

Pierwsza zasada termodynamiki opiera się na uniwersalnym prawie zachowania i przemiany energii, które głosi, że energia nie powstaje, ani nie ulega zniszczeniu.

Ciała biorące udział w procesie termodynamicznym oddziałują ze sobą poprzez wymianę energii. Jednocześnie w niektórych ciałach energia maleje, a w innych wzrasta. Istnieją dwie możliwości przekazywania energii przez ciała fizyczne: wymiana ciepła i praca mechaniczna.

W praktyce jednostką pracy jest również dżul, ilość pracy oznaczona jest przez L, a praca właściwa na jednostkę masy (P kg) przez /.

Istnieje kilka podstawowych postanowień pierwszej zasady termodynamiki.

L Żadne rodzaje energii nie powstają same, lecz wzajemnie się w siebie przekształcają, a ich ilości są zawsze takie same.

2. Nie da się zbudować perpetuum mobile pierwszego rodzaju.

3. Jeżeli układ jest całkowicie izolowany, wówczas jego energia wewnętrzna pozostaje stała.

Załóżmy, że Q- ilość ciepła dostarczonego do ciała, które należy wydać na wykonanie pracy i przekształcenie energii wewnętrznej:

Q= ?U + L,

Gdzie L = ml– ilość pracy;

ДU = mДu – różnica energii wewnętrznej stanu początkowego i końcowego;

W przypadku masy ciała równej 1 kg:

q =?ty+l,

Gdzie l, q, Du – określone ilości pracy, ciepła, różnicy energii wewnętrznych stanu początkowego i końcowego. Jeśli proces jest nieskończenie mały, to

dq = du + dl.

Wynikowy stosunek wynosi model matematyczny pierwszej zasady termodynamiki. Stąd następujące sformułowanie tego prawa: „Cała ilość ciepła otrzymanego przez ciało fizyczne jest zużywana na wykonanie pracy i przemianę energii wewnętrznej ciała”.

Istnieje tak zwana zasada znaku dla parametrów: Q> 0, jeżeli do ciała fizycznego dostarczane jest ciepło, oraz Q<0, если отводится; l> 0, jeśli pracę wykonuje samo ciało (rozszerzanie) oraz l< 0, если работу совершают над телом извне (сжатие); Dty> 0 – jeżeli wzrasta energia wewnętrzna ciała, D ty< 0 – если внутренняя энергия уменьшается.

31. Energia wewnętrzna

Energia wewnętrzna składa się z wewnętrznej energii kinetycznej i potencjalnej. Wewnętrzna energia kinetyczna powstaje w wyniku chaotycznego ruchu cząsteczek substancji.

Obliczamy energię kinetyczną całego makrosystemu:

Gdzie M– masa układu;

w– prędkość jego ruchu w przestrzeni.

Siły oddziaływania cząsteczek substancji między sobą określają wewnętrzną energię potencjalną ciała.

Energia wewnętrzna Jest to energia zawarta w samym systemie i składająca się z dwóch składników - energia kinetyczna.

Zmiana energii potencjalnej (wewnętrznej) tego samego ciała. Zmiana całkowitej energii właściwej (wewnętrznej) podczas procesu termodynamicznego będzie wyglądać następująco:

Ty – Wielka Brytania– i R.

Energię wewnętrzną płynu roboczego o dowolnej masie oblicza się ze wzoru:

?v-V k – V p .

Załóżmy, że płyn roboczy przechodzi z pierwszego stanu do drugiego, gdy ciepło jest dostarczane z zewnątrz. Następnie ilość tego ciepła będzie wyrażona wzorem:

q 1, 2 – u 2 - U 1.

Proces przebiega zgodnie z prawem izochorycznym, mamy:

q 1,2 = ? w(T2-T1).

Ogólnie dla każdej substancji o masie M:

v 2 -v 1 – M? v (T2 – T1),

gdzie T 1 jest temperaturą początkową procesu termodynamicznego;

T2– temperatura końcowa;

u 1 – wartość początkowa energii wewnętrznej;

u 2 – końcowa wartość energii wewnętrznej;

? – średnie ciepło właściwe (izochoryczne).

32. Obliczanie pracy gazowej

Gaz otrzymuje ciepło z określonego źródła znajdującego się poza systemem. oznaczmy ciśnienie gazu literą p, powierzchnię tłoka literą S, następnie pod wpływem siły zewnętrznej F = pS na tłoku będzie nieruchomy. Gdy siła zewnętrzna F maleje, różnica między tymi dwiema siłami pS–F przesunie tłok w prawo. Gaz pod tłokiem będzie się rozszerzał i pokonywał siły zewnętrzne, wykonując przy tym pracę. Dla procesu równowagi mamy co następuje.

1. Tłok musi poruszać się po cylindrze nieskończenie wolno (tj. z nieskończenie małą prędkością). Dzięki temu będzie można założyć, że ciśnienie gazu w całej objętości w dowolnym momencie jest takie samo.

2. Temperatura źródła ciepła praktycznie nie różni się od temperatury cieczy roboczej (do której wykorzystujemy gaz), czyli różnica ich temperatur jest nieskończenie mała. Pozwala to przyjąć, że temperatura w całej objętości gazu jest zawsze taka sama.

W takich warunkach proces rozprężania się płynu roboczego w dowolnym momencie będzie miał tę samą temperaturę, gęstość i ciśnienie w całej objętości, czyli jego stan również będzie w równowadze.

Analityczne rozwiązanie problemu obliczenia pracy wykonanej przez gaz podczas jego rozszerzania się. Prędkość tłoka poruszającego się w cylindrze jest nieskończenie mała. Dlatego też, aby przeanalizować proces rozprężania, całą długość drogi przebytej przez tłok dzielimy na nieskończenie małe części dl. Następnie dA(praca elementarna) na dowolnym segmencie elementarnym dl jest określona przez iloczyn:

dA = pSdl,

Gdzie PS- wytrzymałość;

dł- ścieżka.

Korzystanie z równości

Sdl = dv,

dostajemy

dA = pdv.

Podaje wyrażenie:

Gdzie A jest pracą wykonaną przez gaz o masie j kg podczas rozszerzania.

Nazywa się także pracę wykonywaną przez gaz podczas rozprężania techniczny.

33. Procesy odwracalne i nieodwracalne

Jeżeli układ termodynamiczny pod wpływem sił zewnętrznych przechodzi przez szereg kolejnych stanów, wówczas ich całość nazywa się proces termodynamiczny. Proces ten realizowany jest przez płyn roboczy, a jego stan zmienia się w taki sposób, że masa pozostaje stała. Główną właściwością uproszczonego procesu idealnego jest jego odwracalność.

Odwracalny to procesy zachodzące zarówno w kierunku do przodu, jak i do tyłu, w których zmiany resztkowe nie zachodzą ani w płynie roboczym, ani w otaczającej przestrzeni. Ponadto płyn roboczy przechodzi w obu kierunkach przez te same stany elementarne równowagi, a na koniec procesu powraca do punktu początkowego.

Każdy proces odwracalny jest równowagą. Proces nazywa się równowaga, jeśli kolejne stany, przez które przechodzi układ, również są równowagą. Proces, który przebiega bardzo powoli i dlatego w dowolnym momencie osiąga równowagę, nazywa się quasi-statyczny(jest to również odwracalne).

Graficznie stan równowagi jest przedstawiany jako punkt w przestrzennym układzie współrzędnych z trzema parametrami v, p, T, a sam proces równowagi jest krzywą przechodzącą przez wiele takich punktów.

Nazywa się stan systemu równowaga, jeżeli w dowolnym momencie w całej objętości zajmowanej przez gaz, wartości v, p, T(parametry stanu) są takie same, chociaż zmieniają się w czasie, jeśli zmienia się stan. W przypadku układu izolowanego ostatecznie powraca on do stanu równowagi i nie może sam z niego wyjść. W praktyce procesy odwracalne są możliwe pod pewnymi warunkami.

1. Płyn roboczy zmienia swój stan nieskończenie powoli.

2. Płyn roboczy ma nieskończoną liczbę stanów równowagi.

3. Nie ma wymiany ciepła ze środowiskiem zewnętrznym (proces nieodwracalny), tarcia zewnętrznego, tarcia wewnętrznego cząstek ciała o siebie.

4. W substancji roboczej nie zachodzą zmiany chemiczne.

Procesy, które nie spełniają własności odwracalności to nieodwracalny.

Każdy rzeczywisty proces, w którym płyn roboczy zmienia swój stan, jest nieodwracalny.

Każdy rzeczywisty proces jest również nierównowagowy. Wyjaśnia to fakt, że proces ma skończoną prędkość, a stan równowagi w substancji roboczej po prostu nie ma czasu na ustalenie. Procesy rzeczywiste mogą zbliżać się do obszaru równowagi, ale nie pokrywają się z procesami równowagi; mogą zachodzić tylko w kierunku do przodu, a w kierunku przeciwnym tylko pod wpływem wpływu z zewnątrz.

34. Podstawowe postanowienia drugiej zasady termodynamiki

Druga zasada termodynamiki pozwala odpowiedzieć na pytania: czy rozwój rozpatrywanego procesu jest możliwy, czy nie, jaki kierunek procesu będzie dominował, gdy w układzie termodynamicznym ustali się równowaga. Prawo to pomaga również określić warunki, w których system wykona maksymalną ilość pracy.

Istotę tego prawa po raz pierwszy wyraził francuski naukowiec i inżynier Sadiego Carnota(1824). Pisał, że wszędzie tam, gdzie występuje różnica temperatur, może pojawić się siła napędowa. Co więcej, zależy to tylko od temperatur oddziałujących ciał i nie zależy od rodzaju tych ciał. Aby uzyskać duże wartości takiej siły napędowej, temperatura początkowa płynu roboczego musi być znaczna, a co za tym idzie, chłodzenie również jest duże. Ponadto w praktyce nigdy nie będzie możliwe wykorzystanie w całości siły napędowej (energii) paliwa.

Te stwierdzenia naukowca określają warunki zamiany ciepła silnika na pracę użyteczną i od jakich parametrów zależy jakość tej konwersji. Bazując na ustalonych przepisach należy mówić o konieczności jednoczesnego występowania w urządzeniach cieplnych dwóch procesów – głównego, w którym ciepło zamieniane jest na pracę, oraz dodatkowego – towarzyszącego procesu przekazywania ciepła do źródła chłodu.

W termodynamice spontaniczny nazywają takie procesy, o których można powiedzieć, że zachodzą samodzielnie, tj. niezależnie. Zgodnie z drugim prawem procesy spontaniczne zachodzą tylko wtedy, gdy w układzie termodynamicznym nie ma równowagi. Ponadto kierunek występowania takich procesów pokrywa się z kierunkiem zbliżania się układu do punktu równowagi.

Podstawą drugiej zasady termodynamiki są postulaty. Pierwszy postulat niemieckiego naukowca R. Clausius(1850) przedstawia ogólne sformułowanie drugiego prawa w następującej formie: „Ciepło nie przenosi się samoistnie z jednego ciała (mniej ogrzanego) do drugiego (bardziej ogrzanego), ale tylko za pomocą kompensacji”. Kolejny postulat (Pan Kelvina-Thomsona, 1852) stwierdza, że ​​niemożliwe jest stworzenie silnika cieplnego – maszyny perpetuum mobile drugiego rodzaju (w której ciepło zamienia się całkowicie na pracę). Wynika z tego, że silnik cieplny będzie wykonywał pracę tylko w obecności co najmniej dwóch źródeł ciepła o różnych temperaturach. Co więcej, tylko część całkowitego ciepła wydzielanego przez nośnik ciepła (źródło ciepła o wysokiej temperaturze) może zostać zamieniona na użyteczną pracę. Pozostała część ciepła przekazywana jest do radiatora.

W praktyce procesy spontaniczne (przenoszenie ciepła z ciał gorących do zimnych, zjawiska dyfuzji, rozpuszczania i wiele innych) są nieodwracalne. Dlatego istnieje inne sformułowanie druga zasada termodynamiki:„Jeśli prawdziwy proces jest spontaniczny, to jest nieodwracalny”.

35. Sprawność termodynamiczna i współczynnik cykli chłodniczych

Źródła wysokiej temperatury (T1) i oddawanie ciepła do płynu roboczego czujniki ciepła.Źródła niskiej temperatury (T2) i odbieranie ciepła z substancji roboczej nazywane są radiatory.

Na diagramie EN praca użyteczna procesu kołowego jest równa powierzchni utworzonej przez krzywe do przodu i do tyłu procesu i zawartej w cyklu. Jeżeli na wykresie linia rozprężania znajduje się powyżej linii ściskania, kierunek cyklu przebiega zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a praca wytworzona w procesie jest zużywana przez urządzenia zewnętrzne, taki cykl jest bezpośredni. Jeżeli na schemacie linia sprężania znajduje się powyżej linii rozprężania, kierunek cyklu jest przeciwny do ruchu wskazówek zegara, a praca jest wykonywana przy pomocy źródła zewnętrznego, taki cykl jest odwracać.

Użyteczną pracę silnika można uzyskać tylko wtedy, gdy praca rozprężania jest większa niż praca sprężania. Przekształcenie ciepła w pracę mechaniczną nie jest procesem samoistnym i musi mu towarzyszyć odszkodowanie.

Brane są pod uwagę urządzenia termiczne ideał, jeśli nie ma strat. Cykl uważa się również za idealny, jeśli tworzą go wyłącznie zjawiska odwracalne. W silnikach cieplnych nazywa się to oszacowaniem wydajności idealnego cyklu bezpośredniego efektywność cieplna. Jest równy stosunkowi ciepła zamienionego na pracę podczas cyklu do całego dostarczonego ciepła i jest oznaczony h t(„to”, grecka litera):

Gdzie 1 w– pożyteczna praca;

q1 – ciepło dostarczone;

q 2– ciepło usunięte. Praca zewnętrzna podczas cyklu odwrotnego jest równa:

1 c = Q 1 – kw2,

gdzie q 1 – ciepło oddawane do gorącego źródła;

Q 2 – ciepło usunięte z zimnego źródła.

Istnieje termin określający odwrotny cykl idealny wydajność chłodnicza, który jest wskazany? T :

Można formułować druga zasada termodynamiki zatem: „W silniku cieplnym konwersja ciepła na pracę mechaniczną jest w 100% niemożliwa”.

36. Odwrotny i odwracalny cykl Carnota

W badaniach termodynamicznych praktyczne zastosowanie znalazł nie tylko kierunek do przodu, ale także kierunek odwrotny cyklu Carnota. Odwrotna różnica cykli polega na tym, że ciepło jest odbierane ze źródła o niskiej temperaturze i przekazywane źródłu o wysokiej temperaturze. Cykl ten jest idealny dla urządzeń chłodniczych.

Nazywa się płyn roboczy biorący udział w cyklu odwrotnym chłodziwo. Podczas rozprężania adiabatycznego temperatura spada od wartości 71 do wartości T t Następnie, po otrzymaniu ciepła R2 z zimnego źródła (T2), gaz jest sprężany izotermicznie. W kolejnym procesie następuje sprężanie adiabatyczne, a temperatura płynu roboczego wzrasta od wartości T2 aż do wartości T 1. Podczas sprężania izotermicznego ciepło q 1 jest odbierany z substancji roboczej i trafia do gorącego źródła.

Maszyna chłodnicza pracuje w cyklu odwrotnym, którego wytworzenie wymaga określonej ilości pracy (I). W tym przypadku q jest przenoszone ze źródła zimnego do gorącego 2 (ilość ciepła), a gorące źródło nadal otrzymuje ciepło liczbowo równe wykonanej pracy I. Zatem całkowita ilość ciepła przekazanego gorącemu źródłu jest równa:

q 1 = q 2 + 1

Praca podczas procesu rozprężania jest dodatnia, a praca podczas procesu ściskania jest ujemna. Całkowita praca potrzebna do przeniesienia ciepła ze źródła zimnego do gorącego wynosi:

i negatywne.

Współczynnik wydajnościmi charakteryzuje wydajność urządzeń chłodniczych i jest określana stosunkiem:

gdzie q 2 – ilość ciepła odebranego ze źródła zimnego i odebranego przez źródło gorące;

Ja – doskonała praca.

Dla odwrotnego i odwracalnego cyklu Carnota współczynnik wydajności oblicza się z zależności:

37. Twierdzenie Carnota

Przeanalizujmy pokrótce wzór na terminowską efektywność odwracalnego bezpośredniego cyklu Carnota:

Z tej równości wynika:

1) sprawność cieplna zależy wyłącznie od temperatur źródeł ciepła i zimna;

2) h t(dla cyklu Carnota) im wyższa temperatura gorącego źródła (71) i niższa temperatura zimnego źródła (72);

3) w cyklu Carnota sprawność cieplna musi być mniejsza od jedności. Ponieważ h t= 1 może występować tylko w przypadku T 2 / T 1 = 0, gdy T 1 = 0 lub T 2 = 0 (lub T 2 = -273,15 o C). Temperatura źródła zimna 72 w rzeczywistych silnikach cieplnych to zazwyczaj temperatura T 2 = 260 – 300 K(środowisko). Temperatura grzejnika w piecu elektrowni parowych wynosi około 2000 K, a w silnikach spalinowych około 2500 K, ponieważ ścianki cylindrów tłokowych tych silników są chłodzone, a produkty spalania stają się substancją roboczą. Oznacza to to samo stwierdzenie, że całe ciepło dostarczone do gazu podczas cyklu nie może zostać całkowicie zamienione na użyteczną pracę; przejściu temu musi koniecznie towarzyszyć utrata części ciepła (jest ono pochłaniane przez źródło zimna);

4) w cyklu Carnota sprawność cieplna wynosi zero w przypadku T 1 = T 2 . Wynika z tego, że jeśli w układzie zachowana jest równowaga termiczna, tj. temperatura wszystkich ciał w układzie jest taka sama, to zamiana ciepła na pracę użyteczną jest niemożliwa. Dla cyklu Carnota (bezpośredniego) prawdą jest: h t= 1 – T 2 / T 1 = 1 – 1 = 0 w T 1 = ? t = T 2 (w przypadku równych temperatur obu źródeł);

5) sprawność cieplna? t charakteryzuje odwracalny cykl Carnota (proces kołowy). Wszystkie rzeczywiste procesy są nieodwracalne, co tłumaczy się stratami energii (w wyniku wymiany ciepła, tarcia itp.). Dlatego sprawność cieplna rzeczywistego cyklu Carnota (nieodwracalnego) jest zawsze mniejsza niż 1 – T 2 /T 1 . Główną cechą tego cyklu jest to, że jest taki sam zarówno dla gazów doskonałych, jak i zwykłych gazów rzeczywistych, jeśli podane są temperatury ( T 1 , T 2) źródła. To stwierdzenie jest esencją Twierdzenie Carnota, który brzmi: „W silniku cieplnym w dowolnym cyklu odwracalnym sprawność cieplna nie będzie zależała ani od charakteru cyklu, ani od rodzaju substancji (płynu roboczego)”. Zostanie ona określona jedynie na podstawie stosunku temperatur grzejnika (przekaźnika ciepła) i lodówki (odbiornika ciepła). Innymi słowy, w silniku cieplnym dla każdego odwracalnego cyklu sprawność cieplną oblicza się przy użyciu tego samego wzoru, jaki zdefiniowano dla odwracalnego cyklu Carnota.

38. Zmiana entropii w procesach

Entropia jest parametrem stanu zależnym od ciepła zredukowanego (stosunek Q/ T). Zmianę entropii oblicza się ze wzoru:

gdzie q 1,2 jest ilością ciepła dostarczonego do płynu roboczego lub usuniętego z niego;

Tav – średnia temperatura dostarczonego (lub odebranego) ciepła.

Zależność ta określa zmianę entropii od początkowej wartości entropii S 1 do końcowej wartości S 2

1) przy q 1,2 > 0 (ciepło dostarczane do płynu roboczego) zmiana entropii jest dodatnia: S 2 – S 1 > 0, S 2 > S 1, ponieważ średnia temperatura termodynamiczna musi być zawsze dodatnia, tj. T śr> 0. Inaczej mówiąc, entropia ciała wzrasta;

2) przy 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) przy q 1,2 = 0 (proces adiabatyczny) zmiana entropii wynosi zero: S 2 – S 1 = 0, S 2 = S 1, tj. entropia ciała pozostaje stała. Proces, podczas którego wartość entropii się nie zmienia, nazywa się izentropowym.

Dla gazu doskonałego otrzymujemy następujące wnioski.

1. W procesie izotermicznym zamiast T av wystarczy podstawić wartości temperatury T do równania entropii, ponieważ T 1 = T 2 = const.

2. Zmiana entropii podczas procesu izochorycznego jest równa:

S 2 – S 1 = 2,3 m? v log(T 2 / T 1).

3. Zmiana entropii w procesie izobarycznym jest równa:

S 2 – S 1 = 2,3 m? p log(T 2 / T 1).

Gdzie? V – ciepło właściwe w procesie o stałej objętości;

?P– pojemność cieplna właściwa w procesie ze stałym ciśnieniem.

Zatem entropia może wzrosnąć (zmniejszyć się), gdy ciepło zostanie dostarczone (usunięte) do dowolnego płynu roboczego lub pozostać niezmienione w przypadku braku wymiany ciepła. Po zakończeniu cyklu entropia płynu roboczego również wzrasta, gdy odbiera ciepło ze źródła lub maleje, gdy uwalnia ciepło do źródła.

W rzeczywistych procesach, ze względu na zjawisko nieodwracalności, wydajność urządzenia termicznego maleje. Miarą takich strat jest entropia: jej wzrost zależy bezpośrednio od utraty ilości pracy.

39. Zasada wzrostu entropii i znaczenie fizyczne drugiej zasady termodynamiki

Przyjrzyjmy się koncepcji entropii jako funkcji stanu:

Druga zasada termodynamiki można sformułować jako: Wartość entropii

reprezentuje różnicę zupełną, tj. jest funkcją stanu.

Jedno z fizycznych znaczeń entropii można nazwać wzrostem organizacji (porządku) układu wraz ze spadkiem entropii.

Rozważmy zjawisko wzrostu entropii na przykładzie zamkniętego izolowanego układu składającego się z płynu roboczego oraz gorących i zimnych źródeł ciepła tworzących otoczenie układu. Przejściu systemu z jednej pozycji na drugą towarzyszy praca i

dS >= 0, S 2 > S 1 .

W przypadku izolowanego układu zamkniętego zmiana (przyrost) entropii jest dodatnia (proces nieodwracalny) lub równa zeru (proces odwracalny) dla dowolnego procesu termodynamicznego.

Do cyklicznego procesu zamiany ciepła na pracę (niesamoistnego) SdS i = 0 (procesy odwracalne) i SDS > 0 (procesy nieodwracalne), dlatego w układzie izolowanym entropia wzrasta.

To stwierdzenie nazywa się zasada rosnącej entropii.

Matematyczne wyrażenie drugiej zasady termodynamiki w formie różniczkowej zapisuje się w następujący sposób:

gdzie znak równości jest używany dla procesu odwracalnego, a znak nierówności dla procesu nieodwracalnego.

Z tego równania jasno wynika, że ​​całkowity wzrost entropii zależy od temperatury. Wiadomo, że wraz ze wzrostem temperatury płynu roboczego wzrasta ilość ciepła, które można zamienić na pracę. Innymi słowy, wartość energetyczna ciepła wzrasta. Zatem entropia poprzez temperaturę określa ilość ciepła zamienionego na pracę, co ustanawia jej związek z drugą zasadą termodynamiki. Prawo to określa warunki zamiany ciepła na pracę użyteczną.

Funkcje egzergetyczne nazywane są wyrażeniami, które pozwalają obliczyć wartość egzergii.

40. Entropia i statyka drugiej zasady termodynamiki

Wiadomo, że w teorii mechaniki do badania ruchu poszczególnych cząsteczek wykorzystuje się prawa dynamiki. Teoria kinetyki molekularnej różni się od mechaniki tym, że bada układy składające się z dużej liczby cząsteczek. Chaotyczny ruch cząstek w takich układach podlega innym (statystycznym) prawom. Pomimo faktu, że ruch każdej cząsteczki opisywany jest przez prawa mechaniczne, teoria mechaniki nie uwzględnia całego zbioru cząstek, a jego zachowanie bada fizyka statystyczna. Faktem jest, że dla wszystkich cząstek ustala się średnią wartość ich charakterystyk - średnią prędkość, średnią energię itp. (średnia temperatura, średnie ciśnienie).

W takich warunkach statystycznych uśrednianie cech istnienia dowolnego stanu termodynamicznego substancji (na przykład gazu) nie jest bezwzględnie konieczne, ale ma jedynie pewne prawdopodobieństwo.

Najprostszym przykładem jest przypadek równości prędkości wszystkich cząsteczek gazu jako najmniejszego prawdopodobieństwa zaistnienia stanu danej substancji. Oznaczmy takie prawdopodobieństwo warunkowo wartością tej wielkości. W przypadku nierównych prędkości możliwa liczba ich kombinacji jest duża, a istnienie stanu, w którym prędkości cząstek są nierówne, ma prawdopodobieństwo. W> W0, i ta różnica jest dość znacząca. Zatem, prawdopodobieństwo termodynamiczne ilość nazywa się:

jego wartość jest znacznie większa od jedności i dlatego nazywana jest także wagą statystyczną stanu termodynamicznego. Fizyka statystyczna ustanawia również związek między prawdopodobieństwem termodynamicznym a entropia systemy.

Bezpośrednią zależność entropii od logarytmu prawdopodobieństwa termodynamicznego określa wyrażenie:

Gdzie R– stała Clayperona;

N 0 – stała Avogadro.

Wielkość K jest stałą (lub stałą) Boltzmanna.

W konsekwencji wraz ze wzrostem entropii wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia tego lub innego stanu termodynamicznego. Co więcej, najbardziej prawdopodobny stan występuje przy maksymalnej wartości entropii.

41. Równanie stanu Van der Waalsa

W ogólnym przypadku dla gazów rzeczywistych przy obliczaniu parametrów stanu nie można zastosować równania stanu pv = RT,

co jest prawdziwe dla gazów doskonałych.

Ogólne równanie stanu gazów rzeczywistych.

w którym współczynniki B ja – nazywane są wirusowymi. Współczynniki te są funkcją temperatury rzeczywistych cząsteczek gazu i energii potencjalnej ich oddziaływania.

W definicji B I– współczynniki są obliczane tylko dla dwóch pierwszych wyrazów szeregu, pozostałe współczynniki wirialne są odrzucane.

Wówczas równanie stanu gazów rzeczywistych przyjmuje postać:

Gdzie A I W– dwa pierwsze współczynniki wirialne, zależne wyłącznie od temperatury.

W szczególnym przypadku (mała gęstość gazu) równanie ma postać:

Jeśli B1 = f(T, U potencjał), wówczas równanie staje się równanie stanu rzeczywistego gazu van der Waalsa:

Gdzie B– minimalna objętość, jaką może uzyskać gaz rzeczywisty podczas sprężania;

A– współczynnik niebędący funkcją parametrów stanu.

Dla różnych gazów wartości A I B są różne.

Innymi słowy, równanie van der Waalsa jest szczególnym przypadkiem prawa Bogolyubova-Mayera, w którym zaniedbuje się wszystkie wyrazy 1/v powyżej drugiego stopnia. Jeżeli gaz rzeczywisty ma dużą gęstość, to równania tego typu będą prawdziwe dla większej liczby wyrazów w szeregu. W tym przypadku równania stanu gazów rzeczywistych zapewniają dokładność obliczeń akceptowalną w praktyce.

42. Równanie stanu gazów rzeczywistych M. N. Vukalovicha i I. I. Novikova

Uniwersalne równanie opisujące stan dowolnych gazów rzeczywistych uzyskali w 1939 roku rosyjscy naukowcy I. I. Nowikow I M. N. Wukalowicz. W tym

zjawisko oddziaływania siłowego cząsteczek (asocjacja, dysocjacja) zostało już uwzględnione i ogólnie zostało zapisane w postaci:

Gdzie A I W– współczynniki obliczane według wzorów:

Gdzie A I B– dla gazów rzeczywistych – wielkości stałe w równaniach stanu;

R– uniwersalna stała gazowa; r, c, k, m 1, m 2 – współczynniki wyrażające stopień powiązania.

W przeciwnym razie równanie Vukalovicha-Nowikowa można przedstawić jako:

Gdzie A I B– wartości stałe w równaniu van der Waalsa; m, ok– stałe, obliczone empirycznie.

Ogólnie rzecz biorąc, głównymi parametrami pary przegrzanej (podobnej do gazu) są takie parametry stanu, jak temperatura, ciśnienie i objętość właściwa. Para przegrzana ma właściwości zbliżone do gazu doskonałego, gdyż jej parametry znajdują się daleko od punktu krytycznego i krzywej granicznej (górna krzywa na wykresach). Jeżeli ciśnienie pary przegrzanej nie jest zbyt duże, to jej równanie stanu można wyznaczyć korzystając z równania van der Waalsa dla gazu rzeczywistego, wprowadzając do niego poprawki.

W przypadku pary wodnej najdokładniejszym równaniem jest równanie stanu M.N. Vukalovicha i I.I. Novikova we współczesnej termodynamice. Co więcej, można go także wykorzystać do obliczenia stanów pary przegrzanej (pod warunkiem obliczenia ciśnienia), jeśli doda się do niego kilka kolejnych wyrazów równania.

43. Pochodne cząstkowe parametrów stanu. Współczynniki termiczne

Opisano właściwości substancji rzeczywistych współczynniki termiczne.

Definicja 1. Współczynnik rozszerzalności objętościowejA jest zmianą objętości substancji, gdy jej temperatura wzrasta o jeden stopień.

– pochodna cząstkowa parametrów stanu.

Charakteryzuje zmianę objętości substancji o określonej masie, jeśli jej temperatura wzrośnie o jeden stopień, a ciśnienie zewnętrzne pozostanie stałe.

Definicja 2. Współczynnik ciśnienia termicznegoB nazywa się zmianą ciśnienia w zależności od zmiany temperatury substancji. Wartość ta jest również względna i jest obliczana jako:

– pochodna częściowa, charakteryzujące zmiany ciśnienia P, Jeśli temperatura substancji wzrośnie o jeden stopień, a objętość pozostanie stała, ciśnienie P jest funkcją temperatury.

Definicja 3. Współczynnik ściśliwości izotermicznejG nazywa się zmianą objętości w zależności od zmiany ciśnienia.

– pochodna cząstkowa, charakteryzuje zmianę objętości substancji w przypadku zmiany ciśnienia o jedną jednostkę.

44. Własności funkcji charakterystycznych

Nazywa się funkcje opisujące dowolne właściwości termodynamiczne charakterystyczne funkcje lub potencjały termodynamiczne układu. Najważniejszymi funkcjami charakterystycznymi są: entalpia

I= I(S, p),

energia wewnętrzna

U= U(S,v),

potencjał izobaryczno-izotermiczny, czyli entalpia swobodna,

Z= Z(T,p),

potencjał izochoryczny-izotermiczny, czyli energia swobodna,

F= F(Telewizja).

Do głównego własności funkcji charakterystycznych uwzględnij poniższe.

1. Potencjały termodynamiczne różnią się od innych funkcji tym, że mają prostszą strukturę i pewne znaczenie fizyczne.

2. Parametry stanu układu są równe pochodnym cząstkowym potencjału termodynamicznego, przyjętym według tych samych parametrów.

3. W wyniku różniczkowania potencjału termodynamicznego otrzymuje się całkowitą różniczkę tej funkcji.

4. Korzystając z funkcji charakterystycznych zapisanych w postaci różniczkowej można otrzymać dowolne parametry termodynamiczne układu.

5. Potencjał termodynamiczny całego układu składa się z potencjalnych wartości jego części, tj. Ma właściwość addytywności.

6. Funkcje charakterystyczne ustalają związek pomiędzy różnymi właściwościami termodynamicznymi substancji. I tak np. pierwsze pochodne potencjału charakteryzują właściwości termiczne (czyli wielkości mierzone bezpośrednio przez przyrządy - objętość, temperatura, ciśnienie), a drugie pochodne odpowiadają właściwościom kalorycznym układu (są to wielkości wyrażone w jednostkach ciepło - pojemność cieplna, entropia, entalpia, energia wewnętrzna).

7. Pochodne cząstkowe funkcji charakterystycznych pozwalają na układanie równań pojemności cieplnej C v I C p , równania stanu i inne zależności termodynamiczne.

8. Funkcja jest charakterystyczna tylko dla niektórych parametrów. Wybierając inne zmienne traci swoje właściwości, gdyż w tym przypadku pochodne cząstkowe nie wyrażają właściwości termodynamicznych układu.

45. Potencjał chemiczny

Energia chemiczna Jest to energia powstająca w wyniku oddziaływań chemicznych i jest częścią energii wewnętrznej substancji. Reakcje chemiczne dzielimy na egzotermiczne (zachodzące z uwolnieniem energii) i endotermiczne (towarzyszy jej absorpcja).

W przypadku reakcji chemicznej energia wewnętrzna układu zmienia się wraz ze zmianą absorpcji atomów w substancjach reagujących. Do takich procesów możemy zastosować pierwszą zasadę termodynamiki w postaci:

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

Gdzie Q– ilość ciepła;

DU – zmiana energii wewnętrznej substancji;

A– praca pożyteczna, obejmująca prace mające na celu pokonanie różnych sił elektromagnetycznych.

Praca wykonana w odwracalnej reakcji chemicznej jest maksymalna. Wyraża się go za pomocą równania Gibbsa-Helmholtza:

Rozważmy potencjał chemiczny reakcji. W przypadku reakcji chemicznych masa reagentów nie jest stała; można ją zdefiniować jako funkcję T(ilość substancji) od parametrów podstawowych (v, p, T, F, S., U itp). Rozróżnijmy równość:

Gdzie ty– określoną ilość energii wewnętrznej, mamy:

dU = mdu + udm,

f = ty– ST+ pv= I– ST

J– potencjał chemiczny.

Ale, potencjał chemiczny nazywa się pochodną cząstkową względem masy, wziętą z dowolnego potencjału termodynamicznego przy pewnych wartościach argumentu. Potencjał chemiczny pokazuje, jak zmienia się energia substancji, jeśli jej masa zmienia się o jeden.

46. ​​​​Podstawowe równania różniczkowe termodynamiki

Równania różniczkowe w termodynamice służy do badania gazów rzeczywistych w obliczeniach teoretycznych (i praktycznych).

Rozważmy następujące przypadki.

1. Zmiennymi niezależnymi są parametry p, V.

Jest to pierwsza zasada termodynamiki w postaci różniczkowej.

2. Zmienne niezależne są parametrami r, T.

a różnica objętości całkowitej ma postać:

3. Zmienne niezależne są parametrami V, T.

4. Kiedy P= stała pojemność cieplna

Na w= stała pojemność cieplna

47. Pochodne cząstkowe po objętości, ciśnieniu i temperaturze

1. Pochodna cząstkowa po objętości:

Jest to pochodna cząstkowa po objętości obliczona na podstawie wartości energii wewnętrznej. 2. Pochodna cząstkowa po ciśnieniu.

Zastąpmy tę wartość dQ w odniesieniu do dS = dQ/ T, otrzymujemy:

Jest to pochodna cząstkowa ciśnienia wzięta z wartości energii wewnętrznej. 3. Pochodna cząstkowa po temperaturze.

Jest to pochodna cząstkowa po temperaturze, obliczona na podstawie wartości energii wewnętrznej.

48. Równanie ciągłości

Zgodnie z teorią przepływu gazu, przepływ gazu w przypadku stacjonarności wyznacza się za pomocą specjalnego układu równań. Zawiera następujące współczynniki:

1) równanie energetyczne przepływu gazu;

2) równanie stanu;

3) równanie ciągłości przepływu gazu.

Równanie energii wynika z pierwszego początku

termodynamika przepływów gazów.

Równanie ciągłości stosunek nazywa się:

Gv = Fw.

Wynika z tego, że w przypadku stałego przepływu gazu w każdym odcinku przepływu masowe natężenie przepływu gazu jest wartością stałą. W przeciwnym razie równanie to można zapisać jako:

G=pFw =p 1 fa 1 w 1 =P 2 fa 2 w 2 =stała,

Gdzie R 1 ,r 2 , r= 1/v gęstość gazu w przekrojach;

F 1, F 2– pole przekroju przepływu;

w 1, w 2– prędkość przepływu mierzona w polu przekroju.

W tym przypadku istnieją dwie sekcje przepływu (1. i 2.) oraz wartość G z tego równania nazywa się masowe natężenie przepływu gazu (na sekundę).

Jak wiadomo, drugie prawo Newtona głosi: „Siła jest określona przez iloczyn masy i przyspieszenia”. Jeśli przepływ gazu jest jednowymiarowy, wówczas obowiązuje druga zasada:

W tej relacji każdy termin ma określone znaczenie fizyczne. Przyjrzyjmy się każdemu czynnikowi w równaniu.

1. Wielkość

pokazuje, jak zmienia się ciśnienie w zależności od współrzędnej X.

2. Wielkość

pokazuje, jak zmienia się prędkość w zależności od współrzędnej X.

3. Stosunek

jest równa sile przyłożonej do objętości elementarnej, dV jest wybraną objętością.

4. Wielkość

gazu jest równe przyspieszeniu masy pdV(masa pierwiastkowa).

49. Praca pchająca

Pchanie pracy. Aby to wyznaczyć w równaniu:

podstawmy równość ja = ty + pv, w wyniku otrzymujemy:

gdzie d(pv) jest pracą pchania obliczoną dla objętości elementarnej,

d(pv) = pdv+vdp– równanie na pracę elementarną.

Zależność (2), uwzględniająca siły grawitacyjne, ma postać:

W przypadku, gdy przepływ gazu jest reprezentowany jako proces adiabatyczny, w którym dq = 0, zależność (1) zapisuje się następująco:

W przypadku adiabatycznego ruchu przepływu suma właściwej energii kinetycznej i entalpii właściwej jest wartością stałą.

Jeżeli w procesie mają miejsce prace techniczne, wówczas dla przepływu gazu pierwsza zasada termodynamiki będzie miała postać:

Gdzie dl TEK– praca pożyteczna (elementarna).

50. Dostępna praca podczas wypływu gazu

Przeanalizujmy proces ruchu (odpływu) przepływu gazu.

Załóżmy, że istnieje pewien pojemnik, w którym znajduje się para lub gaz (tj. płyn roboczy) posiadający parametry stanu w postaci wartości f 1, v 1, p 1. Z tego naczynia, w którego ścianie znajduje się otwór, gaz przedostaje się do otoczenia. Dzieje się tak z powodu różnicy ciśnień (p 1 – p 2), na wylocie gazu panuje ciśnienie p 1< p 2 Соответственно температура газа при этом равна t2, a objętość właściwa wynosi v 2 Aby strumień ulatniającego się gazu przyjął określony kierunek, na zewnątrz zbiornika umieszcza się dysze cylindryczne (tzw. dysze) do powierzchni, na której znajduje się otwór. Najczęściej mają kształt ściętego stożka, zwężającego się ku zewnętrznej krawędzi. Takie dysze nazywane są konfuzorami. W przypadku kanału pracującego w procesie odwrotnym taką dyszą jest dyfuzor. Usta stanowią zewnętrzną (tj. wylotową) część dyszy.

Oznaczmy prędkość strumienia gazu na wyjściu z ujścia przez wartość, a na wejściu do naczynia przez wartość W 1 (gaz dopływający), natomiast dysza posiada otwór, którego przekrój wyznacza wzór obszar f. W rzeczywistości w 1 bardziej w2, Przy obliczaniu pomija się i akceptuje: w 1= 0, w 2= w.

dq = du + dA,

Gdzie dA = pdv – praca polegająca na rozszerzaniu lub elementarna praca wykonywana przez sam gaz. Stąd:

Zatem w wyniku wypływu gazu mamy pracę równą 0. Liczbowo jest ona równa albo wzrostowi energii kinetycznej podczas wypływu, albo sumie pracy pchania i sił zewnętrznych.

51. Prędkość wypływu w kanale zwężającym się, prędkość przepływu masowego

Prędkość wypływu w zwężającym się kanale

Rozważmy proces adiabatycznego wypływu materii. Załóżmy, że jest to płyn roboczy o określonej objętości (v 1) znajduje się w zbiorniku pod pewnym ciśnieniem (s. 1). Proces wypływu obejmuje ruch gazu (lub pary) z ośrodka pod ciśnieniem str. 1(zbiornik) do środowiska, pod jakim ciśnieniem p2< p 1 . Jednocześnie podczas wypływu substancji roboczej z dyszy ciśnienie wewnątrz zbiornika praktycznie nie spada, jest to dopuszczalne w przypadku bardzo dużej objętości zbiornika. Kiedy strumień gazu (pary) przepływa przez dyszę, jego energia potencjalna jest bardzo mała i zwykle zaniedbuje się jej zmianę. W tym przypadku energia kinetyczna wzrasta.

Gdzie w 1– prędkość ruchu strumienia substancji w części wlotowej dyszy;

w 2– prędkość na wyjściu dyszy.

natężenie przepływu gazu (pary). z dyszy.

Najczęściej prędkość w 1 znacznie mniejsza prędkość w 2(W1 << W2), dlatego jest to pomijane i uznawane za W 1 = 0.

Prędkość przepływu masowego relacja nazywa się:

Gdzie G– drugie zużycie pary (gazu);

S – pole przekroju przepływu;

R– gęstość płynu roboczego.

52. Wypływ cieczy kropelkowej. Przepływ masowy

Pracę dostępną dla dowolnej substancji będącej płynem roboczym określa wzór:

ja 0 = q +(i 1 – i 2).

Jeżeli przepływ jest adiabatyczny (tj Q= 0)

Gdzie I– entalpia (J/kg);

W2 = w– prędkość wypływu (m/s).

Nazywa się wielkość Di = i 1 – i 2, równą różnicy entalpii straty ciepła gazu (pary).

a dla cieczy kropelkowej zachodzi równość:

Gdzie w– prędkość wypływu cieczy z dyszy.

Przepływ masowy to ilość substancji przepływająca przez dysze na sekundę. Jest równy stosunkowi drugiej objętości wypływu substancji (gazu) U2 do określonej objętości tej samej substancji odpowiadającej ciśnieniu p2:

przepływ masowy (wyznacza się go także z równania ciągłości: Gv = Sw).

53. Prędkość krytyczna

Analiza wzoru na prędkość wypływu pokazuje, że wraz ze spadkiem wartości p 2 /p 1 prędkość przepływu wzrasta. Jest to możliwe na przykład, jeśli pi = const i ciśnienie p2 maleje.

Z eksperymentów wiadomo, że ciśnienie na wylocie dyszy zbieżnej (lub dyszy o stałym przekroju) p 2 można obniżyć jedynie do pewnej wartości granicznej, tzw. ciśnienia krytycznego (p krytyczne). Naraz krytyczny stosunek ciśnień nazywa się ilością B= p krytyczny /p 1, stąd P k = bp 1

W wyniku spadku ciśnienia p 0 (środowisko zewnętrzne) o godz str. 1= const Możliwe są dwa przypadki:

1) p o >= P k, tj. podczas gdy ciśnienie p o spada do wartości krytycznej, obserwuje się równość p2= p o gdzie p 2 to ciśnienie substancji na wylocie zbieżnej dyszy, p o to ciśnienie środowiska zewnętrznego;

2) p.o< P к, т. е. дальнейшее падение давления p o среды ниже критического значения определяется равенством p 2 = pk, a ciśnienie p 2 przepływającej substancji jest stałe (str. 2= stała).

Zatem nazywa się zjawisko, w którym ciśnienie na ujściu dyszy jest stałe i nie maleje zamykając dyszę. Dlatego takie ciśnienie na wylocie dyszy, którego nie można obniżyć poprzez zmniejszenie ciśnienia środowiska zewnętrznego, do którego wpływa płyn roboczy, nazywa się krytyczny(P2k).

Niezależnie od spadku ciśnienia otoczenia po u ujścia zbieżnej dyszy przy b k ustawione jest ciśnienie P 2k = const, co odpowiada G max = const (przepływ masowy), tydz= const (prędkość wydechu), Tk= const (temperatura) i v 2 tys= const (objętość właściwa), czyli stałość wszystkich parametrów na wyjściu z dyszy (tzw. parametry wyjściowe).

W otrzymanych wzorach a, Y są współczynnikami określonymi jedynie przez wartość k(wykładnik adiabatyczny), ich wartości można znaleźć w specjalnych tabelach.

Z definicji prędkość krytyczna nazywa się największą prędkością substancji wypływającej z dyszy, nieprzekraczającą prędkości dźwięku, tj. w k = a, Gdzie A– tzw. lokalna prędkość dźwięku.

Powstała formuła nazywa się Równanie Laplace'a.

54. Przepływ gazu doskonałego przez kombinowaną dyszę Lavala

Dysze Lavala służą do wytworzenia nadkrytycznego procesu wypływu płynu roboczego, którego stan jest p o / p 1 < b k В нем выделяют три основные области.

1. Zwężająca się krótka część, w której prędkość przepływu jest poddźwiękowa.

2. Wąski odcinek, w którym materia porusza się z prędkością dźwięku.

3. Dysza rozszerzająca się w kształcie stożka (naddźwiękowa prędkość przepływu).

Głównym warunkiem doboru wymiarów szerokiej części dyszy Lavala do wypływu płynu roboczego jest jej ciągłość ze ściankami dyszy. Dlatego kąt otwarcia stożka powinien mieć granicę 12 o, co pomaga wyeliminować znaczne straty spowodowane rozszerzaniem się gazu (pary).

Rozważmy procesy zachodzące podczas pracy dyszy kombinowanej. W przypadku, gdy ciśnienie zewnętrzne po< pk, prędkość przepływu i ciśnienie w wąskiej płaszczyźnie dysz krytyczny.

Konstrukcja dyszy Lavala pozwala na zastosowanie każdego stosunku o< po/str. 1< B uzyskać całkowite rozprężenie substancji w granicach wartości ciśnienia. W tym przypadku w odcinku wylotowym dyszy nie dochodzi do utraty energii, a po wyrównaniu się ciśnienia cieczy roboczej i środowiska zewnętrznego, prędkość przepływu staje się naddźwiękowa, co jest niezbędne do praktycznego wykorzystania dyszy. W tym przypadku masowe natężenie przepływu staje się maksymalne; jego wartość zależy od powierzchni najmniejszego przekroju dyszy (S min).

W wąskiej części dyszy (zwanej szyjką) ustalane są wartości krytyczne parametrów V k, T k, p k, w k = w dźwięku, G max (gdzie W dźwięk jest lokalną prędkością dźwięku). Ruch strumienia wzdłuż części rozszerzającej charakteryzuje się tym, że gaz rozszerza się dalej w granicach [p 2k, p 1], prędkość wzrasta w przedziale (tj. do wartości w> W dźwięk), co prowadzi do spadku ciśnienia, ale jednocześnie zwiększa się głośność właściwa (tj. w>vk, P< p k).

Rozszerzająca się część dyszy może służyć jako dyfuzor, jeśli znajduje się w wąskiej płaszczyźnie w< w зв (для p o / p 1 > bk).

55. Dławienie gazu i równanie procesu

Dla pary wodnej temperatura krytyczna wynosi T k= odpowiednio 647 K, T nr inw> 4400 K (temperatura inwersji). W proces dławienia Chłodzenie pary wodnej następuje zawsze; wynika to z całkowitej dysocjacji cząsteczek pary przy tak niezbyt wysokich wartościach danej temperatury inwersji.

Dławienie pary wodnej charakteryzuje się następującymi właściwościami uzyskanymi z analizy wykresu (i, s):

1) dla dowolnego stanu pary dławienie zawsze powoduje obniżenie temperatury pary wodnej;

2) dławieniu par mokrych pod niskim ciśnieniem towarzyszy przejście ze stanu nawilżonego do stanu suchego, a następnie do stanu przegrzanego. Mokre pary pod wysokim ciśnieniem są początkowo dalej nawilżane, ale następnie tworzą również fazę suchą i przegrzaną;

3) dławieniu par przegrzanych pod wysokim ciśnieniem (w przypadku niskiej temperatury przegrzania) towarzyszy ich przejście przez kilka faz (sucha nasycona, mokra, sucha i ostatecznie przegrzana). Ostatni stan pary charakteryzuje się niskimi temperaturami i ciśnieniami. Ogólnie rzecz biorąc, podczas dławienia przegrzane pary zachowują swój stan przegrzany, jeśli na początku procesu ich ciśnienia były wysokie.

Zwykle na diagramie is proces dławienia i 1 = i 2 jest linią poziomą skierowaną w stronę rosnącej entropii (ze względu na nieodwracalność procesu).

Wiadomo, że w procesie kruszenia ciśnienie pary przegrzanej (i jej praca użyteczna) maleje.

i piekło< 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 mamy:

dT drożej< dT ад на величину v/cp.

56. Przenikanie ciepła przez kulistą ścianę

Niech będzie pusta kula o promieniach wewnętrznych i zewnętrznych, odpowiednio r 1 i r 2, współczynnik przewodności cieplnej I co jest stałe. Dla danych warunków brzegowych trzeciego rodzaju zostaną także wyznaczone współczynniki przenikania ciepła na powierzchniach kuli 1 I 2 oraz temperatury środowiska wewnętrznego i zewnętrznego, odpowiednio Tl 1 i Tl 2. Szanse 1, 2 będzie stała w czasie, a temperatury Tl 1, Tl 2 będą stałe zarówno w czasie, jak i na powierzchniach.

W stacjonarnym trybie wymiany ciepła całkowity strumień ciepła Q przenoszony przez jednorodną kulistą ścianę z ośrodka gorącego do ośrodka zimnego będzie stały dla wszystkich powierzchni izotermicznych i można go wyznaczyć za pomocą trzech równań.

gdzie d 1 , d 2 – średnica wewnętrzna i zewnętrzna kuli;

1, 2 współczynniki przenikania ciepła z ośrodka gorącego do ściany i od ściany do ośrodka zimnego;

I– współczynnik przewodności cieplnej materiału ściany;

T 1, T 2 – temperatury ścian wewnętrznych i zewnętrznych.

gdzie DT = Tzh 1 – Tzh 2 – całkowita różnica temperatur;

K sz– współczynnik przenikania ciepła kulistej ściany (W/stopień).

Ciśnienie cząstkowe każdego gazu zawartego w mieszaninie to ciśnienie, jakie wytworzyłaby ta sama masa danego gazu, gdyby zajmowała ona całą objętość mieszaniny w tej samej temperaturze.

W przyrodzie i technologii bardzo często mamy do czynienia nie tylko z jednym czystym gazem, ale z mieszaniną kilku gazów. Na przykład powietrze jest mieszaniną azotu, tlenu, argonu, dwutlenku węgla i innych gazów. Od czego zależy ciśnienie mieszaniny gazów?

Ustalił to w 1801 roku John Dalton ciśnienie mieszaniny kilku gazów jest równe sumie ciśnień cząstkowych wszystkich gazów tworzących mieszaninę.

To prawo nazywało się prawo ciśnień cząstkowych gazów

Prawo Daltona Ciśnienie cząstkowe każdego gazu zawartego w mieszaninie to ciśnienie, jakie wytworzyłaby ta sama masa danego gazu, gdyby zajmowała ona całą objętość mieszaniny w tej samej temperaturze.

Prawo Daltona stwierdza, że ​​ciśnienie mieszaniny (idealnych) gazów jest sumą ciśnień cząstkowych składników mieszaniny (ciśnienie cząstkowe składnika to ciśnienie, jakie wywierałby składnik, gdyby sam zajmował całą zajmowaną przestrzeń) przez mieszankę). Prawo to wskazuje, że na każdy składnik nie ma wpływu obecność innych składników, a właściwości składników mieszaniny nie ulegają zmianie.

Dwa prawa Daltona

Prawo 1 Ciśnienie mieszaniny gazów jest równe sumie ich ciśnień cząstkowych. Wynika z tego, że ciśnienie cząstkowe składnika mieszaniny gazowej jest równe iloczynowi ciśnienia mieszaniny i ułamka molowego tego składnika.

Prawo 2 Rozpuszczalność składnika mieszaniny gazowej w danej cieczy w stałej temperaturze jest proporcjonalna do ciśnienia cząstkowego tego składnika i nie zależy od ciśnienia mieszaniny i charakteru pozostałych składników.

Prawa zostały sformułowane przez J. Daltona wzgl. w latach 1801 i 1803.

Równanie prawa Daltona

Jak już wspomniano, poszczególne składniki mieszaniny gazów uważa się za niezależne. Dlatego każdy składnik wytwarza ciśnienie:

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

a ciśnienie całkowite jest równe sumie ciśnień składników:

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

gdzie \(p_i\) jest ciśnieniem cząstkowym i składnika gazowego. To równanie jest prawem Daltona.

Przy wysokich stężeniach i wysokich ciśnieniach prawo Daltona nie jest dokładnie spełnione. Ponieważ istnieje interakcja między składnikami mieszaniny. Komponenty nie są już niezależne. Dalton wyjaśnił swoje prawo, posługując się hipotezą atomistyczną.

Niech w mieszaninie gazów będzie i składnik, wówczas równanie Mendelejewa-Cliperona będzie miało postać:

\[ ((p)_1+p_2+\dots +p_i)V=(\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)((\mu )_2)+\dots +\frac(m_i )((\mu )_i))RT\ \quad \lewy(3\prawy), \]

gdzie \(m_i\) to masy składników mieszaniny gazowej, \((\mu )_i\) to masy molowe składników mieszaniny gazowej.

Jeśli wejdziesz \(\lewy\lange \mu \prawy\rangle \) takie, że:

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

następnie zapisujemy równanie (3) w postaci:

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

Prawo Daltona można zapisać jako:

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

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

Gdzie \(x_i-molarne\ stężenie\ i-tego\) gazu w mieszaninie, natomiast:

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

gdzie \((\nu )_i \) jest liczbą moli \(i-tego \) gazu w mieszaninie.

JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce.
Aby wykonać obliczenia, musisz włączyć kontrolki ActiveX!

Mieszanina gazowa jest w stanie równowagi, jeżeli stężenia składników i parametry jej stanu w całej objętości mają jednakowe wartości. W tym przypadku temperatura wszystkich gazów zawartych w mieszaninie jest taka sama i równa temperaturze mieszaniny T cm.

W stanie równowagi cząsteczki każdego gazu są równomiernie rozproszone w całej objętości mieszaniny, to znaczy mają swoje własne specyficzne stężenie, a zatem własne ciśnienie R I, Pa, który nazywa się częściowy . Definiuje się to w następujący sposób.

Ciśnienie cząstkowe jest równe ciśnieniu danego składnika pod warunkiem, że sam on zajmuje całą objętość przeznaczoną dla mieszaniny w temperaturze mieszaniny T cm .

Zgodnie z prawem angielskiego chemika i fizyka Daltona, sformułowanym w 1801 r., ciśnienie mieszaniny gazów doskonałych p cm równy sumie ciśnień cząstkowych jego składników p I :

Gdzie N– liczba komponentów.

Wyrażenie (2) jest również nazywane prawo ciśnień cząstkowych.

3.3. Zmniejszona objętość składnika mieszaniny gazowej. Prawo Amaga

Z definicji zmniejszona objętość I składnik mieszaniny gazowej V I, m3, to objętość, jaką mógłby zająć ten jeden składnik, pod warunkiem, że jego ciśnienie i temperatura są równe ciśnieniu i temperaturze całej mieszaniny gazów.

Prawo francuskiego fizyka Amaga, sformułowane około 1870 roku, stwierdza: suma zredukowanych objętości wszystkich składników mieszaniny jest równa objętości mieszaninyV cm :

, m 3. (3)

3.4. Skład chemiczny mieszaniny gazów

Można określić skład chemiczny mieszaniny gazów trzy różne sposoby.

Rozważmy mieszaninę gazów składającą się z n składników. Mieszanka zajmuje objętość V cm, m 3, ma masę M cm, kg, ciśnienie R cm, Pa i temperatura T cm, K. Liczba moli mieszaniny wynosi również N cm, kret. Jednocześnie masa jednego I komponent M I, kg i liczbę moli tego składnika ν I, kret.

To oczywiste, że:

, (4)

. (5)

Korzystając z prawa Daltona (2) i prawa Amaga (3) dla rozpatrywanej mieszaniny możemy napisać:

, (6)

, (7)

Gdzie R I– ciśnienie cząstkowe I składnik, Pa; V I– zmniejszona objętość I składnik, m3.

Jednoznacznie skład chemiczny mieszaniny gazów można określić albo masowo, molowo, albo ułamkami objętościowymi jej składników:

, (8)

, (9)

, (10)

Gdzie G I , k I I R I– ułamki masowe, molowe i objętościowe I odpowiednio składnik mieszaniny (wartości bezwymiarowe).

To oczywiste, że:

,
,
. (11)

Często w praktyce skład chemiczny mieszaniny nie jest podawany we frakcjach I składnik i jego procent.

Na przykład w ciepłownictwie przyjmuje się w przybliżeniu, że suche powietrze składa się z 79% objętościowych azotu i 21% objętościowych tlenu.

Procent I Składnik mieszanki oblicza się mnożąc jego udział przez 100.

Na przykład przy suchym powietrzu będziemy mieli:

,
. (12)

Gdzie
I
– udziały objętościowe azotu i tlenu w suchym powietrzu; N 2 i O 2 – oznaczenie procentu objętościowego odpowiednio azotu i tlenu, % (obj.).

Notatka:

1)Ułamki molowe idealnej mieszaniny są liczbowo równe ułamkom objętościowym:k I = R I . Udowodnijmy to.

Korzystając z definicji ułamka objętościowego(10)i prawo Amaga (3) możemy napisać:

, (13)

GdzieV I – zmniejszona objętośćIskładnik, m 3 ; ν I – liczba moliIskładnik, mol; – objętość jednego molaIskładnika pod ciśnieniem mieszaniny p cm i temperatura mieszaniny T cm , M 3 /mol.

Z prawa Avogadro (patrz paragraf 2.3 niniejszego dodatku) wynika, że ​​przy tej samej temperaturze i ciśnieniu jeden mol dowolnego gazu (składnika mieszaniny) zajmuje tę samą objętość. W szczególności w T cm i s cm będzie to pewna objętośćV 1 , M 3 .

Dzięki temu możemy zapisać równość:

. (14)

Zastępowanie(14)V(13)dostajemy to, czego potrzebujemy:

. (15)

2)Udziały objętościowe składników mieszaniny gazów można obliczyć, znając ich ciśnienia cząstkowe. Pokażmy to.

RozważmyI--ty składnik doskonałej mieszaniny gazów w dwóch różnych stanach: gdy ma ciśnienie cząstkowe p I ; gdy zajmuje zmniejszoną objętośćV I .

Równanie stanu gazu doskonałego obowiązuje dla każdego z jego stanów, w szczególności dla dwóch wymienionych powyżej.

Zgodnie z tym i biorąc pod uwagę definicję objętości właściwej, możemy napisać:

, (16)

, (17)

GdzieR I – stała gazowaIskładnik mieszaniny, J/(kg · K).

Po podzieleniu obu części(16)I(17)na siebie otrzymujemy wymagane:

. (18)

Z(18)widać, że ciśnienia cząstkowe składników mieszaniny można obliczyć na podstawie jej składu chemicznego, przy znanym ciśnieniu całkowitym mieszaniny p cm :

. (19)

Przesyłanie dobrych prac do bazy wiedzy jest łatwe. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.

Opublikowano w dniu http://www.allbest.ru/

Wstęp

Inżynieria cieplna to nauka zajmująca się badaniem metod pozyskiwania, przetwarzania, przekazywania i wykorzystania ciepła, a także zasad działania i cech konstrukcyjnych silników, aparatury i urządzeń cieplnych. Ciepło wykorzystywane jest we wszystkich obszarach działalności człowieka.

Aby ustalić najbardziej racjonalne sposoby jego wykorzystania, analizować efektywność procesów pracy instalacji cieplnych i tworzyć nowe, najbardziej zaawansowane typy jednostek cieplnych, konieczne jest opracowanie podstaw teoretycznych ciepłownictwa. Istnieją dwa zasadniczo różne kierunki wykorzystania ciepła – energetyczny i technologiczny.

Wykorzystywane jako energia ciepło zamieniane jest na pracę mechaniczną, za pomocą której w generatorach wytwarzana jest energia elektryczna, wygodna do przesyłania na odległość. Ciepło pozyskiwane jest poprzez spalanie paliwa w kotłowniach lub bezpośrednio w silnikach spalinowych.

W procesach technologicznych ciepło wykorzystuje się do celowej zmiany właściwości różnych ciał (topienie, krzepnięcie, zmiana struktury, właściwości mechanicznych, fizycznych, chemicznych). Ilość wytwarzanych i zużywanych zasobów energii jest ogromna.

Inżynieria cieplna jest ogólną dyscypliną techniczną w kształceniu specjalistów specjalności technicznych i składa się z trzech powiązanych ze sobą przedmiotów: termodynamiki technicznej, podstaw teorii wymiany ciepła, w której omawiane są prawa transformacji i właściwości energii cieplnej oraz procesy rozprzestrzeniania się ciepła wystudiowany.

Celem kierunku Inżynieria Cieplna jest przygotowanie inżyniera-chemika-technologa posiadającego umiejętności kompetentnego kierowania projektowaniem i funkcjonowaniem nowoczesnej produkcji chemicznej, będącej zespołem procesów technologicznych i cieplnych oraz odpowiadających im urządzeń technologicznych i elektroenergetycznych. Szkolenie to przyczyni się do pomyślnej realizacji powyższych zadań przez absolwentów uczelni inżynierii chemicznej. Znaczenie takiego przygotowania będzie rosło, gdyż do grona praktycznie znaczących i efektywnych zaliczają się energetyka jądrowa, termojądrowa i odnawialna, gdyż – jak głosi znane powiedzenie – żadna energia nie jest tak droga jak jej brak.

gazowa częściowa turbina gazowa konwekcyjna

Pytanie teoretyczne nr 1

Pojęcie mieszaniny gazów. Częściowe ciśnienie. Prawo Daltona. Częściowa objętość. Prawo Amaga. Metody określania mieszanin gazowych. Zagrożenie pożarowe w przypadku łatwopalnych mieszanin z powietrzem

Mieszanina gazów to mieszanina kilku gazów doskonałych, które nie wchodzą ze sobą w żadne reakcje chemiczne. Przykłady mieszanin gazowych obejmują: powietrze atmosferyczne, które składa się z mieszaniny głównie azotu i tlenu; gaz ziemny; spaliny silników spalinowych (ICE), które zawierają CO 2, CO, N 2, NO 2, O 2 i inne gazy, wilgotne powietrze (para wodna) w suszarniach itp.

Główną zasadą określającą właściwości mieszaniny gazów jest zasada niezależności działania gazów w mieszaninie, to znaczy każdy gaz w mieszaninie działa niezależnie od innych gazów, nie zmienia swoich właściwości i przestrzega wszystkich praw gazowych. Ponadto każdy gaz zajmuje całą objętość mieszaniny i wszystkie gazy w mieszaninie mają tę samą temperaturę, a właściwości mieszaniny gazów są sumą właściwości wszystkich jej składników.

Wynika z tego, że mieszaniny gazów podlegają tym samym prawom i równaniom, co jednorodne gazy doskonałe. Podstawowym prawem określającym zachowanie mieszaniny gazów jest prawo Daltona: całkowite ciśnienie mieszaniny gazów doskonałych jest równe sumie ciśnień cząstkowych wszystkich jej składników:

R cm= str 1 + str 2 + … + r N =

gdzie P cm jest ciśnieniem mieszaniny gazów; P 1, P 2, P n - ciśnienia cząstkowe składników mieszaniny.

Każdy składnik mieszaniny, zajmujący całą objętość mieszaniny, znajduje się pod własnym ciśnieniem cząstkowym. Jeśli jednak składnik ten zostanie umieszczony pod ciśnieniem P cm w tej samej temperaturze mieszaniny T cm, wówczas zajmie objętość mniejszą (V i) niż objętość mieszaniny V cm). Ta objętość Vi nazywana jest zredukowaną lub częściową.

Ciśnienie cząstkowe oblicza się korzystając z równania stanu danego elementu:

Stąd, .

Aby porównać objętościowo gazy zawarte w mieszaninie, wprowadza się pojęcie objętości częściowej.

Objętość częściowa (zredukowana) danego składnika to objętość warunkowa, jaką miałby dany składnik, gdyby sam znajdował się w temperaturze i ciśnieniu mieszaniny. Zależność między objętością mieszaniny gazów a objętościami cząstkowymi poszczególnych gazów w mieszaninie odzwierciedla prawo Amaga (prawo addytywności): całkowita objętość mieszaniny gazów jest równa sumie częściowych objętości jej składników:

V cm= V 1 + V 2 +...+ V N = .

Aby obliczyć objętość cząstkową, piszemy dwa równania stanu dla dowolnego gazu zawartego w mieszaninie:

pierwszy ma miejsce, gdy gaz ma ciśnienie cząstkowe R 1 , zajmuje całą objętość mieszaniny V cm ma temperaturę mieszaniny T cm:

R 1 V cm= m 1 R 1 ·T cm;

drugi - gdy gaz ma zmniejszoną objętość Vi przy ciśnieniu P cm i temperaturze mieszaniny T cm:

R cmV 1 = m 1 R 1 ·T cm.

Dzieląc pierwsze równanie przez drugie, otrzymujemy równania stanu elementu

gdzie P cm i V cm to ciśnienie i objętość mieszaniny; Pi i Vi to ciśnienie i objętość składnika i.

Stąd wyrażamy częściową objętość komponentu:

Właściwości mieszaniny gazów zależą od jej składu, który można określić za pomocą ułamków masowych, objętościowych i molowych.

Ułamek masowy składnik mieszaniny g i jest wartością równą stosunkowi masy składnika do masy całej mieszaniny:

gdzie m i jest masą tego składnika; m cm to masa całej mieszaniny zawierającej n składników.

Ponieważ masa mieszaniny m jest równa sumie mas wszystkich składników:

wówczas suma ułamków masowych jest równa:

Znając udziały masowe poszczególnych gazów wchodzących w skład mieszaniny, można wyznaczyć ich ciśnienia cząstkowe

stąd

Ułamki masowe są często określane jako procenty. Na przykład dla suchego powietrza: g(N 2) = 77%; g(O2) = 23%.

Ułamek objętościowy składnik mieszaniny r i jest wartością równą stosunkowi częściowej objętości składnika do objętości mieszaniny:

Gdzie V I- objętość cząstkowa danego składnika; V cm- objętość całej mieszaniny.

Ponieważ objętość mieszaniny jest równa sumie objętości cząstkowych składników, suma ułamków objętościowych jest równa: .

Ułamki objętościowe są podawane w procentach. Na przykład dla powietrza: r(N 2) = 79%; r(02) = 21%.

Ułamek molowy składnik mieszaniny x i jest wartością równą stosunkowi liczby moli tego składnika do całkowitej liczby moli mieszaniny:

Ponieważ całkowita liczba moli mieszaniny jest równa sumie liczb moli każdego składnika, oczywiste jest, że:

Zgodnie z prawem Avogadro objętości mola dowolnego gazu przy tym samym ciśnieniu i temperaturze, w szczególności w temperaturze i ciśnieniu mieszaniny, są takie same w stanie gazu doskonałego. Dlatego zmniejszoną objętość dowolnego składnika można obliczyć jako iloczyn objętości mola V M przez liczbę moli tego składnika, tj. V I = V MN, a objętość mieszaniny jest zgodna ze wzorem V = V MN.

dlatego określenie gazów wchodzących w skład mieszaniny w ułamkach molowych jest równoznaczne z podaniem ich ułamków objętościowych.

Zależność między masą a ułamkiem molowym można znaleźć z równania:

W rezultacie mamy następujące zależności:

W otrzymanych równaniach M CM- średnia (pozorna) masa cząsteczkowa danej mieszaniny gazów, tj. masa cząsteczkowa takiego warunkowo jednorodnego gazu, który pod względem swoich właściwości jest podobny do danej mieszaniny gazów.

Na tej podstawie wartość M CM określony na podstawie składu mieszaniny w następujący sposób:

Ponieważ stosunek:

Dodawanie zależności wielkości G I dla wszystkich składników mieszaniny gazowej mamy:

Po przekształceniach otrzymujemy:

Równanie stanu mieszaniny gazowej można przyjąć z następujących powodów. Z zasady niezależności wynika, że ​​jeśli każdy gaz w mieszaninie, niezależnie od pozostałych, spełnia równanie stanu, to całą mieszaninę można uznać za jeden jednorodny gaz o swoich specjalnych właściwościach, który również spełnia równanie stanu , tj.

Gdzie R C.M.- średnia pozorna stała gazowa mieszaniny, określona na podstawie średniej masy cząsteczkowej mieszaniny:

Ogrom R C.M. można również znaleźć na podstawie składu mieszaniny po podstawieniu zależności M CM:

Sumując wszystkie składniki otrzymujemy:

Suma po lewej stronie równania jest równa objętości mieszaniny. Dzielenie obu stron równania przez masę mieszaniny M dostajemy

Suma po prawej stronie równania reprezentuje stałą gazową mieszaniny:

Niektóre gazy i pary w określonych mieszaninach z powietrzem są wybuchowe. Zagrożenie pożarowe mieszanin gazowych określa się na podstawie stężenia w mieszaninie palnych gazów, par lub pyłów. Przy dolnej granicy stężenia palnego (LCFL) w mieszance znajduje się niewielka ilość paliwa i nadmiar powietrza. Wraz ze wzrostem stężenia paliwa w mieszance pojawia się brak powietrza, co prowadzi do utraty zdolności zapłonu.

Wybuch mieszaniny może nastąpić tylko przy określonych stosunkach gazów palnych zawartych w mieszaninie z powietrzem lub tlenem, charakteryzujących się dolną i górną granicą wybuchowości. Przy wyborze składu mieszaniny uwzględnia się granice wybuchowości. Na przykład mieszanina metanu i powietrza jest wybuchowa, gdy zawiera 5,3-14,9% CH4, a mieszanina amoniaku i powietrza jest wybuchowa, gdy zawiera 14,0-27% NH3. Dzięki temu zastosowana do produkcji mieszanina gazów zawierająca 12-13% CH 4 i 11-12% MN 3 jest przeciwwybuchowa w powietrzu. Jednak taka początkowa mieszanina jest bliska granic wybuchowości i aby zapobiec możliwemu naruszeniu składu, zapewniona jest automatyczna regulacja stosunku gazu. Dla całkowitego bezpieczeństwa do początkowej mieszaniny dodaje się azot.

Pytanie teoretyczne nr 2

Cykle turbin gazowych

Zespoły turbin gazowych (GTU) to urządzenia elektroenergetyczne, w których czynnikiem roboczym są gazowe produkty spalania paliwa (lub inne gazy podgrzewane w ten czy inny sposób), a silnikiem roboczym jest turbina gazowa. Turbiny gazowe zaliczane są do silników spalinowych. Różnią się od tłokowych silników spalinowych tym, że wykonywana jest w nich użyteczna praca dzięki energii kinetycznej gazu poruszającego się z dużą prędkością.

Zespoły turbin gazowych mają szereg zalet technicznych i ekonomicznych w porównaniu z silnikami tłokowymi, a mianowicie:

Mniejsza waga i małe wymiary montażowe przy dużej mocy;

Brak mechanizmu korbowego;

Jednolitość skoku i możliwość bezpośredniego połączenia z odbiorcami pracy - generatorami elektrycznymi, sprężarkami odśrodkowymi itp.;

Łatwość konserwacji;

Realizacja obiegu z pełnym rozprężeniem, a co za tym idzie z dużą sprawnością cieplną;

Możliwość stosowania tanich paliw (nafta).

Te zalety turbin gazowych przyczyniły się do ich rozpowszechnienia w wielu obszarach techniki.

Projekt pierwszej turbiny gazowej opracował inżynier mechanik rosyjskiej floty P.D. Kuzminsky'ego w 1897 r. Przeznaczony był na małą łódkę. Cechą charakterystyczną tej turbiny było działanie na parę wodną, ​​która wtryskiwana była do komory spalania w celu obniżenia temperatury gazów przed turbiną.

Powszechne zastosowanie turbin gazowych stało się możliwe dopiero po rozwiązaniu dwóch głównych problemów: stworzeniu sprężarki gazu o dużej wydajności (turbosprężarce) oraz produkcji nowych żaroodpornych stopów metali zdolnych do długotrwałej pracy w temperaturach 650 - 750°C. ?C i wyżej.

Działanie elektrowni z turbinami gazowymi opiera się na cyklach idealnych składających się z najprostszych procesów termodynamicznych. Badanie termodynamiczne tych cykli opiera się na założeniach podobnych do cykli silnika spalinowego, a mianowicie: cykle są odwracalne, ciepło jest dostarczane bez zmiany składu chemicznego płynu roboczego w cyklu, zakłada się, że odprowadzanie ciepła jest odwracalne, istnieją brak strat hydraulicznych i cieplnych, cieczą roboczą jest gaz doskonały o stałej pojemności cieplnej. W odróżnieniu od tłokowych silników spalinowych, w których procesy sprężania, dostarczania ciepła i rozprężania zachodzą w tym samym cylindrze, w zespołach z turbiną gazową procesy te zachodzą w różnych elementach instalacji, do których sekwencyjnie wpływa przepływ czynnika roboczego. Turbiny gazowe mogą pracować przy spalaniu paliwa przy stałym ciśnieniu i stałej objętości. Odpowiednie idealne cykle są podzielone na cykle:

Przy doprowadzeniu ciepła przy stałym ciśnieniu ( P = stała) -- cykl Braytona;

Przy doprowadzeniu ciepła przy stałej objętości ( w = const) -- Cykl Humphreya;.

Cykl z odzyskiem ciepła.

Cykl z dostarczaniem ciepła pod stałym ciśnieniem zyskał największe praktyczne zastosowanie.

P= konst(cykl Brightona)

Schemat ideowy zespołu turbiny gazowej, w którym spalanie paliwa odbywa się pod stałym ciśnieniem, pokazano na rys. 1, a realizowany w nim cykl rewersyjny przedstawiono na wykresach pv i Ts na rys. 1.1. W tej instalacji powietrze atmosferyczne z otoczenia o ciśnieniu p 1 i temperaturze T 1 wchodzi na wlot sprężarki (1), obracając się na tym samym wale, co turbina gazowa (4). W sprężarce powietrze jest sprężane adiabatycznie ( 1-2 ) do ciśnienia p 2, pod którym jest dostarczany do komory spalania (3), gdzie dostaje się paliwo gazowe lub ciekłe. Tutaj, przy stałym ciśnieniu, spalanie paliwa następuje przy p=ten sam (2-3 ), w wyniku czego temperatura powstałych gazowych produktów spalania wzrasta do wartości T 3 . Przy tej temperaturze i ciśnieniu p 3 = p 2 gaz wchodzi do turbiny (4), gdzie przy adiabatycznym rozprężaniu ( 3-4 ) do ciśnienia atmosferycznego p 1 wykonuje pracę, której jedna część przeznaczona jest na napędzanie sprężarki, a druga na napędzanie generatora wytwarzającego energię elektryczną. Z turbiny (4) gaz pod ciśnieniem p 4 = p 1 jest uwalniany do otaczającej atmosfery ( 4-1 ), a do sprężarki pobierane jest nowe, czyste powietrze z atmosfery.

Jako parametry definiujące idealny cykl przyjmuje się następujące parametry:

Współczynnik wzrostu ciśnienia powietrza lub (stopień sprężania) ;

Stopień wstępnej ekspansji.

Głównym termodynamicznym wskaźnikiem wydajności cyklu jest jego sprawność cieplna

i ilość ciepła usuniętego - zgodnie ze wzorem

Następnie sprawność cieplna cyklu

Zwykle wyraża się go jako funkcję stopnia wzrostu ciśnienia y. Dla adiabatycznego 1 - 2 mamy:

Dla izobaru 2 - 3

Dla adiabatycznego 3 - 4

Podstawiając uzyskane temperatury T 2, T 3 i T 4 do równania sprawności cieplnej, otrzymujemy

Z wzoru wynika, że ​​sprawność cieplna zespołu turbiny gazowej przy dopływie ciepła pod stałym ciśnieniem zależy od stopnia wzrostu ciśnienia y oraz współczynnika adiabatycznego k, rosnącego wraz ze wzrostem tych wartości.

Z zastrzeżeniem zależności

W konsekwencji, dla tego samego płynu roboczego, wzrost stopnia

Kompresja zawsze prowadzi do wzrostu wydajności.

Praca cykliczna:

Pomimo tego, że zwiększenie stopnia wzrostu ciśnienia powietrza ma korzystny wpływ na sprawność instalacji turbiny gazowej, zwiększenie tej wartości prowadzi do wzrostu temperatury gazów przed łopatkami turbiny. Wartości tej temperatury ograniczone są wytrzymałością cieplną stopów, z których wykonane są ostrza. Obecnie maksymalna dopuszczalna temperatura gazu przed turbiną wynosi 800 - 1000°C, a dalszy wzrost temperatury można osiągnąć jedynie poprzez zastosowanie nowych materiałów żaroodpornych i wprowadzenie konstrukcji turbin z chłodzonymi łopatkami.

Schemat i cykl zespołu turbiny gazowej z dopływem ciepła o godzV= konst (cykl Humphreya)

W turbozespole turbinowym pracującym w cyklu ze stałym dopływem ciepła (V=const) proces spalania paliwa odbywa się przy zamkniętych zaworach dolotowych i wylotowych zamontowanych w komorze spalania. Sprężarka 1 napędzana turbiną 6 dostarcza sprężone powietrze do komory spalania 4 poprzez sterowany zawór 7. Drugi zawór 5 znajduje się na końcu komory spalania i ma za zadanie odprowadzać produkty spalania do turbiny. Paliwo dostarczane jest do komory spalania za pomocą pompy 2 umieszczonej na wale turbiny poprzez dyszę. Dopływ paliwa powinien odbywać się okresowo poprzez zawór paliwa 3.

Wraz ze wzrostem ciśnienia otwiera się zawór 5 i produkty spalania przedostają się do aparatu dyszowego i na łopatki 6 turbiny. Gaz przechodząc przez łopatki turbiny działa i jest uwalniany do otoczenia.

Cykl tej instalacji polega na sprężaniu adiabatycznym w sprężarce ( a-c); dostawa ciepła o godz w= konst(c-z); adiabatyczne rozprężanie gazu w turbinie ( z-e); izobaryczne przekazywanie ciepła przez gaz do otaczającego powietrza ( e-a). Cykl termodynamiczny we współrzędnych pv i Ts przedstawiono na rysunku 2.1. Główne parametry cyklu to:

Stopień wzrostu ciśnienia w sprężarce;

Stopień wzrostu ciśnienia izochorycznego.

Sprawność obiegu turbiny gazowej przy dostarczaniu ciepła przy stałej objętości określa się jako:

Parametry gazu w charakterystycznych punktach cyklu wyznacza się poprzez temperaturę początkową Ta z zależności:

Podstawiając te wyrażenia na temperatury do wzoru na sprawność cieplną, otrzymujemy:

Zatem wartość sprawności zespołu turbiny gazowej przy doprowadzeniu ciepła przy stałej objętości zależy od stopnia wzrostu ciśnienia w sprężarce oraz od stopnia wzrostu ciśnienia w komorze spalania, który zależy od ilości doprowadzonego ciepła ( Q 1 ) w procesie izochorycznym.

Określa się pracę właściwą na cykl:

Porównania pomiędzy cyklami z dopływem ciepła w p=stała I w= konst najwyraźniej że przy tym samym stopniu wzrostu ciśnienia i tej samej ilości usuniętego ciepła cykl z dopływem ciepła przy stałej objętości jest bardziej opłacalny niż cykl z dopływem ciepła przy stałym ciśnieniu. Wynika to z większego stopnia ekspansji w cyklu w = stała a co za tym idzie, wysokie wartości sprawności cieplnej. Pomimo tej zalety obieg z dopływem ciepła o stałej objętości nie znalazł szerokiego zastosowania w praktyce ze względu na złożoność konstrukcji komory spalania i niszczenie turbiny przy pulsacyjnym przepływie gazu, chociaż prace nad udoskonaleniem tego cyklu trwają.

Ze względu na złożoną konstrukcję komory spalania, niezwykle rzadko stosuje się obieg turbiny gazowej z izochorycznym doprowadzeniem ciepła, mimo że ma on zwiększoną wydajność w porównaniu z obiegiem Braytona.

Cykl GTU z odzyskiem ciepła

Jednym ze sposobów zwiększenia sprawności cieplnej elektrowni z turbinami gazowymi jest zastosowanie odzysku ciepła. Odzysk ciepła polega na wykorzystaniu ciepła ze gazów spalinowych do wstępnego podgrzania powietrza wchodzącego do komory spalania. Regeneracja ciepła jest możliwa pod warunkiem, że T 4 > T 2. W tym celu do obwodu instalacyjnego wprowadza się dodatkowe urządzenie - wymiennik ciepła.

Schemat instalacji turbiny gazowej ze spalaniem przy P = const z odzyskiem ciepła pokazano na rysunku 3. Różnica pomiędzy instalacją turbiny gazowej z odzyskiem ciepła a instalacją bez regeneracji polega na tym, że sprężone powietrze nie wchodzi ze sprężarki 1 bezpośrednio do spalania komora 4, ale najpierw przechodzi przez regenerator powietrza - wymiennik ciepła 3, w którym jest podgrzewany ciepłem gazów spalinowych. Odpowiednio gazy opuszczające turbinę przed ujściem do atmosfery przechodzą przez regenerator powietrza, gdzie są schładzane, podgrzewając sprężone powietrze. W ten sposób pewna część ciepła, które wcześniej było odprowadzane do atmosfery przez spaliny, jest obecnie wykorzystywana w sposób pożyteczny.

Cykl turbiny gazowej z regeneracją i izobarycznym dostarczaniem ciepła na wykresach P,v - i T,s - przedstawiono na rysunku 1.

Ryż. 1 Schemat cieplny zespołu turbiny gazowej z odzyskiem ciepła

Rozpatrywany cykl składa się z procesu adiabatycznego sprężania powietrza w sprężarce 1 - 2, procesu 2 - 5, czyli izobarycznego nagrzewania powietrza w regeneratorze, procesu izobarycznego 5 - 3, odpowiadającego dostawie ciepła w komora spalania na skutek spalania paliwa, proces adiabatycznego rozprężania gazów 3 - 4 w turbinie, izobaryczne chłodzenie spalin w regeneratorze 4 - 1.

Ilość ciepła dostarczonego do płynu roboczego w procesie izobarycznym

i to, co jest usuwane w procesie izobarycznym

Podstawiając q 1 i |q 2 | w ogólnym stosunku

Dostaniemy to.

Wyznacza się temperatury w głównych punktach cyklu:

Sprawność cieplna obiegu turbiny gazowej przy doprowadzeniu ciepła w R = stała a całkowita regeneracja zależy od temperatury początkowej T1 i temperatury na końcu rozprężania adiabatycznego T4.

W rzeczywistych warunkach ciepło regeneracji nie jest całkowicie przekazywane, ponieważ wymienniki ciepła nie są idealne. Sprawność cieplna cyklu będzie zależała od stopnia regeneracji. Stopień regeneracji to stosunek ilości ciepła oddanego do powietrza otrzymanego przez sprężone powietrze w regeneratorze do ilości ciepła, które mogłoby ono otrzymać, gdyby zostało ogrzane od T 2 do T 5 = T 4 na wylocie turbiny gazowej .

Sprawność cieplna obiegu turbiny gazowej przy niepełnej regeneracji, tj. o godz<1, определяется следующим образом

Stopień regeneracji zależy od jakości i powierzchni powierzchni roboczych wymiennika ciepła (regeneratora).

Obecnie tego typu turbiny gazowe stosowane są w instalacjach stacjonarnych ze względu na dużą masę i gabaryty regeneratora np. w elektrowniach okrętowych.

Zadanie nr 1

Określ skład objętościowy, masę cząsteczkową, stałą gazową i objętość mieszaniny, jeżeli jej skład masowy jest następujący: propan – 48,7%, butan – 16,8%, heksan – 14,6%, etylen – 4,7%, azot – 15,2%. Ciśnienie mieszaniny wynosi 3 bary, masa i temperatura mieszaniny są odpowiednio równe

Waga, kg	Temperatura, 0 stopni C

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

Znajdź: i - ?, M cm - ?,

R cm - ?, V cm - ?

1. Korzystając z danych referencyjnych określamy masy cząsteczkowe składników:

M(C3H8) = 44 kg/kmol;

M(C4H10) = 58 kg/kmol;

M(C6H14) = 86 kg/kmol;

M(C2H4) = 28 kg/kmol;

M(N2) = 28 kg/kmol.

2. Obliczmy stałe gazowe gazów, korzystając z wartości uniwersalnej stałej gazowej R = 8,314 kJ/kmol K:

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

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

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

R(C2H4) = 0,2969 kJ/kg K = 296,9 J/kg K;

R(N2) = = 0,2969 kJ/kg K = 296,9 J/kg K.

3. Wyznaczmy stałą gazową mieszaniny:

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+45,13 = 189,43 J/kg K.

4. Określmy ułamki objętościowe składników zawartych w mieszaninie:

gdzie R cm jest stałą gazową mieszaniny, J/(kg · K);

R i jest stałą gazową poszczególnych składników mieszaniny J/(kg · K).

5. Oblicz masę cząsteczkową mieszaniny:

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. Oblicz objętość mieszaniny gazów, wyrażając ją z równania Clayperona:

RV = M R T,

m 3 /kg.

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

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

r(C2H4) - 7,3%; Rcm - 189,43 J/kg K.

r(N 2) - 23,8%; V cm - 1,648 m 3 /kg.

Problem nr 2

Mieszanina gazów w reaktorze ma następujący skład objętościowy: tlenek węgla = 14%, azot = 6%, tlen = 75%, para wodna = 5% i jest podgrzewana od t1 do t2. Określ ilość ciepła dostarczonego do mieszaniny gazów. Zaakceptuj zależność pojemności cieplnej od temperatury zgodnie z Twoim wyborem

			stały

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

Znajdź: Q -?

1. Z warunków zadania wynika, że ​​zależność pojemności cieplnej od temperatury jest stała, to znaczy nie zależy od temperatury, dlatego pojemność cieplną określa się według wzoru:

gdzie C jest pojemnością cieplną gazu, kJ/kmol K;

M i to masa cząsteczkowa składnika, g/kmol.

Dla gazów dwuatomowych (azot, tlen) C w = 20,93 kJ/kmol K, dla pary wodnej i innych gazów wieloatomowych C w = 25 kJ/kmol K.

Obliczmy pojemności cieplne komponentów:

kJ/kmol K;

kJ/kmol K;

kJ/kmol K;

kJ/kmol K.

Obliczmy całkowitą pojemność cieplną mieszaniny gazów:

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 K.

2. Oblicz ilość ciepła przy stałej pojemności cieplnej korzystając ze wzoru:

Q = mC w(T 2 - T 1 )

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

Odpowiedź: Q = 1844,44 J.

Zadanie nr 3

Powietrze pracuje w cyklu z izochorycznym dopływem ciepła. Wyznaczyć parametry cyklu w punktach charakterystycznych oraz pracę użyteczną cyklu, jeżeli masa powietrza, ciśnienie początkowe, temperatura początkowa, stopień sprężania i ilość ciepła dostarczonego podczas spalania są odpowiednio równe

	P 1 = 9 10 3 Pa

Znajdź: A =?

Cykl z izochorycznym dostarczaniem ciepła (cykl Otto) składa się z dwóch adiabatów i dwóch izochorów. Charakterystyka cyklu to:

stopień sprężania - ;

stopień wzrostu ciśnienia - ;

Ilość ciepła dostarczonego i odebranego określa się według wzorów:

Pracę cyklu wyznaczają:

1. Wyznaczmy parametry cyklu w charakterystycznych punktach.

a) Wyznaczmy parametry w punkcie 1.

P 1 = 90 10 3 Pa; T1 = 298 K; M powietrze = 28,97 kg/kmol.

Stała gazowa powietrza wynosi

Obliczmy objętość właściwą powietrza V 1, wyrażając ją z równania Clayperona:

b) Ustalmy parametry w punkcie 2.

Stopień kompresji wynosi

Stąd m3/kg.

Z równania adiabatycznego (proces 1-2 - sprężanie adiabatyczne) wyrażamy temperaturę

gdzie k jest wskaźnikiem adiabatycznym (dla powietrza wynosi 1,4).

Ciśnienie P2 można znaleźć na podstawie wyrażenia

c) Ustalmy parametry w punkcie 3.

Ponieważ 2 - 3 to izochor, wówczas V 3 = V 2 = 0,7125 m 3 /kg.

Z zależności wyznacza się temperaturę w punkcie 3

Biorąc Ms v = 20,98 kJ/kg K, M (powietrze) = 28,97 kg/kmol, otrzymujemy

stąd,

Ciśnienie P 3 wyznacza się z zależności

d) Ustalmy parametry w punkcie 4.

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

stąd wyrażamy ciśnienie w punkcie 4

2. Określ użyteczną pracę cyklu.

Obliczmy ilość usuniętego ciepła:

Użyteczna praca w cyklu to

Odpowiedź: l ts= 680,56 kJ.

Problem nr 4

Znajdź najwyższy stopień sprężania w cyklu z izochorycznym dopływem ciepła, jeśli wiadomo, że ciśnienie początkowe wynosi 100 kPa, wykładnik adiabatyczny wynosi 1,3, a temperatura początkowa i temperatura samozapłonu mieszaniny palnej wynoszą:

sam t = 430 0 C	P 1 =10 10 3 Pa

Ponieważ występuje izochoryczne dostarczanie ciepła, stopień kompresji wyrażamy z równania adiabatycznego:

Obliczmy stopień kompresji:

Odpowiedź: stopień kompresji? max w cyklu z izochorycznym dostarczaniem ciepła wynosi 26,9. Im wyższy stopień sprężania, tym wyższa wydajność cyklu.

Zadanie nr 5

Powietrze wypływa ze zbiornika. Znaleźć wartość ciśnienia medium, przy której teoretyczna prędkość wypływu adiabatycznego będzie równa prędkości krytycznej oraz wielkość tej prędkości, jeżeli ciśnienie początkowe i temperatura są odpowiednio równe

	P 1 =5 10 6 Pa

Znajdź: P 2 = ?

Powietrze jest gazem dwuatomowym, stąd wartość krytyczna dla powietrza wynosi 0,528.

Z relacji wyrażamy i znajdujemy ciśnienie ośrodka P 2:

Wyznaczmy wartość b i porównajmy ją z wartością krytyczną dla powietrza: 0,528 = 0,528.

Ponieważ adiabatyczny wypływ gazu następuje w? w kr wówczas teoretyczna prędkość wypływu gazu będzie równa prędkości krytycznej i jest określona wzorem

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

Pytanie teoretyczne nr 3

Konwekcyjne przenoszenie ciepła z wymuszonym ruchem płynu. Przenikanie ciepła podczas wymuszonego ruchu płynu przez kanały.

Konwekcyjne przenoszenie ciepła to połączony proces konwekcji i przewodności cieplnej, ponieważ podczas ruchu cieczy lub gazu nieuchronnie stykają się poszczególne cząstki o różnych temperaturach.

Konwekcyjna wymiana ciepła pomiędzy przepływem cieczy lub gazu a powierzchnią ciała stałego nazywa się konwekcyjnym przenoszeniem ciepła, co

często towarzyszy przenoszenie ciepła przez promieniowanie.

W zależności od przyczyny powodującej ruch cieczy wyróżnia się dwa rodzaje ruchu: swobodny (konwekcja naturalna) i wymuszony (konwekcja wymuszona).

Swobodny ruch następuje na skutek różnicy gęstości cząstek ogrzanego i zimnego płynu, co powoduje pojawienie się siły nośnej. Cząsteczki cieczy stykające się z ogrzaną powierzchnią ciała nagrzewają się i stają się lżejsze od zimnych cząstek znajdujących się nad nimi. Taki układ cząstek jest niestabilny: zimne cząstki mają tendencję do opadania i wypierania lżejszych, ogrzanych cząstek, które muszą wykonywać ruch w górę w kierunku opadających zimnych cząstek. Powstaje złożony, chaotyczny ruch, w którym zderzają się prądy wznoszące i zstępujące. Im więcej ciepła jest przekazywane, tym intensywniejszy jest swobodny przepływ płynu. Ilość przekazywanego ciepła jest proporcjonalna do powierzchni ciała i różnicy temperatur pomiędzy powierzchnią oddającą ciepło (lub odbierającą ciepło) a cieczą. Różnica temperatur określa siłę nośną ruchu, a powierzchnia określa strefę rozkładu procesu wymiany ciepła.

Wymuszony ruch następuje pod wpływem siły działającej na ciecz z zewnątrz - pompy, wiatru, wentylatora, sprężarki, eżektora itp. W tym przypadku na wlocie i wylocie kanału, przez który przepływa ciecz, ustala się różnica ciśnień cieczy. płynne ruchy. Siła napędowa zależy głównie od różnicy ciśnień. Natężenie wymiany ciepła podczas wymuszonego ruchu cieczy zależy od prędkości jej ruchu, rodzaju i właściwości fizycznych cieczy, jej temperatury, kształtu i wielkości kanału, w którym zachodzi wymiana ciepła.

Intensywność procesu konwekcyjnego przenoszenia ciepła jest ograniczona procesem przewodzenia ciepła na granicy cieczy z powierzchnią stałą oraz w warstwie granicznej stosunkowo nieruchomych cząstek cieczy przylegających do powierzchni stałej. Intensywność konwekcyjnego przenoszenia ciepła można zwiększyć poprzez zwiększenie prędkości ruchu płynu względem powierzchni stałej, co pozwala na zmniejszenie grubości warstwy granicznej. Proces ten obejmuje dwa etapy i dwa rodzaje przenoszenia energii cieplnej:

Przenoszenie energii cieplnej poprzez konwekcję w objętości cieczy lub gazu;

Przenoszenie energii cieplnej poprzez przewodzenie ciepła w cienkiej, wolno poruszającej się warstwie cieczy lub gazu bezpośrednio przylegającej do ściany stałej i zwanej warstwą graniczną lub podwarstwą laminarną;

Przenoszenie ciepła poprzez przewodzenie ciepła poprzez bezpośredni kontakt cząstek cieczy lub gazu z cząstkami ściany stałej bezpośrednio na granicy powierzchni ciała stałego.

Na podstawie powyższych przepisów otrzymano podstawowe równanie konwekcyjnego przenoszenia ciepła, zwane równaniem Newtona-Richmanna:

gdzie q to właściwy strumień ciepła podczas konwekcyjnej wymiany ciepła, W/m2;

Q - całkowity przepływ ciepła, W;

F - powierzchnia konwekcyjnej wymiany ciepła, m2;

l w - współczynnik przewodzenia ciepła cieczy (gazu) w warstwie przyściennej, W/m 2 K;

d p.s. - grubość warstwy granicznej cieczy (gazu) przylegającej do powierzchni wymiany ciepła, m;

b - współczynnik przenikania ciepła charakteryzujący warunki wymiany ciepła pomiędzy cieczą a ścianą stałą, W/m 2 K.

Współczynnik przenikania ciepła B - główną cechą procesu konwekcyjnego przenoszenia ciepła i jest złożoną funkcją dużej liczby niezależnych wielkości charakteryzujących to zjawisko.

Jednym z głównych zadań konwekcyjnego przenoszenia ciepła jest określenie współczynnika przenikania ciepła w określonych warunkach. Analityczne określenie współczynnika przenikania ciepła jest z reguły niemożliwe, ponieważ jego wartość zależy od wielu zmiennych: parametrów procesu, stałych fizycznych, wymiarów geometrycznych i warunków brzegowych. Współczynnik przenikania ciepła wyznacza się za pomocą wzorów empirycznych, które zestawia się w formie kryterialnej zgodnie z zasadami teorii podobieństwa. Dwa procesy konwekcyjnego przenoszenia ciepła uważa się za podobne, jeśli wszystkie parametry charakteryzujące konwekcyjne przekazywanie ciepła są podobne.

Aby uprościć proces ustalania podobieństwa, stosuje się bezwymiarowe zespoły parametrów fizycznych - liczby lub kryteria podobieństwa. Istnieje wiele liczb podobieństwa. Do konwekcyjnego przenoszenia ciepła

użyj następujących pięciu liczb podobieństwa.

Liczba Reynoldsa charakteryzuje reżim przepływu cieczy lub gazu i wyraża stosunek sił bezwładności (ciśnienia prędkości) do sił tarcia lepkiego:

Gdzie w- średnia prędkość cieczy lub gazu, m/s;

l- charakterystyczny rozmiar, m;

w- współczynnik lepkości kinematycznej, m 2 /s.

Przy liczbach Reynoldsa mniejszych niż 2000 mod uważa się za laminarny; przy liczbach większych niż 10 000 tryb ruchu jest turbulentny; w przypadku liczb z zakresu od 2000 do 10000 tryb jest przejściowy.

numer Prandtla ustala zależność pomiędzy grubością

dynamiczne i termiczne warstwy graniczne:

gdzie a jest współczynnikiem dyfuzji cieplnej, m 2 /s;

n jest współczynnikiem lepkości kinematycznej, m 2 /s.

Numer Nusselta charakteryzuje intensywność konwekcyjnej wymiany ciepła pomiędzy cieczą (gazem) a powierzchnią ciała stałego:

gdzie b jest współczynnikiem przenikania ciepła, W/(m 2 CHK);

l - charakterystyczny rozmiar, m;

l - współczynnik przewodności cieplnej gazu lub cieczy, W/(mCHK).

Numer Grashofa charakteryzuje intensywność swobodnego konwekcyjnego przenoszenia ciepła:

gdzie g = 9,81 m/s 2 - przyspieszenie swobodnego spadania;

b - współczynnik rozszerzalności objętościowej: dla cieczy b podano w podręcznikach (Załącznik L), dla gazów - b = 1/T, 1/K;

l - charakterystyczny rozmiar, m;

Dt to różnica temperatur pomiędzy cząsteczkami cieczy (gazu);

n - lepkość kinematyczna, m 2 /s.

liczba Eulera charakteryzuje stosunek spadku ciśnienia do wysokości podnoszenia:

gdzie DR jest spadkiem ciśnienia w przekroju kanału, Pa;

r - gęstość cieczy (gazu), kg/m3;

w - prędkość cieczy (gazu), m/s.

Projektując wymienniki ciepła należy określić dwa parametry: współczynnik przenikania ciepła b oraz spadek ciśnienia DR. Są one zawarte w liczbach Nusselta i Eulera, tj. Są to definiowalne liczby podobieństwa. Decydujące znaczenie mają liczby Reynoldsa, Grashofa i Prandtla. Równania podobieństwa- związek pomiędzy określoną liczbą podobieństwa i definiującymi liczbami podobieństwa. Zatem podczas modelowania głównym celem jest znalezienie równań:

Ogólne równanie podobieństwa dla konwekcyjnego przenoszenia ciepła ma postać

Gdzie c, n, m, d- współczynniki określone w badaniach eksperymentalnych.

W równaniach kryterialnych mnożnik uwzględnia kierunek przepływu ciepła przez stosunek, natomiast Pr jest liczbą Prandtla dla cieczy (gazu) w jej temperaturze; Prst – liczba Prandtla dla cieczy (gazu) w temperaturze ścianki.

Parametry fizyczne zawarte we wzorach należy przyjmować w temperaturze definiującej, która jest wskazana dla każdego przypadku wymiany ciepła i stosuje się następujące temperatury definiujące:

t ST – średnia temperatura ściany;

tf - średnia temperatura cieczy lub gazu;

t PL to średnia temperatura warstwy granicznej (filmu), określona jako średnia arytmetyczna pomiędzy t L i t ST.

Średnią temperaturę cieczy (gazu) można w przybliżeniu zdefiniować jako średnią arytmetyczną pomiędzy początkową i końcową temperaturą cieczy.

Proces przekazywania ciepła podczas przepływu cieczy w rurach jest bardziej złożony w porównaniu do procesu przekazywania ciepła podczas mycia płaskiej powierzchni o nieograniczonym przepływie, w którym na ciecz wypływającą z ciała nie wpływają procesy zachodzące w pobliżu ściany. Przekrój rury ma skończone wymiary. W rezultacie w rurze, począwszy od pewnej odległości od wlotu, ciecz na całym przekroju ulega hamowaniu siłami lepkości. Ze względu na skończone wymiary rury temperatura cieczy zmienia się zarówno w przekroju, jak i wzdłuż długości kanału. Wszystko to wpływa na wymianę ciepła.

Przepływ płynu w rurach może być laminarny, przejściowy i turbulentny.

Przy laminarnym lub warstwowym, spokojnym ruchu strumieniowym strumienie cieczy powtarzają kontury kanału lub ściany, czyli nie mieszają się. Rozprzestrzenianie się ciepła w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu wynika wyłącznie z przewodności cieplnej.

Przy ruchu turbulentnym ciecz jest stale mieszana. Prędkość cząstki cieczy w każdym momencie zmienia się pod względem wielkości i kierunku. W reżimie turbulentnym ciepło przenoszone jest na drodze przewodzenia ciepła jedynie w lepkiej podwarstwie, natomiast wewnątrz turbulentnego rdzenia proces ten odbywa się poprzez intensywne mieszanie cząstek cieczy.

Przejście od laminarnego do turbulentnego i odwrotnie następuje w pewnych warunkach. Parametry przejścia są określone przez liczbę Reynoldsa. Na przykład dla gładkich rur liczba ta wynosi około 2300.

Kiedy płyn porusza się laminarnie, rozróżnia się dwa tryby: lepki i lepko-grawitacyjny.

Lepkość to rodzaj ruchu, w którym siły lepkości przeważają nad siłami nośnymi w płynie. Ten sposób ruchu występuje przy wymuszonym ruchu lepkich płynów i znikomo małym wpływie swobodnego ruchu. Lepki sposób ruchu obserwuje się zwykle podczas laminarnego ruchu cieczy o dużej lepkości w rurach o małej średnicy i przy niskich ciśnieniach temperaturowych.

Reżim lepkościowo-grawitacyjny to reżim ruchu płynu, gdy siły nośne są wystarczająco duże: ruch wymuszony nakłada się na ruch swobodny, którego wpływu na przenoszenie ciepła nie można pominąć. W tym przypadku rozkład prędkości na przekroju rury zależy nie tylko od zmiany lepkości, ale także od intensywności i kierunku swobodnego ruchu cieczy, spowodowanego różnicą gęstości mniej i bardziej nagrzanych cząstki cieczy.

W rozwiniętym reżimie turbulentnym (Re>10000) stosuje się równanie:

gdzie e l jest współczynnikiem korygującym uwzględniającym wpływ początkowego odcinka przepływu na współczynnik przenikania ciepła w rurze.

Temperatura określająca to średnia temperatura cieczy lub gazu. Charakterystyczną wielkością l jest: dla rury okrągłej – średnica wewnętrzna rury d; dla rury o dowolnym kształcie - średnica zastępcza d eq

F to powierzchnia przekroju kanału, m2;

P jest całkowitym obwodem przekroju, niezależnie od tego, która część tego obwodu bierze udział w wymianie ciepła, m.

W przypadku gazów wzór jest uproszczony, ponieważ w tym przypadku kryterium Pr jest wartością prawie stałą niezależną od temperatury, Pr = 0,67...1,0 (określoną liczbą atomów w cząsteczce): .

Podczas wymiany ciepła w zakrzywionych rurach (wężownicach), na skutek efektu odśrodkowego, w przekroju rury występuje wtórna cyrkulacja, której obecność prowadzi do wzrostu współczynnika przenikania ciepła. Dlatego współczynnik przenikania ciepła należy pomnożyć przez współczynnik korygujący e zm:

gdzie d jest średnicą rury, m; D jest średnicą spirali cewki, m.

W przypadku laminarnego przepływu płynu (Re<2320) вынужденное перемещение ее частиц сопровождается также и свободным движением.

Średnią wartość współczynnika przenikania ciepła wyznacza się ze wzoru:

Przy obliczaniu kryterium Gr wartość Dt charakteryzuje różnicę temperatur pomiędzy cieczą (gazem) a ścianką.

Jeżeli chłodziwem jest gaz, wzór jest uproszczony: .

Przy ustawieniu rury pionowo wprowadza się korektę 0,85, gdy ruchy swobodne i wymuszone pokrywają się, a w kierunku przeciwnym wprowadza się korektę 1,15.

Jeśli chłodziwo jest cieczą o wysokim współczynniku lepkości, wówczas swobodna konwekcja nie wpływa na przenoszenie ciepła. Równanie podobieństwa dla reżimu lepkiego to

Za temperaturę wyznaczającą przyjmuje się średnią temperaturę cieczy, a charakterystyczną wielkością liniową jest wewnętrzna średnica rury.

W zakresie liczb Reynoldsa od 2320 do 10000 obserwuje się przejściowy reżim ruchu płynu. Aby określić współczynnik przenikania ciepła podczas ruchu nieustalonego, można skorzystać z następującego równania kryterium projektowego:

gdzie K 0 jest funkcją liczby Reynoldsa.

W równaniu za temperaturę określającą przyjmuje się średnią temperaturę cieczy, a za wielkość określającą średnicę wewnętrzną rury. D w Lub D równ

Przenikanie ciepła podczas przejściowego reżimu ruchu płynu w kanałach i rurach oblicza się przy rozwiązywaniu problemów z praktyki przeciwpożarowej.

Wzór obliczeniowy do wyznaczania średnich wartości współczynnika przenikania ciepła, uzyskany na podstawie uogólnienia danych eksperymentalnych, ma postać:

Indeks F przy liczbach Nu, Re, Pr oznacza, że ​​wszystkie parametry fizyczne są obliczane przy średniej temperaturze cieczy. W takim przypadku za decydujący rozmiar przyjmuje się wewnętrzną średnicę rury D w Lub D równ=4 F/ U dla kanałów o przekroju innym niż kołowy, gdzie F jest polem przekroju poprzecznego kanału, a U jest obwodem tego przekroju.

Mnożnik e l =1 przy l/d nar?50 i przy l/d nar<50, его принимают в зависимости от числа Рейнольдса для данных условиях

Wartość e l zależy od warunków wejścia cieczy do rury.

Dość często, aby rozwiązać problemy bezpieczeństwa pożarowego, stosuje się równania opisujące konwekcyjne przenoszenie ciepła podczas wymuszonego ruchu płynu.

Pytanie teoretyczne nr 4

Promieniowanie cieplne. Podstawowe prawa promieniowania cieplnego

Promieniowanie cieplne to metoda przenoszenia ciepła w przestrzeni kosmicznej, realizowana w wyniku propagacji fal elektromagnetycznych, których energia podczas oddziaływania z materią zamienia się w ciepło. Promieniująca wymiana ciepła wiąże się z podwójną przemianą energii: początkowo energia wewnętrzna ciała zamieniana jest na energię promieniowania elektromagnetycznego, a następnie, po przeniesieniu energii w przestrzeń przez fale elektromagnetyczne, następuje powtórne przejście energii promieniowania w pojawia się energia wewnętrzna innego ciała.

Promieniowanie cieplne ciała zależy od jego temperatury (stopnia nagrzania ciała).

Gęstość strumienia promieniowania własnego mi osobisty, W/m 2, ciało nazywa się jego emisyjnością (emisyjnością). Ten parametr promieniowania w elementarnym obszarze długości fali dl nazywany jest widmową gęstością strumienia własnego promieniowania E l, W/m 3 lub emisyjnością widmową ciała lub widmową intensywnością promieniowania.

Energia promieniowania cieplnego padająca na ciało, zgodnie z zasadą zachowania energii, może zostać pochłonięta, odbita przez ciało lub przejść przez nie:

Q absorbuje + Q neg + Q prop = Q spada.

Stosunek pochłoniętej części energii do padającej energii promieniowania cieplnego nazywany jest zdolnością absorpcyjną ciała i jest oznaczony literą A. Stosunek odbitej części energii do padającej energii promieniowania cieplnego nazywa się współczynnik odbicia ciała i jest oznaczony literą R. Stosunek energii przechodzącej przez ciało do energii padającej promieniowania cieplnego nazywany jest przepuszczalnością ciała i jest oznaczony literą D. Zatem zgodnie z prawem zasady zachowania energii piszemy:

Ciało, które pochłania całą energię promieniowania padającą na jego powierzchnię, nazywa się ciałem absolutnie czarnym (ABL). Dla ciała całkowicie czarnego zdolność absorpcyjna A = 1.

Ciało, które odbija całą energię promieniowania padającą na jego powierzchnię, nazywamy ciałem absolutnie białym (jeśli odbicie następuje w obrębie półkuli) lub ciałem zwierciadlanym (jeśli kąt padającego promienia jest równy kątowi promienia odbitego). W tym przypadku współczynnik odbicia R = 1.

Ciało, które przepuszcza całą energię promieniowania padającą na jego powierzchnię, nazywa się przezroczystym lub diatermicznym. W tym przypadku przepustowość D = 1.

Ciało stałe nie przenosi energii promieniowania cieplnego padającego na jego powierzchnię i dlatego

Suma własnego promieniowania i część padającej energii odbitej od powierzchni ciała nazywana jest efektywnym promieniowaniem ciała:

E eff = E wydarzenie + E neg.

Powstały strumień ciepła promieniowania jest różnicą między jego własnym promieniowaniem a częścią padającej energii, którą pochłania ciało:

Eres = Eob? Eab = Eff? Podkładka E.

W zależności od charakterystyki przepływu procesy wymiany ciepła zachodzą w trybie ustalonym (stacjonarnym), gdy temperatury we wszystkich punktach są stałe w czasie oraz w trybie nieustalonym (niestacjonarnym).

Prawa promienistego przenoszenia ciepła uzyskano dla ciała całkowicie czarnego w warunkach stacjonarnych.

Rozważmy podstawowe prawa promieniowania radiacyjnego.

Prawo Stefana-Boltzmanna ustala związek między emisyjnością a temperaturą ciała doskonale czarnego:

gdzie Eo jest emisyjnością absolutnego ciała doskonale czarnego, W/m 2 ;

y o = 5,67Х10- 8, - stała promieniowania ciała absolutnie czarnego, W/m 2 CHK 4;61

C o = 5,67 - emisyjność ciała czarnego, W/m 2 CHK 4 ;

T jest temperaturą bezwzględną ciała promieniującego, K.

Dla ciał szarych:

E to emisyjność szarego ciała, W/m2;

C to emisyjność szarego ciała, W/(m 2 CHK 4).

Jeśli podzielimy energię promieniowania ciała szarego przez energię promieniowania ciała całkowicie czarnego, otrzymamy:

gdzie e jest stopniem czerni ciała.

Jeśli przyjmiemy, że C=C0Ce, wówczas energię promieniowania szarego ciała można zapisać jako:

Stopień czerni może wahać się od 0 do 1. Zależy to nie tylko od właściwości fizycznych ciała, ale także od stanu jego powierzchni czy chropowatości.

Jak widać ze wzoru, zależność energii od temperatury bezwzględnej ma charakter czwartorzędowy, dlatego większość ciepła podczas pożarów jest przenoszona poprzez wymianę ciepła przez promieniowanie.

Prawo Kirchhoffa stwierdza, że ​​stosunek emisyjności ciała do jego pojemności absorpcyjnej jest taki sam dla powierzchni wszystkich ciał szarych (w tej samej temperaturze) i jest równy emisyjności ciała absolutnie czarnego w tej samej temperaturze:

gdzie E i A to zdolności emisyjne i absorpcyjne ciał.

Z prawa Kirchhoffa wynikają trzy konsekwencje:

1) w przyrodzie nie ma powierzchni, które wypromieniowywałyby więcej energii niż ciało absolutnie czarne (w tej samej temperaturze);

2) ciała o większej zdolności absorpcyjnej mają większą gęstość promieniowania i odwrotnie;

3) zdolności absorpcyjne i stopnie emisyjności ciał rzeczywistych (szarych) są liczbowo równe (A=e).

Prawo Lamberta ustala zależność pomiędzy ilością emitowanej energii a kierunkiem promieniowania:

mi N- ilość energii emitowanej w kierunku normalnym.

Prawo Lamberta uzyskano dla ciała absolutnie czarnego; dla ciał szarych o chropowatej powierzchni prawo to obowiązuje dla μ< 60 0 .

W przypadku powierzchni polerowanych prawo Lamberta nie ma zastosowania, dla nich emisja promieniowania pod kątem będzie większa niż w kierunku prostopadłym do powierzchni.

Prawo Wine stwierdza, że ​​maksymalne natężenie promieniowania odpowiada następującej długości fali:

Ze wzoru jasno wynika, że ​​wraz ze wzrostem temperatury maksymalne promieniowanie przesuwa się w stronę fal krótkich (w przeciwnym razie prawo Wiena nazywane jest prawem przemieszczenia).

...

Podobne dokumenty

Przygotowanie gazów do obróbki, oczyszczanie ich z mieszanin mechanicznych. Rozdzielanie mieszanin gazowych, ich niskotemperaturowa rektyfikacja i kondensacja. Schemat technologiczny instalacji frakcjonowania gazów. Specyfika przerobu gazu ze złóż kondensatu gazowego.

praca magisterska, dodana 02.06.2014


Badanie wpływu różnego rodzaju środków suszących na efektywność suszenia mas i rdzeni formierskich. Obliczanie jednostki suszącej w procesie suszenia pręta powietrzem przechodzącym przez suszarkę. Termotechniczne podstawy procesu suszenia, wymiana ciepła.

praca na kursie, dodano 11.04.2011


Okresowa rektyfikacja mieszanin binarnych. Pracujące w trybie ciągłym instalacje destylacyjne do rozdzielania mieszanin binarnych. Obliczanie dolnej części chłodnicy, wysokości warstwy gazowo-cieczowej cieczy. Wyznaczanie prędkości pary i średnicy kolumny.

praca na kursie, dodano 20.08.2011


Tworzenie mieszanki mielącej jako metoda stabilizacji właściwości technologicznych ziarna. Wymagania dotyczące przygotowania mieszanek do przemiału zbożowego. Obliczanie składu składników mieszanki mielącej, charakterystyka każdej partii ziarna pszenicy do jej przygotowania.

test, dodano 07.05.2012


Podstawy chemii sadzy technicznej, metody jej wytwarzania. Przygotowanie mieszanek gumowych o określonej twardości zawierających sadzę. Cechy wyboru właściwej marki mieszanki gumowej. Przetwarzanie mieszanek gumowych wypełnionych sadzą.

praca na kursie, dodano 16.05.2013


Zjawiska fizykochemiczne w procesach przetwórstwa kauczuków i mieszanek gumowych. Cechy współczesnej technologii wytwarzania mieszanek gumowych. Przygotowanie mieszanek na bazie kauczuku izoprenowego. Przeróbka mieszanek gumowych na maszynach walcowych.

praca na kursie, dodano 01.04.2010


Rektyfikacja mieszanin olejowych. Systemy wymiany ciepła dla instalacji pierwotnej destylacji ropy naftowej i rektyfikacji gazów węglowodorowych. Ocena możliwości zwiększenia sprawności układu wymiany ciepła. Rozważenie zoptymalizowanego schematu z punktu widzenia hydrauliki.

teza, dodano 20.10.2012


Obliczanie ostrza roboczego. Objętość jednej sekcji płetw. Produkcja ostrza przy użyciu prototypowania 3D. Parametry dokładności odlewania i naddatki na obróbkę. Przygotowanie mas formierskich w ciągłym odśrodkowym mieszalniku łopatkowym.

teza, dodano 27.05.2014


Charakterystyka i zakres materiałów termoizolacyjnych, ich budowa i właściwości. Efektywność i wady próżniowej wielowarstwowej izolacji proszkowej. Technologia izolacji w urządzeniach do niskotemperaturowego rozdzielania mieszanin gazowych.

raport, dodano 24.11.2010


Wymagania dotyczące mieszanki asfaltobetonowej, charakterystyka materiałów stosowanych do jej przygotowania. Dobór składu mieszanki asfaltobetonowej zgodnie ze specyfikacją. Technologia i sekwencja, urządzenia do przygotowania mieszanki asfaltobetonowej.