ในการคำนวณทางอุณหพลศาสตร์ของระบบที่มีส่วนผสมของก๊าซหรือสารละลาย จำเป็นต้องทราบองค์ประกอบ สามารถกำหนดส่วนผสมของส่วนผสมได้:
เศษส่วนมวล , โดยที่
- มวลโมลาร์ ผม-th องค์ประกอบ กก./โมล; ม ผม– น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ ผมส่วนประกอบ -th; น ผม- จำนวน ผมสาร -th, โมล;
สำหรับแต่ละเฟส
;
เศษส่วนโมล
, ที่ไหน
- ปริมาณของสารผสม, โมล; สำหรับแต่ละเฟส ผลรวมของเศษส่วนโมลของส่วนประกอบของสารผสม
;
เศษส่วนปริมาตร ซึ่งเท่ากับเศษส่วนโมล
, ที่ไหน
- ปริมาณ ผม- ส่วนประกอบของส่วนผสมซึ่งที่อุณหภูมิและความดันของส่วนผสมของก๊าซเรียกว่าปริมาตรที่ลดลง
, m 3 / mol - ปริมาตรโมลของส่วนประกอบ i-th ของส่วนผสม ตามกฎของ Avagadro ปริมาตรโมลของส่วนประกอบทั้งหมดของส่วนผสมของก๊าซมีค่าเท่ากัน และ
, ที่ไหน
. ผลรวมของปริมาตรที่ลดลงของส่วนประกอบของก๊าซผสมจะเท่ากับปริมาตรของส่วนผสม (กฎของ Amag) เช่น
.
องค์ประกอบของส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติสามารถกำหนดได้ด้วยความดันบางส่วน ร ผม, ความเข้มข้นของมวลสาร และความเข้มข้นของโมล
.
เมื่อตั้งค่าองค์ประกอบของสารละลายจะใช้ความเข้มข้นของมวลและโมลาร์
ความดันบางส่วน ร ผม คือความดัน ผม- องค์ประกอบที่ 1 ของส่วนผสมของก๊าซ โดยมีเงื่อนไขว่าจะต้องมีปริมาตรทั้งหมดสำหรับส่วนผสมที่อุณหภูมิของส่วนผสม
3.2. ความสัมพันธ์ของส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติ กฎของดาลตัน
>มวลโมลาร์เฉลี่ยของส่วนผสมของก๊าซถูกกำหนดโดย
, กก./โมล โดยที่
- มวลของส่วนผสม
- ปริมาณของสารในส่วนผสม แล้ว
.
ค่าคงที่ของก๊าซเฉพาะของส่วนผสมของก๊าซ
, J/(กก.K),
ที่ไหน
J/(molK) – ค่าคงที่ของก๊าซโมลาร์; คือมวลโมลาร์ของส่วนผสม
กฎของดาลตัน:
, พ่อ,
เหล่านั้น. ผลรวมของความดันบางส่วนของก๊าซแต่ละชนิดในของผสมจะเท่ากับความดันทั้งหมดของส่วนผสม ดังนั้น ก๊าซแต่ละชนิดในถังจะมีปริมาตรทั้งหมดที่อุณหภูมิของส่วนผสม โดยอยู่ภายใต้ความดันบางส่วน
สมการสถานะของส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติมีรูปแบบ:
.
สำหรับแรงดันบางส่วนและสำหรับปริมาตรที่ลดลง ผม- องค์ประกอบที่ 1 ของส่วนผสม สมการของรัฐมีรูปแบบดังนี้
จากนั้น หารสมการเหล่านี้ทีละเทอม เทอมแรกกับเทอมที่สอง เราก็จะได้
.
การหารสมการ
ถึงสมการ
เทอมต่อเทอม เราได้รับ:
.
บทที่ 4
>4.1. ประเภทของความจุความร้อน
ความจุความร้อนเป็นคุณสมบัติของร่างกายในการดูดซับและปล่อยความร้อนเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงหนึ่งองศาในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ต่างๆ แยกความแตกต่างระหว่างความจุความร้อนเฉลี่ยรวมและความจุความร้อนจริงทั้งหมด
ความจุความร้อนเฉลี่ยรวมของกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ (TP) คือความจุความร้อนของร่างกายที่มีมวล m, kg สำหรับส่วนสุดท้ายของ TP:
,[จ/ข].
ความจุความร้อนที่แท้จริงของ TP คือความจุความร้อนของร่างกายที่มีมวล ม, kg ในแต่ละช่วงเวลา TP:
, [จ/ก].
พิจารณา TP 1-2 ตามอำเภอใจในพิกัด
, ที่ไหน ถามคือความร้อนที่จ่ายใน [J]; ที
คืออุณหภูมิใน [ 0 C] แล้ว
,
.
ถ้า TS เป็นของเหลวทำงานที่เป็นเนื้อเดียวกัน ความจุความร้อนสัมพัทธ์จะถูกใช้ในการคำนวณ:
ความจุความร้อนจำเพาะ - ความจุความร้อนต่อสาร 1 กิโลกรัม ค=ค/ม, เจ/กก.;
ความจุความร้อนของโมล - ความจุความร้อนที่เกี่ยวข้องกับสาร 1 โมล
, เจ/โมลเค;
ความจุความร้อนเชิงปริมาตร - ความจุความร้อนที่เกี่ยวข้องกับ 1m 3 ของสาร
,จ/ม3พ.
ความจุความร้อนเป็นหน้าที่ของกระบวนการและขึ้นอยู่กับประเภทของของไหลทำงาน ลักษณะของกระบวนการ และพารามิเตอร์สถานะ ดังนั้น ความจุความร้อนในกระบวนการที่มีความดันคงที่จึงเรียกว่า ความจุความร้อนไอโซบาริก:
,
ที่ไหน ชม, J คือเอนทาลปี
ความจุความร้อนในกระบวนการปริมาตรคงที่เรียกว่าความจุความร้อนไอโซโคริก:
,
ที่ไหน ยู, J - พลังงานภายใน
ความจุความร้อนของก๊าซในอุดมคติไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน และขึ้นอยู่กับจำนวนองศาอิสระในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเท่านั้น และตามกฎหมายว่าด้วยการกระจายพลังงานที่เท่ากันเหนือองศาอิสระในการเคลื่อนที่ของโมเลกุล ความจุความร้อน:
, ที่ไหน
- องศาอิสระในการหมุนเท่ากับศูนย์สำหรับก๊าซเชิงเดี่ยว
สำหรับก๊าซไดอะตอม -
=2 และสำหรับก๊าซไตรอะตอม
=3;
J/molK คือค่าคงที่ของก๊าซโมลาร์ ความจุความร้อน ถูกกำหนดโดยสมการเมเยอร์:
.
สำหรับก๊าซเชิงเดี่ยว
และ
สำหรับก๊าซไดอะตอม
และ
สำหรับก๊าซปรมาณูตั้งแต่สามชนิดขึ้นไป
และ
.
ความจุความร้อนของก๊าซจริงขึ้นอยู่กับความดันและอุณหภูมิ ในบางกรณี เราสามารถละเลยอิทธิพลของความดันที่มีต่อความจุความร้อนและยอมรับว่าความจุความร้อนของก๊าซจริงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น: ค= ฉ(ที). การพึ่งพานี้ถูกกำหนดโดยการทดลอง
การพึ่งพาเชิงประจักษ์ของความจุความร้อนที่แท้จริงต่ออุณหภูมิสามารถแสดงเป็นพหุนามได้:
ที่ไหน
ที่อุณหภูมิ ที=0 0 C สำหรับก๊าซไดอะตอม เราสามารถจำกัดตัวเองได้สองเงื่อนไข:
, หรือ
, ที่ไหน
.
สำหรับส่วนสุดท้ายของกระบวนการ 1-2 ปริมาณความร้อนคือ:
จากนั้นความจุความร้อนเฉลี่ยในส่วนนี้ของกระบวนการจะเท่ากับ:
, เจ/กก.
ในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิต่ำที่ ต<100К прекращается вращательное движение молекул и колебательное движение атомов, а при температуреต→0K การเคลื่อนที่เชิงแปลของโมเลกุลก็หยุดลงเช่นกัน เช่น ที่ ต=0K กับ ร = ค โวลต์=0 และการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลจะหยุดลง (ข้อมูลการทดลองของ Nernst et al., 1906-1912) ที่อุณหภูมิ ต→คุณสมบัติ 0K ของสารไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ดังแสดงในกราฟของความจุความร้อนเทียบกับอุณหภูมิสัมบูรณ์
1. ประเภททรัพยากรหลัก
ส่วนประกอบหลักของเชื้อเพลิงเหลว
เชื้อเพลิง- แหล่งพลังงาน สารที่ติดไฟได้ซึ่งก่อให้เกิดความร้อนจำนวนมากในระหว่างการเผาไหม้
ตามสถานะของการรวมตัว เชื้อเพลิงที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซจะแตกต่างกัน
ถึง เชื้อเพลิงธรรมชาติที่เป็นของแข็งได้แก่ ฟืน ถ่านหินสีน้ำตาลและแข็ง พีท แอนทราไซต์ ไปจนถึงเชื้อเพลิงประดิษฐ์ที่เป็นของแข็ง - โค้ก ถ่านอัดก้อน และฝุ่นจากถ่านหินสีน้ำตาลและแข็ง เทอร์โมแอนทราไซต์ ไม่มีเชื้อเพลิงเหลวตามธรรมชาติ เรซินและน้ำมันเชื้อเพลิงหลายชนิดใช้เป็นเชื้อเพลิงเหลวเทียม เชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซอาจเป็นเชื้อเพลิงธรรมชาติ เช่น ก๊าซธรรมชาติ ในฐานะที่เป็นเชื้อเพลิงก๊าซเทียม ก๊าซที่ได้จากเตาอบโค้ก (เตาอบโค้ก) ในเตาหลอม (เตาหลอมหรือเตาหลอมระเบิด) และในเครื่องกำเนิดก๊าซ (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ถูกนำมาใช้
เชื้อเพลิงเหลว- สารเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นสารอินทรีย์ซึ่งมีองค์ประกอบหลัก ได้แก่ คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และกำมะถัน
คาร์บอน (C) เป็นตัวพาความร้อนหลัก การเผาไหม้ของคาร์บอน 1 กิโลกรัมจะปล่อยความร้อนออกมา 34,000 กิโลจูล คาร์บอนสามารถมีอยู่ในน้ำมันเตาได้ถึง 85% เกิดเป็นสารประกอบ
ไฮโดรเจน (H) เป็นองค์ประกอบเชื้อเพลิงที่สำคัญอันดับสอง: การเผาไหม้ของไฮโดรเจน 1 กิโลกรัมจะปล่อยความร้อนออกมาประมาณ 125,000 กิโลจูล ปริมาณไฮโดรเจนในเชื้อเพลิงเหลวคือ 10%
เชื้อเพลิงเหลวยังมีความชื้น (W) และเถ้ามากถึง 0.5% (A)
ไนโตรเจน (N) และออกซิเจน (O) เป็นส่วนหนึ่งของกรดอินทรีย์และฟีนอลเชิงซ้อน มีอยู่ในเชื้อเพลิงในปริมาณเล็กน้อย (ประมาณ 3%)
กำมะถัน (S) ในระหว่างการเผาไหม้จะปล่อยความร้อนจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม สารประกอบกำมะถันเมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะหลอมเหลวหรือโลหะร้อน จะทำให้คุณภาพแย่ลง: ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ที่มีสารประกอบกำมะถันเพิ่มการกัดกร่อนของชิ้นส่วนโลหะของเตาเผา เหล็กที่อิ่มตัวด้วยกำมะถันเพิ่มขึ้น ความเปราะบางสีแดง กำมะถันมักจะรวมอยู่ในองค์ประกอบของไฮโดรคาร์บอน (มากถึง 4% หรือมากกว่า)
องค์ประกอบของเชื้อเพลิงที่ใช้งาน:
คหน้า + ฮหน้า +Oหน้า + เอ็นหน้า +สหน้า + กหน้า = 100 %.
เชื้อเพลิงแห้งที่ไม่มีความชื้นเรียกว่ามวลแห้ง (c):
คกับ + ฮกับ +อค+นกับ + ส ค + อ ค = 100% มวลอินทรีย์ของเชื้อเพลิงที่มีกำมะถันเรียกว่ามวลที่ติดไฟได้ (g):
กับช + ฮช + อช + เอ็นช +สช = 100.
2. ส่วนประกอบหลักของเชื้อเพลิงก๊าซ
เชื้อเพลิงก๊าซเป็นส่วนผสมของก๊าซหลายชนิด เช่น มีเทน เอทิลีน และไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ นอกจากนี้ องค์ประกอบของเชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซยังรวมถึงคาร์บอนมอนอกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์หรือคาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน ไฮโดรเจน ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ออกซิเจนและก๊าซอื่นๆ ตลอดจนไอน้ำ
ก๊าซธรรมชาติผลิตจากแหล่งก๊าซบริสุทธิ์หรือร่วมกับน้ำมัน (ก๊าซร่วม) ในกรณีแรก ส่วนประกอบหลักที่ติดไฟได้คือมีเทน ซึ่งมีปริมาณสูงถึง 95–98% ก๊าซที่เกี่ยวข้อง นอกเหนือจากมีเทน ยังมีไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ ในปริมาณที่มีนัยสำคัญ: อีเทน (C2H6), โพรเพน (C 3 H 8), บิวเทน (C 4 H 10), เพนเทน (C 5 H 12) ฯลฯ ก๊าซที่เกี่ยวข้องมี a ค่าความร้อนสูง แต่ไม่ค่อยใช้เป็นเชื้อเพลิง ส่วนใหญ่จะใช้ในอุตสาหกรรมเคมี
ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องมือที่เรียกว่าเครื่องวิเคราะห์ก๊าซ องค์ประกอบของเชื้อเพลิงก๊าซจะถูกกำหนด
ส่วนประกอบของเชื้อเพลิงก๊าซแห้งประกอบด้วย:
CH 4 + C 2 H 4 + CO 2 + H 2 + H 2 S + ซี เอ็ม เอช n+ น 2 + ต 2 + ... = 100.
มีเทน (CH4) เป็นส่วนประกอบหลักของก๊าซธรรมชาติหลายชนิด เมื่อเผามีเทน 1 ม. 3 จะปล่อยความร้อน 35,800 กิโลจูล มีเทนในก๊าซธรรมชาติสามารถมีได้มากถึง 93-98%
เอทิลีน (C2H4) - การเผาไหม้เอทิลีน 1 ม. 3 ปล่อยความร้อน 59,000 กิโลจูล ก๊าซอาจมีจำนวนเล็กน้อย
ไฮโดรเจน (H 2) - เมื่อไฮโดรเจน 1 ม. 3 ถูกเผาไหม้ ความร้อน 10,800 กิโลจูลจะถูกปล่อยออกมา ก๊าซที่ติดไฟได้หลายชนิด นอกเหนือจากก๊าซจากเตาถ่านโค้ก มีไฮโดรเจนในปริมาณค่อนข้างน้อย อย่างไรก็ตามเนื้อหาในแก๊สเตาอบโค้กสามารถเข้าถึงได้ 50-60%
โพรเพน (C 3 H 8), บิวเทน (C 4 H 10) - ในระหว่างการเผาไหม้ของไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้ความร้อนจะถูกปล่อยออกมามากกว่าในระหว่างการเผาไหม้ของเอทิลีน แต่เนื้อหาในก๊าซที่ติดไฟได้นั้นไม่มีนัยสำคัญ
คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) - ในระหว่างการเผาไหม้ 1 m 3 ของก๊าซนี้จะปล่อยความร้อน 1 2 770 kJ คาร์บอนมอนอกไซด์เป็นส่วนประกอบหลักที่ติดไฟได้ของก๊าซจากเตาหลอม ก๊าซนี้ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และมีความเป็นพิษสูง
ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H 2 S) - เมื่อเผาไหม้ไฮโดรเจนซัลไฟด์ 1 ม. 3 จะปล่อยความร้อน 23,400 กิโลจูล เมื่อมีไฮโดรเจนซัลไฟด์ในเชื้อเพลิงก๊าซ การกัดกร่อนของชิ้นส่วนโลหะของเตาเผาและท่อส่งก๊าซจะเพิ่มขึ้น เมื่อมีออกซิเจนและความชื้นในก๊าซพร้อมกัน ฤทธิ์กัดกร่อนของไฮโดรเจนซัลไฟด์จึงเพิ่มขึ้น ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นก๊าซหนักที่มีกลิ่นไม่พึงประสงค์และเป็นพิษสูง
ก๊าซที่เหลือ (CO 2 , N 2 , O 2 ) และไอน้ำเป็นส่วนประกอบของบัลลาสต์ การปรากฏตัวของพวกมันในเชื้อเพลิงทำให้อุณหภูมิการเผาไหม้ลดลง เมื่อปริมาณก๊าซเหล่านี้เพิ่มขึ้น ปริมาณของส่วนประกอบที่ติดไฟได้จะลดลง ปริมาณออกซิเจนอิสระมากกว่า 0.5% ในน้ำมันเชื้อเพลิงถือเป็นอันตรายภายใต้ข้อกำหนดด้านความปลอดภัย
3. ค่าความร้อนของเชื้อเพลิง
ความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง- นี่คือปริมาณความร้อน Q (kJ) ที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ของของเหลว 1 กิโลกรัมหรือเชื้อเพลิงก๊าซ 1 m 3
ขึ้นอยู่กับสถานะของการรวมตัวของความชื้นในผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ มีการแบ่งออกเป็นค่าความร้อนที่สูงขึ้นและต่ำลง
ความชื้นในผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเหลวนั้นเกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ของมวลไฮโดรเจนที่ติดไฟได้ H เช่นเดียวกับในระหว่างการระเหยของความชื้นเชื้อเพลิงเริ่มต้น w ความชื้นของอากาศที่ใช้ในการเผาไหม้จะเข้าสู่ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ด้วย อย่างไรก็ตาม มักจะไม่นำมาพิจารณา เมื่อเชื้อเพลิงประกอบด้วยไฮโดรเจนที่มีมวลติดไฟได้ H p kg ในระหว่างการเผาไหม้ จะเกิดความชื้น 9H P kg ในเวลาเดียวกันผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้มีความชื้น (9Н Р + WP) กิโลกรัม ต้องใช้ความร้อนประมาณ 2,500 กิโลจูลเพื่อเปลี่ยนความชื้น 1 กิโลกรัมให้เป็นสถานะไอ ความร้อนที่ใช้ในการระเหยของความชื้นจะไม่ถูกใช้หากไม่เกิดการควบแน่นของไอน้ำ ในกรณีนี้ เราจะได้ค่าความร้อนที่ต่ำที่สุด
Q p H \u003d Q p B -25 (H p + W p)
ความร้อนของการเผาไหม้ถูกกำหนดโดยสองวิธี: การทดลองและการคำนวณ
ในการทดลองกำหนดความร้อนของการเผาไหม้จะใช้เครื่องวัดความร้อน
วิธีการกำหนด:ตัวอย่างของเชื้อเพลิงถูกเผาในอุปกรณ์ (เครื่องวัดความร้อน) ความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงจะถูกดูดซับโดยน้ำ เมื่อทราบมวลของน้ำแล้ว การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิสามารถใช้คำนวณความร้อนของการเผาไหม้ได้ วิธีนี้ดีเพราะง่าย ในการหาค่าความร้อน การมีข้อมูลการวิเคราะห์ทางเทคนิคก็เพียงพอแล้ว
วิธีการคำนวณ.ที่นี่ความร้อนของการเผาไหม้ถูกกำหนดโดยสูตรของ D. I. Mendeleev:
Q p H \u003d 339С p + 1030Н p -109 (О p -S p) - 25 W p kJ / kg
โดยที่ C p, H p, O p, S p และ W p สอดคล้องกับเนื้อหาของคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน กำมะถัน และความชื้นในเชื้อเพลิงที่ใช้งาน%
เชื้อเพลิงแบบมีเงื่อนไข- นี่คือแนวคิดที่ใช้ในการทำให้เป็นมาตรฐานและคำนึงถึงการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง
เป็นเรื่องปกติที่จะเรียกเชื้อเพลิงที่มีค่าความร้อนต่ำกว่า (29,310 กิโลจูล/กก.) แบบเดิม ในการแปลงเชื้อเพลิงใด ๆ ให้เป็นเชื้อเพลิงธรรมดาจำเป็นต้องแบ่งความร้อนของการเผาไหม้ด้วย 29,310 kJ / kg นั่นคือค้นหาเชื้อเพลิงที่เทียบเท่า: สำหรับน้ำมันเชื้อเพลิงคือ 1.37-1.43 สำหรับก๊าซธรรมชาติ - 1.2-1.4 .
4ก
4. เชื้อเพลิงหลักสำหรับเตา
น้ำมันเตาเป็นผลิตภัณฑ์จากการกลั่นน้ำมัน ใช้ในการจุดเตาเผา ความร้อนจากการเผาไหม้ของน้ำมันเชื้อเพลิงอยู่ที่ 39-42 MJ/kg ส่วนประกอบโดยประมาณของน้ำมันเชื้อเพลิง: 85-80% C; 10-12.5% ชม.; 0.5-1.0% (OP + N P); 0.4–2.5% SP ; 0.1-0.2% AR; 2% WP . ความชื้นของน้ำมันเตาเมื่อออกจากโรงกลั่นต้องไม่เกิน 2% น้ำมันเชื้อเพลิงยังมีกำมะถันขึ้นอยู่กับเปอร์เซ็นต์ของน้ำมันเชื้อเพลิงที่แบ่งออกเป็นกำมะถันต่ำ (<0,5% Sp), сернистый (0,5-1% Sp) и высокосернистый (>1% sp).
น้ำมันเชื้อเพลิงแบ่งย่อยตามเนื้อหาของพาราฟินและวิธีการกลั่นน้ำมัน มีน้ำมันเตาวิ่งตรง (ความหนืดต่ำ) และน้ำมันเตาซึ่งมีความหนืดเพิ่มขึ้น น้ำมันเชื้อเพลิงแบ่งตามยี่ห้อขึ้นอยู่กับความหนืด หมายเลขยี่ห้อของน้ำมันเชื้อเพลิงแสดงความหนืดสัมพัทธ์ที่อุณหภูมิ 50 o C (VU50) ความหนืดถูกกำหนดโดยใช้เครื่องมือ - เครื่องวัดความหนืด ความหนืดสัมพัทธ์ถูกนำมาเป็นอัตราส่วนของเวลาไหลออก 200 ซม. 3 ของผลิตภัณฑ์น้ำมันที่อุณหภูมิทดสอบต่อเวลาไหลออกของน้ำปริมาตรเดียวกันที่อุณหภูมิ 20 o C ในการเชื่อมต่อกับตัวบ่งชี้นี้ น้ำมันเชื้อเพลิง แบ่งเป็นเกรด 40, 100, 200 และ MP (น้ำมันเตาสำหรับเตาเผาแบบเปิด)
ด้วยการเพิ่มจำนวนแบรนด์ของน้ำมันเชื้อเพลิงความหนาแน่นจะเพิ่มขึ้นซึ่งเป็น 0.95-1.05 g / cm 3 ที่ 20 o C เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นความหนาแน่นจะลดลง
เมื่อเตรียมน้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับการเผาไหม้จำเป็นต้องคำนึงถึงความหนาแน่นและเกรดด้วย การเตรียมประกอบด้วยการตกตะกอนและกรองน้ำมันเชื้อเพลิงเพื่อแยกน้ำและสิ่งเจือปนเชิงกล (ดินเหนียว ทราย ฯลฯ) ซึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง อันเป็นผลมาจากการแยกน้ำมันเชื้อเพลิงออกจากน้ำ: ความหนืดและความหนาแน่นของน้ำมันเชื้อเพลิง ลดลงเมื่อถูกความร้อนอันเป็นผลมาจากการที่มันลอยขึ้น ความชื้นจะสะสมอยู่ที่ด้านล่างของถัง น้ำมันเตาที่ขาดน้ำอยู่ด้านบน
เมื่อระบายออกจากถังรถไฟ เมื่อจ่ายผ่านท่อส่งจากโรงงานและถังเวิร์กช็อปไปยังเตาเผา เช่นเดียวกับเมื่อฉีดพ่นด้วยหัวฉีด (น้ำมันเตามักจะถูกเผาในสถานะเป็นอะตอม) ความหนืดของน้ำมันเชื้อเพลิงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ยิ่งใช้พลังงานน้อยลงในการปั๊มและฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง ความหนืดก็จะยิ่งลดลง ดังนั้นยิ่งอุณหภูมิสูงเท่าใดความหนืดก็จะยิ่งลดลงเท่านั้น อุณหภูมิจะถูกเลือกตามกราฟความหนืด โดยพิจารณาจากความหนืดตามเงื่อนไขของน้ำมันเชื้อเพลิงที่ 5-10 หน่วย
ต้องคำนึงถึงจุดวาบไฟของน้ำมันเชื้อเพลิง เช่น อุณหภูมิความร้อน เมื่อถึงจุดที่มีการปลดปล่อยส่วนประกอบที่ระเหยง่ายซึ่งสามารถติดไฟจากประกายไฟหรือเปลวไฟได้ เมื่อเริ่มให้ความร้อน จุดวาบไฟมักจะแตกต่างกันไปภายใน 80-190 o C และไม่ควรสับสนระหว่างจุดวาบไฟและอุณหภูมิจุดระเบิดซึ่งเข้าใจว่าเป็นอุณหภูมิความร้อน เมื่อถึงจุด (อุณหภูมิจุดระเบิดของน้ำมันเชื้อเพลิง 530-600 o C, ก๊าซ - 500 -700 o C) น้ำมันเชื้อเพลิงติดไฟได้เองและยังคงเผาไหม้ภายใต้สภาวะที่เอื้ออำนวย
5. บทบัญญัติพื้นฐานของทฤษฎีการเผาไหม้
การเผาไหม้เรียกว่ากระบวนการของการผสมผสานทางเคมีอย่างรวดเร็วขององค์ประกอบเชื้อเพลิงที่ติดไฟได้กับตัวออกซิไดเซอร์ (โดยปกติจะเป็นออกซิเจนในอากาศ) พร้อมกับการปล่อยความร้อนและแสง
คบเพลิง- เปลวไฟประเภทหนึ่งที่เกิดจากการจ่ายเชื้อเพลิงและอากาศเข้าไปในเตาเผา ในคบเพลิงซึ่งมีรูปร่างและขนาดเฉพาะ กระบวนการเผาไหม้โดยตรง การให้ความร้อนของส่วนผสมจนถึงอุณหภูมิจุดติดไฟ และการผสมเกิดขึ้นพร้อมกัน
ในทฤษฎีการเผาไหม้ การเผาไหม้ที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกันแตกต่างกัน การเผาไหม้ที่เป็นเนื้อเดียวกันเกิดขึ้นในปริมาตรและการเผาไหม้ที่ต่างกันเกิดขึ้นบนพื้นผิวของหยดและจากนั้นหลังจากการระเหยของส่วนประกอบที่ระเหยได้บนอนุภาคเขม่า ยิ่งขนาดอนุภาคของเชื้อเพลิงเหลวมีขนาดเล็กลงเท่าใด พื้นผิวเฉพาะของการปฏิสัมพันธ์ของเฟสของเหลวกับก๊าซก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นการทำให้เป็นละอองของเชื้อเพลิงเหลวทำให้สามารถเผาไหม้เชื้อเพลิงได้มากขึ้นต่อหน่วยปริมาตร นั่นคือ เพิ่มการเผาไหม้
การเผาไหม้ที่เป็นเนื้อเดียวกันสามารถเกิดขึ้นได้สองกรณี ซึ่งเรียกว่าจลนศาสตร์และการแพร่กระจาย ในกรณีจลน์ศาสตร์ ส่วนผสมของเชื้อเพลิงกับอากาศที่เตรียมไว้ล่วงหน้าจะถูกป้อนเข้าไปในโซนการเผาไหม้ (เช่น ในพื้นที่ทำงานของเตาเผา) ส่วนหลักของกระบวนการคือการให้ความร้อนโดยตรงของส่วนผสมและการเกิดออกซิเดชันของส่วนประกอบที่ติดไฟได้ของเชื้อเพลิงและการเผาไหม้ ในกรณีนี้ คบเพลิงจะสั้นและอุณหภูมิสูง การอุ่นส่วนผสมก่อนหรือเติมอากาศด้วยออกซิเจนจะช่วยเร่งกระบวนการเผาไหม้: การให้ความร้อนส่วนผสมของแก๊ส-อากาศเกือบทั้งหมดถึง 500 °C จะเพิ่มอัตราการเผาไหม้เกือบ 10 เท่า
แต่อุณหภูมิอุ่นของส่วนผสมไม่ควรเกินอุณหภูมิจุดระเบิด ในระหว่างการเผาไหม้แบบกระจาย กระบวนการให้ความร้อน การผสมของส่วนผสมและการเผาไหม้จะดำเนินการพร้อมกันในคบเพลิง ขั้นที่ช้าที่สุดคือการสวนทางกับการแพร่กระจายของโมเลกุลของแก๊สและอากาศในปริมาณน้อยและมาก หรืออีกนัยหนึ่งคือการก่อตัวของสารผสม ดังนั้นไฟฉายจะยาวกว่าในกรณีแรก ด้วยความพยายามที่จะลดความยาวของคบเพลิง การไหลของก๊าซและอากาศจะถูกบดอัดเป็นลำธารแยกจากกัน ความเร็วของไอพ่นที่เพิ่มขึ้นและทิศทางของการไหลของก๊าซและอากาศทำมุมซึ่งกันและกัน ฯลฯ ยังช่วยลดคบเพลิงอีกด้วย
การจุดระเบิดของส่วนผสมของก๊าซและอากาศที่ติดไฟได้นั้นทำได้ในอัตราส่วนที่แน่นอนเท่านั้น อัตราส่วนที่จำกัดเรียกว่าขีดจำกัดความเข้มข้น มีขีดจำกัดล่างและบน ซึ่งกำหนดโดยปริมาณจำกัดของก๊าซที่ติดไฟได้ในส่วนผสม % สำหรับไฮโดรเจน ขีดจำกัดคือ 4.1 - 75; คาร์บอนมอนอกไซด์ - 12.5-75; มีเทน - 5.3-14; แก๊สเตาอบโค้ก - 5.6-30.4 และสำหรับแก๊สธรรมชาติ - 4-13
ในวิศวกรรมความร้อน มักจะใช้แนวคิดของความเค้นจากความร้อน ซึ่งหมายถึงปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงต่อหน่วยเวลา ซึ่งสัมพันธ์กับ 1 ม. 3 ของเตาเผาหรือพื้นที่ทำงานของเตาเผา สำหรับเชื้อเพลิงเหลวจะสูงถึง 600 กิโลวัตต์ต่อลูกบาศก์เมตร และสำหรับเชื้อเพลิงก๊าซ - มากเป็นสองเท่า
6. การคำนวณเชิงวิเคราะห์ของการเผาไหม้เชื้อเพลิง
สำหรับการคำนวณจะใช้อัตราส่วนและปริมาณต่อไปนี้:
1) อัตราส่วนของปริมาตรของปริมาณไนโตรเจนต่อออกซิเจนในอากาศธรรมดาที่ไม่อุดมด้วยออกซิเจน เค= 3,76;
2) น้ำหนักโมเลกุลขององค์ประกอบทางเคมี (สำหรับไฮโดรเจนมีค่าเท่ากับ 2 สำหรับไนโตรเจน - 28 ออกซิเจนและกำมะถัน - 32 กก. / โมล)
3) ปริมาตรของอากาศและผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ภายใต้สภาวะปกติ (อุณหภูมิ 0 °C ความดัน 101.3 kPa)
พิจารณาองค์ประกอบของเชื้อเพลิงเหลว:
ซี พี + ฮพี + อพี + เอ็นพี + ส พี + เอ พี + ว พี = 100.
องค์ประกอบที่ติดไฟได้ ได้แก่ คาร์บอน ไฮโดรเจน และกำมะถัน เมื่อใช้อากาศแห้งปฏิกิริยาของการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ของส่วนประกอบจะมีรูปแบบ:
C + O 2 + กิโลนิวตัน 2=คาร์บอนไดออกไซด์+กิโลนิวตัน 2 +ไตรมาสที่ 1;
2H 2 + O 2 + กิโลนิวตัน 2=2H 2 O + กิโลนิวตัน 2+Q2;
S + O 2 + กิโลนิวตัน 2= SO2+ กิโลนิวตัน 2+ คำถามที่ 3 .
เมื่อเผาคาร์บอนและกำมะถัน 1 โมล จะใช้ออกซิเจน 1 โมล เมื่อเผาผลาญไฮโดรเจน 2 โมล ออกซิเจน 1 โมลจะถูกใช้ไปด้วย ด้วยออกซิเจนแต่ละโมล ไนโตรเจน k โมลจะถูกนำเข้าสู่เตาเผา ไนโตรเจนผ่านเข้าไปในผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ ตัวอย่างเช่นเมื่อเผาคาร์บอน 1 โมลจะได้คาร์บอนไดออกไซด์ 1 โมลและไนโตรเจน 3.76 โมล เมื่อคาร์บอนถูกเผาไหม้ตามปฏิกิริยานี้ 6ขปริมาณความร้อน Qt จะถูกปล่อยออกมา เมื่อไฮโดรเจนเผาไหม้ จะเกิดองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ขึ้นเองและปล่อยความร้อนออกมาในปริมาณที่แตกต่างกัน
การเผาไหม้ของคาร์บอน 1 โมลใช้ออกซิเจน 1 kmol ด้วยปริมาตร 22.4 m 3 . หากจำเป็นต้องคำนวณปริมาณการใช้ออกซิเจนต่อคาร์บอน 1 กิโลกรัม ปริมาตรของออกซิเจน 1 กิโลเมตรจะถูกหารด้วยน้ำหนักโมเลกุลของคาร์บอนเท่ากับ 12 ดังนั้น 22.4 / 12 = 1.867 m 3 / kg ของออกซิเจนจะถูกใช้ ต่อคาร์บอน 1 กก. ในทำนองเดียวกันเราได้รับออกซิเจน 22.4 / / (2 O2) \u003d 5.5 ม. 3 ในการเผาไหม้ไฮโดรเจน 1 กิโลกรัม (ผลิตภัณฑ์ในตัวส่วนหมายความว่าโมเลกุลไฮโดรเจนสองโมเลกุลที่มีน้ำหนักโมเลกุล 2 มีส่วนร่วมใน ปฏิกิริยาการเผาไหม้) การเผาไหม้ของกำมะถัน 1 กิโลกรัมใช้ออกซิเจน 22.4 / 32 \u003d 0.7 m 3
อัตราส่วนของการไหลของอากาศจริงต่อการไหลที่จำเป็นทางทฤษฎีเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์การไหลของอากาศ:
? = L a / L 0 ,หรือ L a \u003d? L 0,
ที่ไหน แอล เอและ L0- การไหลของอากาศจริงและตามทฤษฎี ม.3 /กก. หรือ ม.3 /ม.3 ค่าสัมประสิทธิ์การไหลของอากาศขึ้นอยู่กับประเภทของเชื้อเพลิง การออกแบบอุปกรณ์เผาไหม้เชื้อเพลิง (หัวเผาหรือหัวฉีด) และอุณหภูมิของอากาศและความร้อนของก๊าซ
7. การควบคุมอัตราการไหลของอากาศ
เนื่องจากไม่มีอากาศหรืออุปกรณ์เผาไหม้เชื้อเพลิงไม่สมบูรณ์ การเผาไหม้อาจไม่สมบูรณ์
การมีส่วนประกอบที่ติดไฟได้ (คาร์บอนมอนอกไซด์ ไฮโดรเจน มีเทน หรือคาร์บอนดำ) ในผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ทำให้เกิดความไม่สมบูรณ์ทางเคมีของการเผาไหม้ หรือที่มักกล่าวกันว่าสารเคมีเผาไหม้เชื้อเพลิงน้อยเกินไป ลักษณะหลังคือการสูญเสียความร้อนเป็นเปอร์เซ็นต์ของค่าความร้อนสุทธิของเชื้อเพลิง
อัตราการไหลของอากาศที่มากขึ้น กระบวนการเผาไหม้ก็จะสมบูรณ์มากขึ้น อย่างไรก็ตาม การเพิ่มขึ้นของค่าสัมประสิทธิ์นี้นำไปสู่การใช้อากาศที่เพิ่มขึ้นและการสูญเสียความร้อนอย่างมีนัยสำคัญเมื่อก๊าซออกจากเตาเผา อุณหภูมิในเตาเผาลดลงซึ่งนำไปสู่การเสื่อมสภาพของการถ่ายเทความร้อนในพื้นที่ทำงานและการเกิดออกซิเดชันของโลหะที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นในทางปฏิบัติของเตาเผา พวกเขามักจะเลือกอัตราการไหลของอากาศที่เหมาะสม ก.
ควบคุม กดำเนินการในสองวิธี ตามที่หนึ่งในนั้นวัดค่าเชื้อเพลิงและอากาศและใช้ตารางที่คำนวณล่วงหน้ากำหนด a อย่างไรก็ตามวิธีนี้ไม่อนุญาตให้คำนึงถึงอากาศที่เข้าสู่เตาผ่านหน้าต่างการทำงานและการรั่วไหลในเตาเผา . ดังนั้นจึงมีการตรวจสอบอัตราการไหลของอากาศเป็นระยะโดยองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้โดยใช้เครื่องวิเคราะห์ก๊าซ การวิเคราะห์ทางเคมีกำหนดเนื้อหาของ RO2, CO, H2, CH4 และ O2 ในผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ จากนั้นใช้สูตรของ S. G. Troyba กำหนด a:
? = 1+ ยูโอ 2 ว/?RO2.
ที่นี่ O 2 surf \u003d O 2 - 0.5CO - 0.5H 2 - 2CH 4 - ปริมาณออกซิเจนส่วนเกิน
RO 2 \u003d RO 2 + CO + CH 4 + ...,%;
ยู- ค่าสัมประสิทธิ์ขึ้นอยู่กับประเภทของเชื้อเพลิง
สำหรับน้ำมันเชื้อเพลิง ยู= 0.74 สำหรับก๊าซธรรมชาติ - 0.5
พิจารณาตัวอย่าง
งาน.
กำหนด ก,ถ้า RO 2 14%, CO 4%, CH 4 0.5%; เอช 2 1%, โอ 2 2%
O 2 w = 2 - 0.5 (4 + 1) - 2 O 0.5 = -1.5%;
RO 2 \u003d 14 + 4 + 0.5 \u003d 18.5%;
ก\u003d 1 - 0.5 O 1.5 / 18.5 \u003d 0.96
8. การใช้พลังงาน
บางตำแหน่งในด้านการระบายความร้อนของเตาเผาสามารถรับได้โดยตรงจากอุณหพลศาสตร์แบบคลาสสิกของกระบวนการที่ผันกลับได้
ภายใต้งานระบายความร้อนของเตาเผาเป็นที่เข้าใจถึงผลรวมของกระบวนการทางความร้อนที่เกิดขึ้นในนั้น เป้าหมายสูงสุดคือการทำให้กระบวนการทางเทคโนโลยีอย่างใดอย่างหนึ่งเสร็จสมบูรณ์
ลองนึกภาพเตาเผาเป็นการรวมกันของโซนของกระบวนการ 3G และการสร้างความร้อนของ CHP ซึ่งได้รับการปกป้องจากสิ่งแวดล้อมโดยการก่ออิฐ (บุ) K. วัสดุ M มีความเข้มข้นในเขตกระบวนการ ตามกฎข้อที่ 1 ของอุณหพลศาสตร์ สามารถเขียนสมการได้ดังนี้
คิว เอ่อ? K.I.E \u003d Q M + Q k
ที่ไหน ถาม อี– กำลังไฟฟ้าเข้า, วัตต์/กก.;
? เค.ไอ.อี– ค่าสัมประสิทธิ์การใช้พลังงานภายในพื้นที่ทำงานของเตาเผา
คิวเอ็ม คิวเค- ตามลำดับ พลังงานที่ดูดซับโดยวัสดุ มและก่ออิฐ ถึง,วัตต์/กก.
ค่าทั้งหมดในสมการ (1) เกี่ยวข้องกับมวลวัสดุ 1 กิโลกรัม ม.
ปัจจัยการใช้พลังงาน ? เค.ไอ.อีขึ้นอยู่กับประเภทของพลังงานเป็นหลัก ดังนั้น พลังงานไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนเป็นความร้อนที่ดูดซับโดยวัสดุ (มีประโยชน์) และอิฐได้อย่างสมบูรณ์ ? เค.ไอ.อี\u003d 1. เมื่อใช้พลังงานเคมีเชื้อเพลิงในเตาเผา ปัจจัยการใช้พลังงาน ? เค.ไอ.อีน้อยกว่าหนึ่งเสมอ ในเตาเผาเชื้อเพลิง ค่าสัมประสิทธิ์นี้เรียกว่า ปัจจัยการใช้ความร้อน? ชุดค่าสัมประสิทธิ์แสดงลักษณะแนวคิดที่สำคัญที่สุดของการประหยัดพลังงานในสภาวะเฉพาะ โดยทั่วไปสามารถเขียนค่า bkie ได้ดังนี้
? เค.ไอ.อี= (ถาม อี – ถาม? จ)/ถามอี=1 – ถาม? จ / ถามอี,
ที่ไหน ไตรมาสที่ 3- พลังงานซึ่งอยู่ในรูปของความร้อนทางเคมีและทางกายภาพของเฟสก๊าซเกินกว่าพื้นที่การทำงานของเตา W / kg
ค่า ? เค.ไอ.อีในแง่หนึ่งถูกกำหนดโดยความสมบูรณ์ของการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ค่าสัมประสิทธิ์การใช้ออกซิเจนที่กำหนด เช่น ความเร็วของการผสมเชื้อเพลิงกับออกซิเจน และด้วยเหตุนี้โดยความสมบูรณ์แบบของกระบวนการถ่ายโอนมวล ในทางกลับกันค่า ? เค.ไอ.อีขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของก๊าซที่ออกจากเตา เช่น ความสมบูรณ์แบบของกระบวนการถ่ายเทความร้อน
ประสิทธิภาพของพลังงานความร้อนและเคมีขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่กำหนดสำหรับการไหลของกระบวนการทางเทคโนโลยีและการจัดองค์กรของกระบวนการถ่ายเทความร้อนและมวล ดังนั้นจึงเป็นค่าที่ไม่สามารถหาค่าได้โดยใช้อุณหพลศาสตร์ของกระบวนการผันกลับได้ เนื่องจากเป็น เกี่ยวข้องกับจลนพลศาสตร์ของการถ่ายเทความร้อนและมวล
9. อุณหภูมิและสภาวะความร้อน
พลังงานภายในของระบบเป็นผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ พลังงานจลน์- พลังงานของการเคลื่อนที่แบบสุ่มของอะตอมและโมเลกุล พลังงานศักย์ - พลังงานของแรงดึงดูดและแรงผลักซึ่งกันและกัน
ตามทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของก๊าซ (กฎของแม็กซ์เวลล์-โบลต์ซมันน์) แนวคิดทางอุณหพลศาสตร์ของอุณหภูมิสมดุลสำหรับก๊าซในอุดมคติสามารถถอดรหัสได้โดยใช้สมการ:
T = 2NEn /3R= Nmw n 2 / 3R
ที่ไหน อี พี- พลังงาน นอนุภาคที่มีมวล m ในช่วงความเร็วแคบๆ
เอ็นคือเลขอาโวกาโดร
รคือค่าคงที่ของแก๊ส
อุณหภูมิที่มีประสิทธิภาพคืออุณหภูมิตามเงื่อนไข (ลดลง) ของส่วนทำความร้อนของเตาเผา ซึ่งมีความหนาแน่นเท่ากันของฟลักซ์ความร้อนของการแผ่รังสีไปยังพื้นผิวทำความร้อนเฉพาะจากส่วนความร้อนของเตาซึ่งมีอยู่จริงใน ถือว่าเป็นเตา
อุณหภูมิที่แท้จริงของเปลวไฟ (เครื่องทำความร้อน) และพื้นผิวด้านในของวัสดุบุขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของพื้นผิวเครื่องทำความร้อนและการสร้างความร้อน และโดยทั่วไป นอกจากนี้ ยังขึ้นอยู่กับตำแหน่งในเตาเผาและเวลา การเปลี่ยนแปลงของค่าเหล่านี้ตามความยาวของเตาเผาและในเวลา ที = ฉ(l, t) อธิบายลักษณะการควบคุมอุณหภูมิของเตาเผา
ปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นซึ่งแสดงเป็นวัตต์ เรียกว่า เอาต์พุตความร้อน ถามที.เอ็ม. . ในโหมดหยุดนิ่ง พลังงานความร้อนเป็นค่าคงที่ที่ไม่ขึ้นอยู่กับเวลา ( ถามที.เอ็ม. = คอสต์). ในโหมดไม่หยุดนิ่ง ถามที.เอ็ม. = ฉ(เสื้อ). บางครั้งเรียกอัตราส่วนของพลังงานความร้อนสูงสุดต่อพลังงานเฉลี่ย บูสต์แฟกเตอร์:
ฉ = ( ถามต.ม.) สูงสุด /( ถามต.ม.)cp
หากเราระบุระยะเวลาของการดำเนินการทางเทคโนโลยีผ่าน Dt:
(คิวที.เอ็ม. ) cp = คิว? / ? ที
การรวมกันของอุณหภูมิและระบอบความร้อน
1. อุณหภูมิและสภาวะความร้อนเกือบตลอดเวลา
(T n (t) = const; ถามที.เอ็ม. (r) = คงที่).
2. อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงได้และสภาวะทางความร้อนที่คงที่ตลอดเวลา
(T n (t) = const; ถามที.เอ็ม. (t) = คงที่).
3. อุณหภูมิและอุณหภูมิที่แปรผันตามเวลา
(T n (t) = const; ถามที.เอ็ม. (t) = const) เช่น hot wells for ingots.
4. อุณหภูมิคงที่ตามเวลาและอุณหภูมิแปรผัน
(T n (t) = const; ถามที.เอ็ม. (t) = คงที่).
10. สมดุลความร้อน รายการงบดุลรายได้
>บางครั้งเรียกสมดุลความร้อนที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ ทันที. นัดหมายยอดทันใจ- ชี้แจงการเปลี่ยนแปลงของการใช้พลังงานสำหรับกระบวนการทางเทคโนโลยีหากกระบวนการเกิดขึ้นในสภาวะความร้อนที่ไม่คงที่ (เตาเผาแบบแบทช์)
สำหรับเตาแบบแบทช์ การรวบรวมสมดุลความร้อนจะแตกต่างกัน โดยรายการสมดุลความร้อนทั้งหมดจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา (สำหรับเตาเผาแบบต่อเนื่อง จะคงที่ตลอดเวลา) ดังนั้นเมื่อรวบรวมสมดุลในช่วงเวลาหนึ่ง จึงจำเป็นต้องใช้ค่าเฉลี่ย ค่าสำหรับช่วงเวลาที่กำหนด คุณลักษณะที่สองคือการมีอยู่ในบทความเกี่ยวกับการสูญเสียความร้อนของส่วนประกอบสำหรับการสะสมความร้อนโดยการก่ออิฐ Qakk ซึ่งอาจมีสัญญาณที่แตกต่างกัน: บวก - เมื่ออุณหภูมิในเตาเพิ่มขึ้นและลบ - ลดลงในช่วง กระบวนการทางเทคโนโลยี
ในกรณีส่วนใหญ่ สมการสมดุลความร้อนจะแก้ไขได้ในส่วนที่เกี่ยวกับการใช้เชื้อเพลิง B
สมดุลความร้อนแบบผกผัน รวมถึงแบบที่เกิดขึ้นทันที มักใช้ในการศึกษาการทำงานของเตาเผา สมการสมดุลความร้อนผกผันมักจะแก้ได้ด้วยความเคารพต่อ Qm ความร้อนที่เป็นประโยชน์ และทำหน้าที่ค้นหามันบนพื้นฐานของคำจำกัดความการทดลองของรายการสมดุลอื่นๆ ทั้งหมด
เมื่อรวบรวมสมดุลความร้อน จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าปริมาณอินพุตและเอาต์พุตทั้งหมดที่ใช้ในสมดุลความร้อนถูกนำไปใช้กับขอบเขตของส่วนนั้นของวัตถุที่รวบรวมสมดุลความร้อน เพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นในการเลือกค่าสำหรับการรวบรวมสมดุลความร้อน การใช้โครงร่างของวัตถุที่เกี่ยวข้องจะสะดวก มีความจำเป็นต้องวาดโครงร่างเสริมในโครงร่างนี้โดยข้ามเส้นการไหลของวัสดุในสถานที่ที่เหมาะสม
รายการสมดุลสามารถแสดงเป็นปริมาณความร้อนเป็นจูลในช่วงเวลาหนึ่งหรือในค่าพลังงานความร้อนที่สอดคล้องกัน
รายการงบดุลรายได้
1. พลังงานเคมีของเชื้อเพลิง Q XT หรือไฟฟ้า Q ee ถ้า ที่- ปริมาณการใช้เชื้อเพลิง kg / s หรือ m 3 / s, a Q p H - ความร้อนจากการเผาไหม้ จากนั้น:
คิวเอ็กซ์ที = ที่คิว พี เอช
2. ความร้อนที่เกิดจากเชื้อเพลิงที่ให้ความร้อน Q FT .
3. ผลกระทบทางความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการทางเทคโนโลยี Q TECHN หากผลกระทบเป็นลบ รายการนี้จะถูกโอนไปยังด้านรายจ่ายของงบดุล
4. ความร้อนที่อากาศนำมาสู่การเผาไหม้เชื้อเพลิงเพื่อจุดประสงค์ทางเทคโนโลยี Q FV, c.
5. ความร้อนที่เกิดจากวัสดุประจุของแข็งและของเหลวที่ให้ความร้อน Q FM
11. รายการดุลรายจ่าย
1. ความร้อนของผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็งและของเหลวจากกระบวนการทางเทคโนโลยี Q FP
2. ความร้อนของก๊าซไอเสีย (ทางเคมีและกายภาพ) รวมถึงผลิตภัณฑ์ก๊าซของกระบวนการทางเทคโนโลยีและอากาศที่ดูดจากชั้นบรรยากาศ Q yx .
3. การสูญเสียความร้อน (ทั้งหมด) จากการเผาใต้เชิงกลผ่านการก่ออิฐ (การนำความร้อนและการสะสม) การแผ่รังสีผ่านรูด้วยน้ำหล่อเย็น Q เหงื่อ
เมื่อรวมรายการรายได้และรายจ่ายของยอดคงเหลือ เท่ากับจำนวนเหล่านี้ เราได้รับสมการสมดุลความร้อน ซึ่งใช้ได้เท่าเทียมกันสำหรับเตาทุกประเภทและประเภทของเตาเผา และแน่นอนว่าไม่ใช่ทุกรายการในยอดเฉพาะแต่ละรายการที่สามารถเกิดขึ้นได้:
Q xt + Q ee + ถาม FT ± Q TECHN + Q FB + Q FM = Q FP + Q yx + Q เหงื่อ
ทางด้านขวาของสมการ จะแสดงค่า qm ความร้อนที่เป็นประโยชน์ ทางด้านซ้าย - การแสดงออกในแง่ของปริมาณทางวิศวกรรมความร้อน ซึ่งวัดได้ค่อนข้างง่ายในสภาพการใช้งานจริง
อัตราส่วนของความร้อนที่เป็นประโยชน์ที่ใช้กับความร้อนที่ป้อนเข้าด้วยเชื้อเพลิงและอากาศเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์การใช้ความร้อนที่เป็นประโยชน์:
? พคท. =Q M /(Qเอ็กซ์ที +ถามก.ท + ถาม FB).
ค่านี้คล้ายกับปัจจัยประสิทธิภาพ - แนวคิดที่ใช้ในการประเมินการทำงานของเครื่องจักรและกลไก ค่าสัมประสิทธิ์การใช้ความร้อนที่มีประโยชน์จะแสดงถึงประสิทธิภาพของการทำงานด้านความร้อนของเตาเผาและช่วยให้คุณเปรียบเทียบความสมบูรณ์แบบของพลังงานของเตาเผาต่างๆ สมมติว่าจำนวนน้ำ W (จำนวนน้ำ W เท่ากับผลคูณของความจุความร้อนและอัตราการไหลของมวล) ของผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้และสารตั้งต้น (เชื้อเพลิงและอากาศ) ของการเผาไหม้มีค่าเท่ากัน จากนั้นจึงแทนที่ คิว yxในสมการสมดุลความร้อนและหารด้วย W เราได้รับ:
ที่ไหน ? วาฬ. – ค่าสัมประสิทธิ์การใช้เชื้อเพลิงที่เป็นประโยชน์
ที่ไหน T ทฤษฎีและ T สำหรับทฤษฎีคืออุณหภูมิการเผาไหม้เชื้อเพลิงตามทฤษฎีโดยไม่คำนึงถึงความร้อนทางกายภาพของเชื้อเพลิงและอากาศที่เผาไหม้ T agr เอ่อ - อุณหภูมิของก๊าซไอเสียจากหน่วย
เนื่องจากทีเกษตร เอ่อ และ โอ้ ว. เหงื่อออกค่อนข้างน้อย ตราบเท่าที่อุณหภูมิการเผาไหม้ตามทฤษฎีระหว่างการทำความร้อนในอากาศเนื่องจากความร้อนของก๊าซไอเสียขึ้นอยู่กับ (ที่อุณหภูมิการเผาไหม้เชื้อเพลิงตามทฤษฎีในอากาศเย็น) ขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์การใช้ความร้อนในพื้นที่การทำงานของเตาเผา:
12. หลักการอุณหพลศาสตร์ของการวิเคราะห์และการออกแบบเตาเผา
การวิเคราะห์การทำงานของเตาเผาจากมุมมองของอุณหพลศาสตร์ทำให้สามารถสร้างข้อกำหนดทั่วไปบางประการที่กำหนดลักษณะผลลัพธ์สุดท้ายของการทำงานของเตาเผา
การใช้กฎข้อที่หนึ่งและข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ทำให้สามารถประเมินผลพลังงานของกระบวนการถ่ายเทความร้อนที่เสร็จสมบูรณ์หรือองค์ประกอบที่ระบุของกระบวนการดังกล่าวเท่านั้น และในขณะเดียวกันก็ไม่อนุญาตให้กำหนดประสิทธิภาพของอุปกรณ์ระบายความร้อนและใน โดยเฉพาะเตาเผา
การประเมินพลังงานทำให้สามารถตัดสินความสมบูรณ์ของการใช้พลังงานในอุปกรณ์ระบายความร้อนที่กำหนดได้ และไม่ได้พูดอะไรเกี่ยวกับประสิทธิภาพของพลังงานที่ถ่ายโอน ในทางตรงกันข้าม การประเมิน exergy ทำให้สามารถตัดสินการสูญเสียพลังงานที่แก้ไขไม่ได้ ลักษณะเชิงคุณภาพของพลังงานที่ถ่ายโอน และไม่สามารถตัดสินความสมบูรณ์ของการใช้พลังงานในอุปกรณ์ที่กำหนดได้
ด้วยการใช้พลังงานที่เท่ากัน โดยหลักการแล้วกระบวนการถ่ายเทความร้อนจะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้น อุณหภูมิของตัวกลางที่รับความร้อนก็จะยิ่งสูงขึ้น เนื่องจากค่าเสื่อมราคาของพลังงานจะน้อยลงในกรณีนี้ ด้วยการใช้ตัวกลางในการทำความร้อนแบบเดียวกัน การใช้พลังงานในอุปกรณ์ระบายความร้อนจะลดลงเนื่องจากอุณหภูมิพื้นผิวความร้อนที่จำเป็นสำหรับเหตุผลทางเทคโนโลยีเพิ่มขึ้น ยิ่งอุณหภูมิที่ต้องการของพื้นผิวทำความร้อนสูงเท่าใด ความร้อนของตัวกลางความร้อนก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น และข้อกำหนดด้านคุณภาพของเชื้อเพลิงและเงื่อนไขการเผาไหม้ก็จะยิ่งสูงขึ้น ในทางตรงกันข้าม ที่อุณหภูมิต่ำของพื้นผิวทำความร้อนหรือตัวกลางที่ให้ความร้อน การใช้ตัวกลางให้ความร้อนที่มีพลังงานสูงนั้นไม่สามารถทำได้ เนื่องจากกระบวนการลดค่าพลังงานยังคงเกิดขึ้น
เตาเผาได้รับการคำนวณและออกแบบเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ? เคและ อี
เพื่อให้ได้สูงสุด ? ปลาวาฬรวม ? พื้นที่ทำงานของ Whale t ควรมีค่าที่เหมาะสมที่สุด แต่ไม่ใช่ค่าสูงสุด
การประเมินเชื้อเพลิงโดยการคำนวณค่าที่เป็นไปได้ ? วาฬ. ของหน่วยภายใต้เงื่อนไขต่าง ๆ ของการเผาไหม้เชื้อเพลิงเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการออกแบบเตาเผาและการสร้างโหมดการทำงานที่มีเหตุผล
13. ข้อกำหนดสำหรับเปลวไฟของเตาเผาแบบเปิด
รูปทรงแอโรไดนามิกคือตำแหน่งของจุดที่ความเร็วเจ็ตเข้าใกล้ศูนย์ รูปทรงของการเผาไหม้ถูกกำหนดโดยปริมาณของการเผาไหม้สารเคมีของเชื้อเพลิง ในขณะที่พิกัดตามยาวที่สอดคล้องกับความยาวของวงจรการเผาไหม้คือความยาวของเปลวไฟ L f
เพื่ออำนวยความสะดวกในการอธิบายทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการเผาไหม้ในเปลวไฟและการคำนวณ ขอแนะนำให้ตั้งค่าขั้นต่ำของการเผาไหม้อันเดอร์เบิร์น ซึ่งจะกำหนดลักษณะของรูปร่างของเปลวไฟและความยาวของมัน ในการรวมขนาดนี้ควรใช้ตัวเลข 0.5% CO หรือค่าที่สอดคล้องกัน คิว 3 .สำหรับเชื้อเพลิงที่มีแคลอรีสูง (เช่น น้ำมันเตา ก๊าซธรรมชาติ และก๊าซโค้กเตาอบ) ค่า CO 0.5% ในผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่ ก\u003d 1 สอดคล้องกับการสูญเสียความร้อน q c \u003d 1.3-1.8% ดังนั้นในการประมาณความยาวเปลวไฟของเชื้อเพลิงเหล่านี้ เราสามารถใช้ค่าได้เท่ากับประมาณ 2% (โดยคำนึงถึงไฮโดรเจนจำนวนหนึ่งในผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้)
ความยาวคบเพลิง.ตามกฎแล้วจำเป็นต้องใช้เปลวไฟสั้นสำหรับเตาเผาแบบเปิด ในช่วงการเติมส่วนที่มองเห็นได้ควรสิ้นสุดประมาณตรงกลางพื้นที่ทำงานของเตาเผาและในช่วงตกแต่งเสร็จควรยืดไฟฉายให้ยาวขึ้นเพื่อให้มีความยาว 3/4 ของอ่าง แต่จำเป็นเสมอว่าในหน้าต่างเติมสุดท้ายระหว่างคบเพลิงควรสะอาดและไม่มีร่องรอยของเชื้อเพลิงหมด
รูปร่างคบเพลิงในเตาเผาแบบเปิด รูปร่างของคบเพลิงมีความสำคัญยิ่ง จำเป็นต้องแบนราบ - ครอบคลุมอ่างอาบน้ำโดยไม่ต้องสัมผัสผนังด้านหน้าและด้านหลังหากเป็นไปได้และห่างจากส่วนโค้งหลักมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เช่นจากการสังเกตด้วยสายตาควรบางและไม่มีจุดเด่น คบเพลิงนี้มักเรียกว่า แบนและแข็ง
ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องใช้หัวฉีดพิเศษเพื่อให้ความร้อนแก่เตาเผาแบบเปิด ควรเลือกมุมเอียงของหัวฉีดไปยังกระจกอาบน้ำในลักษณะที่มีรูปร่างของคบเพลิงที่ต้องการและไม่เกิดการเสียรูปมากเกินไป
ขนาดของเปลวไฟและรูปร่างมักตัดสินจากภูมิประเทศของการทำลายอิฐของเตาเผาแบบเปิด (ห้องใต้ดินและผนัง) ตามกฎแล้วการทำลายในพื้นที่จะเกิดขึ้นตามแนวเปลวไฟ
ลักษณะความเร็วแน่นอน เพื่อให้มั่นใจถึงความเรียบและความแข็งแกร่งของเปลวไฟ คุณลักษณะทางอากาศพลศาสตร์ของมันจะต้องสูงเพียงพอ กล่าวคือ ความเร็วเริ่มต้นของไอพ่นที่ไหลออกจากหัวฉีดและความเร็วของการขยายตัวของเปลวไฟใกล้อ่างตลอดความยาวทั้งหมดจะต้อง มีขนาดใหญ่พอที่จะป้องกันไม่ให้เปลวไฟแยกออกจากอ่างและยกไปที่ห้องนิรภัย
ลักษณะความเร็วกำหนดทั้งความยาวของเปลวไฟและความสามารถในการออกซิไดซ์ นอกจากนี้ยังสะท้อนถึงระดับของผลกระทบเชิงกลโดยตรงของคบเพลิงบนอ่างเตาซึ่งจำเป็นต่อการลดการเกิดฟองและปรับปรุงการเดือดของอ่าง
14. ความสามารถในการออกซิไดซ์ ลักษณะการแผ่รังสีของเปลวไฟ
>ความสามารถในการออกซิไดซ์การไหลของกระบวนการที่สำคัญมากสำหรับเทคโนโลยี โดยเฉพาะอย่างยิ่งกระบวนการเกิดออกซิเดชันของคาร์บอน ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการจัดระเบียบของคบเพลิงในเตาเผาแบบเปิด กระบวนการออกซิเดชั่นของสิ่งเจือปนในอ่างอาบน้ำนั้นถูกกำหนดโดยกระบวนการถ่ายโอนมวลเป็นหลัก ดังที่แสดงในเอกสารทางเทคนิค
เพื่อเพิ่มการถ่ายเทความร้อนในพื้นที่ทำงานของเตาเผาแบบเปิด (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเตาขนาดใหญ่ที่ใช้เหล็กเหลว) จำเป็นต้องใช้มาตรการทั้งหมดเพื่อเร่งให้เกิดพลังงานเคมีของสิ่งเจือปนในอ่างและการเผาไหม้ของคาร์บอนมอนอกไซด์ ที่ผิวอ่างโดยตรง กระบวนการนี้เร่งตัวเอง: การสร้างเงื่อนไขสำหรับความเหนื่อยหน่ายที่รุนแรงช่วยให้อ่างน้ำเดือด ซึ่งจะอำนวยความสะดวกในการถ่ายเทความร้อนและออกซิเจนจากบรรยากาศของเตาเผาไปยังอ่าง ดังนั้น การปรับปรุงใด ๆ ในการจัดหาอากาศที่ร้อนในเครื่องกำเนิดใหม่ไปยังพื้นผิวของอ่างน้ำจะสร้างเงื่อนไขสำหรับการเร่งการหลอมเหลว การถ่ายโอนมวลสามารถทวีความรุนแรงขึ้นได้โดยการสร้างเปลวไฟที่สั้นและพุ่งตรงและใช้ตัวเพิ่มความเข้ม เราต้องไม่ลืมเกี่ยวกับความจำเป็นในการกระจายความร้อนและสารออกซิแดนท์อย่างเหมาะสมบนพื้นผิวของอ่างอาบน้ำ เพื่อให้น้ำเดือดอย่างสม่ำเสมอและไม่เกิดฟองตะกรัน ความต้องการนี้สามารถทำได้โดยการเลือกคบเพลิงที่มีความยาวเหมาะสมและตรวจดูลักษณะการแผ่รังสีบางอย่าง ซึ่งแน่นอนว่าเป็นไปไม่ได้หากไม่มีการควบคุมคบเพลิง
ลักษณะทางรังสี.คบเพลิงของเตาเผาแบบเปิดจะต้องส่องสว่าง กล่าวคือ มีระดับความมืดสูงสุดที่เป็นไปได้ (ที่อุณหภูมิสูงเพียงพอ) หลักการนี้ซึ่งไม่มีข้อสงสัยในเงื่อนไขทางปฏิบัติ ได้ถูกตั้งคำถามในทางทฤษฎีเป็นครั้งคราว โดยเริ่มจากผลงานของ E.K. Venstrem อย่างไรก็ตาม ทุกครั้งผลการวิจัยและประสบการณ์การทำงานของเตาเผาจะหักล้างข้อสงสัยดังกล่าว เช่น ที่เพิ่งเกิดขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้เมื่อเตาเผาแบบเปิดเตาถูกแปลงเป็นความร้อนจากก๊าซธรรมชาติและทำงานโดยใช้น้ำมันเตา เห็นได้ชัดว่าในการรวมข้อกำหนดสองข้อสุดท้ายสำหรับไฟฉาย ("สั้น" และในเวลาเดียวกัน "ส่องสว่าง") มีความขัดแย้งที่ทราบกันดี เนื่องจากยิ่งกระบวนการผสมเชื้อเพลิงกับอากาศและกระบวนการเผาไหม้เร็วขึ้นเท่าใด โอกาสก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น สำหรับการปล่อยอนุภาคคาร์บอนที่ให้ความส่องสว่างของคบเพลิง
การวิจัยเชิงทฤษฎีประกอบด้วยการช่วยนักออกแบบและผู้ผลิตในการหาคบเพลิงที่มีประสิทธิภาพสูงสุด เนื่องจากความเข้มของกระบวนการถ่ายเทความร้อนและมวลและความเสถียรของเตาเผานั้นถูกกำหนดโดยความยาวของคบเพลิงเป็นส่วนใหญ่ นักวิจัยจึงมองหาคำตอบสำหรับคำถามที่สำคัญที่สุดเป็นอันดับแรก: ความยาวของคบเพลิงคือเท่าใด และขึ้นอยู่กับปัจจัยอะไรบ้าง
15. การศึกษาทางเทอร์โมเทคนิคของเตาเผาแบบเปิด
ในการค้นหาวิธีการใหม่ในการทำความร้อนเตาเผาแบบเปิดด้วยน้ำมันเชื้อเพลิงได้ทำการศึกษาวิศวกรรมความร้อนและศึกษาพฤติกรรมของกำมะถันในพื้นที่ทำงานของเตาเผา มีการตรวจสอบเตาเผาน้ำมันแก๊ส เตาเผาที่อุ่นด้วยน้ำมันเชื้อเพลิงที่พ่นในพื้นที่ทำงาน และเตาเผาที่อุ่นด้วยน้ำมันเตาแก๊ส
เมื่อทำการศึกษาทางเทอร์โมเทคนิค เตาเผาส่วนใหญ่ได้รับความร้อนด้วยน้ำมันเชื้อเพลิงที่มีความหนืดต่ำและเบา ซึ่งมาจากโรงกลั่นน้ำมันทางตอนใต้ เตาเผาทั้งหมดในช่วงการตกแต่งสำเร็จรักษาภาระความร้อนเท่าเดิม: ปริมาณการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงเท่ากับ 2,400 กก./ชม. และ k = 1.3
เพื่อควบคุมความสมบูรณ์ของการสะสมของเขม่า ตัวกรองฝ้ายแบบดูดซับได้รับการติดตั้งไว้ด้านหลังตัวกรองใยแก้วหลัก
อุณหภูมิของก๊าซในช่วงก๊าซ (ที่ระยะ 150 มม. ถึงทางออกของก๊าซจากกระสุนปืน) ถูกวัดด้วยเทอร์โมคัปเปิลแบบดาบปลายปืนทังสเตน-แรมโมลิบดีนัมที่ติดตั้งอยู่ในท่อระบายความร้อนด้วยน้ำ จุดเชื่อมต่อการทำงานของเทอร์โมคัปเปิลได้รับการปกป้องด้วยปลายควอตซ์
การศึกษาคุณสมบัติการแผ่รังสีของเปลวไฟเริ่มจากการวัดอุณหภูมิการแผ่รังสีของเปลวไฟและอิฐก่อตามความยาวของพื้นที่การทำงานของเตา สำหรับสิ่งนี้ มีการใช้ไพโรมิเตอร์การแผ่รังสีรวมของ RAPIR ด้วยกล้องโทรทรรศน์ TERL-50 ไพโรมิเตอร์ห้าตัวได้รับการติดตั้งอย่างถาวรและนำไปยังเปลวไฟผ่านท่อระบายความร้อนด้วยน้ำซึ่งวางอยู่ที่ผนังด้านหลังของเตา การติดตั้งไพโรมิเตอร์ที่ด้านข้างของผนังด้านหลังของเตาทำให้สามารถทำการทดลองได้ตลอดการหลอม
ในการวัดฟลักซ์ความร้อน มีการใช้หัววัดความร้อน VNIIMT ซึ่งถูกนำเข้าสู่พื้นที่ทำงานของเตาผ่านช่องมองของช่องเติม
สำหรับการศึกษาลักษณะการแผ่รังสีของคบเพลิงที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น ได้มีการกำหนดระดับความมืดและอุณหภูมิชมิดต์ ปริมาณ vfถูกกำหนดที่สี่จุดตามความยาวของพื้นที่ทำงานของเตาเผา
วัดฟลักซ์ความร้อนด้วยไพโรมิเตอร์รังสีมุมแหลม
เมื่อทำการปรับเทียบเรดิโอมิเตอร์แบบ end-face ตัวอย่างก๊าซจะถูกนำมาจากพื้นที่ทำงานของเตาหลอมพร้อมกับการกำหนดค่าของช่วงเวลาที่ปิดน้ำมันเชื้อเพลิง การวิเคราะห์ทางเคมีของตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบการดูดซับของบรรยากาศของเตาเผาไม่สามารถส่งผลกระทบต่อผลการสอบเทียบที่เห็นได้ชัดเจน (CO 2<0,1%).
ธรรมชาติของการพึ่งพา tk และ tp ในการอ่านค่าของ radiometer นั้นใกล้เคียงกันสำหรับเตาเผาทั้งหมดที่ศึกษา
16. การศึกษาลักษณะการแผ่รังสีของคบเพลิง
อุณหภูมิเปลวไฟ:
ที่ไหน L Р f.c.–ความยาวเปลวไฟ M;
x– ความชื้นของน้ำมันเชื้อเพลิง กก./กก.
ได้มาจากเตาเผาความร้อนด้วยน้ำมันเชื้อเพลิงที่เป็นแก๊ส
บนเตาเผาที่อุ่นด้วยน้ำมันเตาจะได้ค่า vf สูง สิ่งนี้สามารถอธิบายได้จากการปล่อยเขม่าเข้มข้นในกระบวนการแตกออกซิเดชันของน้ำมันเชื้อเพลิง เช่นเดียวกับความหนาที่มากขึ้นของชั้นที่แผ่รังสีของขนนก ในช่วงครึ่งแรกของพื้นที่ทำงานของเตาเผา ระดับการเปล่งรังสีอยู่ภายในขอบเขต e f = 0.7-0.95 และเปลี่ยนแปลงค่อนข้างน้อยตามความยาวของเปลวไฟ ใกล้กึ่งกลางของพื้นที่ทำงาน e f ลดลงอย่างรวดเร็วและเมื่อถึงช่วงท้ายถึงค่าที่น้อยที่สุด (อี ฉ = 0.13-0.18).
ผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนของแบรนด์น้ำมันเชื้อเพลิงต่อลักษณะการแผ่รังสีของเปลวไฟนั้นสังเกตได้จากเตาเผาน้ำมันเชื้อเพลิงแบบสองช่องทาง การเพิ่มขึ้นของความหนืดของน้ำมันเชื้อเพลิงนั้นมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของค่า e f ตลอดความยาวทั้งหมดของเตาเผา ดังนั้นเมื่อใช้น้ำมันเชื้อเพลิงเกรด 40 กับช่องเติมที่สองตามแนวเปลวไฟ ค่า e f = 0.67 และเมื่อเผาไหม้น้ำมันเชื้อเพลิงเกรด 80 e f = 0.76 ด้วยการเพิ่มจำนวนของน้ำมันเชื้อเพลิงการถ่ายเทความร้อนก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน
ความเสถียรของเตาเผายังสัมพันธ์กับความหนืดของน้ำมันเชื้อเพลิงเนื่องจากความหนืดเพิ่มขึ้น อุณหภูมิสูงสุดของเปลวไฟที่ส่วนท้ายของพื้นที่ทำงานจะลดลง
จากการสังเกตด้วยสายตา เมื่อเตาเผาถูกทำให้ร้อนด้วยน้ำมันเชื้อเพลิงที่มีความหนืดสูง ความส่องสว่างของคบเพลิงจะยังคงอยู่ถึง 2/3 ของความยาวของพื้นที่ทำงาน ตะกรันโฟมจะน้อยลงมาก และโลหะจะร้อนเร็วขึ้น
เมื่อให้ความร้อนแก่เตาเผาแบบสองช่องด้วยน้ำมันเชื้อเพลิงเกรด 80 จะใช้ไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่ความดัน 11 atm และอากาศอัดที่ความดัน 5.5-6.0 atm เป็นเครื่องฉีดน้ำ ในกรณีของการทำให้เป็นละอองของน้ำมันเชื้อเพลิงโดยอากาศอัด สังเกตได้ว่าค่าการแผ่รังสีของไฟฉายและ q fc เพิ่มขึ้นเล็กน้อย
ผลการศึกษาเกี่ยวกับการทำงานด้านความร้อนของเตาเผาทำให้เราสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้:
1) องค์ประกอบและอุณหภูมิของน้ำมันเชื้อเพลิงกึ่งแก๊สถูกกำหนดโดยค่าของอัตราการไหลของอากาศหลักในระหว่างการแปรสภาพเป็นแก๊สของน้ำมันเชื้อเพลิง ค่าที่เหมาะสมที่สุดคือ 1 ประมาณ 0.4;
2) เมื่อใช้น้ำมันเชื้อเพลิงที่เบาและมีความหนืดต่ำ ค่าฟลักซ์ความร้อนสูงสุดของการดูดซับความร้อนของอ่างที่ตกลงบนอ่าง ค่าที่สูงที่รากของคบเพลิงและในช่วงครึ่งแรกของเตาเผา และ ได้รับค่าต่ำสุดใกล้กับหัวทำความสะอาดสำหรับเตาเผาที่อุ่นด้วยน้ำมันเชื้อเพลิงที่เป็นแก๊ส
3) เมื่อเผาไหม้น้ำมันเชื้อเพลิงหนัก ความแตกต่างมีทั้งค่าสัมบูรณ์และค่าสัมพัทธ์
17.พารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์พื้นฐานของสถานะก๊าซ
ความกดดัน
ร- การวัดแรงที่กระทำต่อพื้นผิวหน่วย:
ร= ลิม ?Fn / ?S = ดีเอฟเอ็น/ ดีเอส
โดยที่ DS -> 0; ?Fn คือแรงที่ตั้งฉากกับพื้นที่ผิว
ปริมาณเฉพาะ
วีเป็นส่วนกลับของความหนาแน่น รสาร:
v = 1 / r = dV / dm
ที่ไหน ดี.วีเป็นองค์ประกอบปริมาณน้อย;
dmคือมวลของสาร
ตุ่น
ปริมาณของสารที่มีจำนวนโมเลกุลเท่ากับจำนวนอะตอมที่มี 12 กรัมของไอโซโทปคาร์บอน 12 C เรียกว่า เราอธิษฐาน
หมายเลขของอาโวกาโดร
เอ็น เอ\u003d 6.02 ชั่วโมง 10 23 โมล -1 ค่าที่จำเป็นในการคำนวณ แสดงจำนวนโมเลกุลที่มีอยู่ในหนึ่งโมลของสารใด ๆ
มวลโมลาร์
ม- มวลของหนึ่งโมล:
M \u003d N A m x 1a กิน,
ที่ไหน เอ็น เอคือเลขอาโวกาโดร
ม- มวลโมเลกุล
มวลโมลาร์ [M] = kg / mol และปริมาตรต่อโมล = m 3 / mol
ปริมาตรของหนึ่งโมลคือปริมาตรโมลาร์:
V M = M / ร
ที่ไหน ม- มวลโมลาร์
รคือความหนาแน่นของสสาร
สูตรการหาจำนวนโมลของสารและจำนวนโมเลกุลของสารมีดังนี้
คุณ= ม. /M= V/ V ม. ,
N = uN A = (m / M)NA = (V/ V M)N A .
อุณหภูมิ
เป็นเรื่องปกติที่จะใช้พลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงแปลของโมเลกุลเป็นหน่วยวัดอุณหภูมิ หากวัตถุสองชิ้นที่สัมผัสกันไม่แลกเปลี่ยนพลังงานโดยการถ่ายเทความร้อน เราสามารถพูดได้ว่าวัตถุเหล่านี้มีอุณหภูมิเท่ากันและมีความสมดุลทางความร้อนในระบบ
18. สถานะของร่างกาย ระบบเทอร์โมไดนามิกส์. กระบวนการอะเดียแบติก
>การรวมตัวมีสามสถานะ: ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ
หากพารามิเตอร์ของระบบไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา เราสามารถพูดถึงสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ของระบบได้
ชุดของร่างกายและสนามที่สามารถแลกเปลี่ยนพลังงานไม่เพียง แต่ระหว่างตัวเองเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสภาพแวดล้อมภายนอกด้วย เรียกว่าระบบเทอร์โมไดนามิกส์ หากมีการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในในระบบอุณหพลศาสตร์ เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับประสิทธิภาพของงานโดยระบบนี้และการถ่ายเทความร้อนระหว่างส่วนต่าง ๆ ของระบบ
พารามิเตอร์สถานะทางอุณหพลศาสตร์
ความดัน อุณหภูมิ ความหนาแน่น ความเข้มข้น ปริมาตรของระบบเป็นพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ของรัฐ
กระบวนการที่ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างระบบและสภาพแวดล้อมภายนอกเรียกว่า อะเดียแบติกกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ ณ ดีคิว = 0 มีลักษณะดังนี้:
C v dT + PdV= 0,
และเมื่อคำนึงถึง ดีที= (พีดีวี + วีดีพี) / ร
พ/ พี= -gdV/ วี
ที่ไหน ชคือดัชนีอะเดียแบติก
ร- ความกดดัน;
วี- ปริมาณ.
สมการนี้มีคำตอบในรูปแบบ:
พีวี ก= คงที่
ก็เรียกว่า สมการของปัวซองเมื่อพิจารณาจากสมการ Mendeleev-Claiperon แล้ว สมการปัวซองจะมีลักษณะดังนี้:
ทีวี ก-1 = คงที่
ต g p 1-g = คงที่
สมการปัวซองอธิบายกระบวนการอะเดียแบติกกึ่งสถิต การบีบอัดแบบอะเดียแบติกทำให้ก๊าซร้อนขึ้น ในกรณีของการขยายตัวแบบอะเดียแบติกจะทำให้เย็นลง
ตรงกันข้ามกับกระบวนการไอโซเทอร์มอล กระบวนการอะเดียแบติกมีลักษณะพิเศษคือความดันลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อปริมาตรเพิ่มขึ้น งานที่ทำโดยแก๊สในกระบวนการอะเดียแบติกจะน้อยกว่างานที่ทำในกระบวนการไอโซเทอร์มอลเสมอ หากถือว่าการเปลี่ยนแปลงในปริมาตรเท่ากันสำหรับทั้งสองกรณี ในกระบวนการอะเดียแบติก มีการพึ่งพาการทำงานของเลขชี้กำลังอะเดียแบติก มุ่งมั่น ก -> 1 เราได้รับมูลค่าของงานระหว่างกระบวนการแบบอุณหภูมิคงที่ นั่นคือจะมีการเปลี่ยนแปลงของอะเดียบัต (คิว= const) ไปเป็นไอโซเทอร์ม (ต= คอสต์).
19. กระบวนการโพลีโทรปิก
กระบวนการนี้เรียกว่า โพลีโทรปิกสมมติว่าความจุความร้อนคงที่ กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ที่ C = const เป็นดังนี้:
(ค– Cv)dT = PdV,
และเมื่อคำนึงถึง ดีที= (พีดีวี + วีดีพี)/ รเราได้แบบฟอร์มต่อไปนี้:
เอ็น.ดี.วี/ วี= -dP/ พี
น= (ค– ซี.พี.)/ (ค– ประวัติย่อ),
สมการมีคำตอบในรูปแบบ:
พี.วี.เอ็น= คงที่,
ที่ไหน พี- แรงดันแก๊ส
วีคือปริมาตรของแก๊ส
กระบวนการแบบโพลีโทรปิกนั้นมีลักษณะเฉพาะคือการแลกเปลี่ยนความร้อนบางส่วนระหว่างระบบกับสภาพแวดล้อมภายนอก เส้นโค้งของกระบวนการโพลีทรอปิกอยู่บนแผนภาพ PV ระหว่างไอโซเทอร์ม (Г = const) และอะเดียแบท ( ถาม= const) และถูกเรียกว่า โพลีโทรปิกเมื่อพิจารณาจากสมการ Mendeleev-Claiperon แล้ว สมการ polytropic จะมีลักษณะดังนี้:
ทีวี-1 = คงที่
T n P n-1= คงที่
ให้เราพิจารณางานที่ก๊าซทำในระหว่างกระบวนการโพลีโทรปิก:
A 12 \u003d (m / M) R (T 1 - T 2) / (n - 1),
ที่ไหน มคือมวลของก๊าซ
มคือมวลโมลาร์ของก๊าซ
ร
นคือดัชนีโพลีทรอปิก
ที1และ ที2- อุณหภูมิเริ่มต้นและอุณหภูมิสุดท้าย
กรณี T 2 > T 1 และ 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. กระบวนการอะเดียแบติก: กับ= 0, น= ช= ค/ซี และ หน้า= Const, ดู= ซี วี ดีที= -dA, d/ = ซี พี ดีที= -gdA
2. กระบวนการไอโซเทอร์มอล: กับ= Ґ, n =1 และ PV = const, T = const, อ= พีดีวี, ดู= 0, ดล = 0, ดีคิว= ดา
3. กระบวนการไอโซบาริก: C \u003d C p, n= 0 และ V/T = คงที่ ร= คงที่, dA = PdV, dU = CV dT, dl= ดู+ พีดีวี= dQ = C p dT
4. กระบวนการไอโซคอริก: C = C, น= Ґ และ อาร์/ที= คงที่, วี= Const, อ= 0, ดู= ประวัติย่อ dT = dQ dl = dU + PdV = C p dT
20. ความอบอุ่น
ความอบอุ่นเรียกว่ากระบวนการเปลี่ยนพลังงานภายในที่ค่าพารามิเตอร์ภายนอกคงที่ h = = const ร่างกายสามารถถ่ายโอนพลังงานให้กันและกันได้โดยตรงเมื่อสัมผัสหรือโดยการแผ่รังสีออกมา ความร้อนเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงของพลังงานในระดับจุลภาค กระบวนการถ่ายเทความร้อนถูกกำหนดโดยงานที่โมเลกุลทำระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนแบบสุ่ม ปริมาณความร้อนมีมิติต่อไปนี้ใน SI: [คิว]\u003d J. พวกเขายังใช้หน่วยความร้อน - แคลอรี 1 แคล \u003d 4.1868 J. หากร่างกายที่เข้าร่วมในกระบวนการได้รับปริมาณความร้อนก็จะเขียนด้วยเครื่องหมายบวกและถ้ามันให้ออกไป ปริมาณความร้อนมีเครื่องหมายลบ
สูตรสำหรับกำหนดปริมาณความร้อนเบื้องต้นที่รายงานไปยังร่างกายเพื่อเปลี่ยนอุณหภูมิ:
ดีคิว= ซีดีที,
ที่ไหน กับคือความจุความร้อนของร่างกาย
กับ= dQ / dT
ความหมายทางกายภาพของความจุความร้อน- นี่คือค่าที่เท่ากับปริมาณความร้อนที่ต้องถ่ายโอนไปยังร่างกายเพื่อเปลี่ยนอุณหภูมิ 10K ความจุความร้อน กับกำหนดโดยน้ำหนักตัว องค์ประกอบทางเคมี และสภาวะทางอุณหพลศาสตร์
แนวคิดของความจุความร้อนรวมถึงแนวคิดของความจุความร้อนจำเพาะและโมลาร์ ความจุความร้อนต่อหน่วยมวลของสารเรียกว่า ความจุความร้อนจำเพาะในกรณีของร่างกายที่เป็นเนื้อเดียวกัน จะเท่ากับ:
ค=ค/เมตร
ที่ไหน มคือมวลของแก๊ส
เรียกความจุความร้อนของสารหนึ่งโมล ความจุความร้อนของโมลาร์หรือโมเลกุล(แสดงว่า กับ).โมลาร์และความจุความร้อนจำเพาะสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์:
ค = ซี/ ม,
ที่ไหน มคือมวลโมลาร์ของสาร
ใน SI ความจุความร้อนจำเพาะและโมลาร์มีขนาดดังต่อไปนี้: [s] = J/kgK, [C] = J/molK
แนวคิดของความจุความร้อนประกอบด้วยความจุความร้อนสองประเภท: ที่ปริมาตรคงที่และที่ความดันคงที่ ความจุความร้อน (จำเพาะและโมลาร์) ที่ปริมาตรคงที่ถูกกำหนดโดยการให้ความร้อนแก่ร่างกายที่ วี= const และเขียนแทนด้วย c โวลต์และซี โวลต์. ความจุความร้อน (จำเพาะและโมลาร์) ที่ความดันคงที่ถูกกำหนดโดยการให้ความร้อนแก่ร่างกายที่ ร= const และแสดงแทน กับหน้าและซีพี
21. ทำงาน
งานเป็นกระบวนการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ภายนอกที่ ดีคิว= 0. งานประถมเรียกว่างานที่ระบบดำเนินการด้วยการขยายตัวกึ่งคงที่เล็กน้อยซึ่งเป็นผลมาจากการที่ปริมาตรของระบบเพิ่มขึ้น dV:
อ= Fdx = PSdx = PdV,
ที่ไหน เอสดีเอ็กซ์= ดี.วี– การเพิ่มปริมาณ;
สคือพื้นที่ของพื้นผิวที่ตั้งฉากกับแรง F ที่กระทำ
ร- ความกดดัน.
กระบวนการในอุดมคติที่ระบบสามารถย้ายจากสภาวะสมดุลหนึ่งไปสู่อีกสภาวะสมดุลหนึ่งเรียกว่า กึ่งสถิตคุณลักษณะเฉพาะของกระบวนการกึ่งสถิตย์คือความเท่าเทียมกันของความดันก๊าซภายในกับความดันภายนอก: ร = ร",และ ง และ"= -dA= -P "dVเป็นงานของแรงภายนอก สำหรับขั้นตอนสุดท้าย สามารถคำนวณงานทั้งหมดได้ดังนี้:
ดังนั้นงาน A 12 จึงไม่ขึ้นอยู่กับสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายของระบบ และถูกกำหนดโดยวิธีการที่ระบบเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง งานไม่ใช่หน้าที่ของรัฐ
ในกรณีที่ระบบมีอิสระหลายระดับและสถานะภายในถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ภายนอก x nและอุณหภูมิ ที,งานเบื้องต้นจะดำเนินการกับร่างกายภายนอกโดยระบบ:
dA \u003d X 1 dx 1 + X 2 dx 2 + ... + X n dx n,
โดยที่ x 1 ,x 2 ,…,x n คือฟังก์ชันของพารามิเตอร์ภายนอกของสถานะของระบบ x (แรงทั่วไป) หากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในสิ่งแวดล้อมไม่มีผลกระทบต่อสถานะของระบบ ระบบดังกล่าวจะถูกเรียกว่า แยกอะเดียแบติกพลังงานภายในของระบบที่แยกจากอะเดียแบติกสามารถกำหนดเป็นฟังก์ชันสถานะบางอย่างได้ ยู,นอกจากนี้ การเพิ่มฟังก์ชันนี้จะต้องเท่ากับงานที่ทำบนระบบระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะเริ่มต้นไปยังสถานะสุดท้าย โดยไม่คำนึงถึงเส้นทาง:
A 12 \u003d U 2 - U 1,
ที่ไหน ยู 2และ ยู 1เป็นพลังงานภายในของระบบในสถานะ 2 และ 1
22. กฎหมาย Boyle-Mariotte
>หนึ่งในกฎของแก๊สในอุดมคติคือ กฎหมายบอยล์-มาริออตซึ่งอ่าน: ผลคูณของความดัน พีต่อปริมาตร วีแก๊สมีมวลคงที่และอุณหภูมิคงที่ ความเท่าเทียมกันนี้เรียกว่า สมการไอโซเทอร์ม. ไอโซเทอร์มแสดงอยู่ในแผนภาพ PV ของสถานะก๊าซในรูปของไฮเพอร์โบลา และขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของก๊าซ อยู่ในตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง กระบวนการเกิดขึ้นที่ ต= const เรียกว่า ไอโซเทอร์มอล.แก๊สที่ ต= const มีพลังงานภายในคงที่ U ถ้าก๊าซขยายตัวแบบไอโซเทอร์มอล ความร้อนทั้งหมดก็จะไปทำงาน งานที่ทำโดยก๊าซที่ขยายตัวด้วยอุณหภูมิความร้อนจะเท่ากับปริมาณความร้อนที่ต้องป้อนให้กับก๊าซเพื่อดำเนินการ:
อ= ดีคิว= พีดีวี,
ที่ไหน ง และ- งานเบื้องต้น
dv-ระดับประถมศึกษา
พี- ความกดดัน. ถ้า V 1 > V 2 และ P 1< P 2 , то газ сжимается, и работа принимает отрицательное значение. Для того чтобы условие ต= const เป็นที่พอใจ จำเป็นต้องพิจารณาการเปลี่ยนแปลงของความดันและปริมาตรว่าช้ามาก นอกจากนี้ยังมีข้อกำหนดสำหรับตัวกลางที่ก๊าซตั้งอยู่: ต้องมีความจุความร้อนสูงเพียงพอ สูตรการคำนวณยังเหมาะสมในกรณีที่จ่ายพลังงานความร้อนให้กับระบบ การบีบอัดก๊าซเรียกว่าคุณสมบัติของมันในการเปลี่ยนแปลงปริมาตรด้วยการเปลี่ยนแปลงของความดัน สารแต่ละตัวมี ปัจจัยการบีบอัด,และมีค่าเท่ากับ:
ค = 1 / วี O (dV / CP) T ,
ที่นี่อนุพันธ์ถูกนำมาที่ ต= คงที่
ปัจจัยความสามารถในการอัดถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดลักษณะการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรด้วยการเปลี่ยนแปลงของความดัน สำหรับก๊าซในอุดมคติ จะเท่ากับ:
ค = -1 / พี
ใน SI ปัจจัยความสามารถในการบีบอัดมีขนาดดังต่อไปนี้: [c] = m 2 /N
23. กฎของเกย์-ลูสแซก
กฎของเกย์-ลูสแซกระบุว่าอัตราส่วนของปริมาตรของก๊าซต่ออุณหภูมิที่ความดันและมวลของก๊าซคงที่นั้นคงที่
วี/ ต= ม/ มอ ร/ พี= คงที่
ที่ พี= คงที่, ม= คงที่
ความเท่าเทียมกันนี้เรียกว่า สมการไอโซบาร์
ไอโซบาร์แสดงในไดอะแกรม PV ของเส้นตรงที่ขนานกับแกน โวลต์กระบวนการเกิดขึ้นที่ พี= const เรียกว่า ไอโซบาริกถ้า วี 1และ ที 1- เริ่มต้นและ วี 2และ ที 2คือปริมาตรและอุณหภูมิสุดท้าย ความเท่ากันจะเป็นจริง:
V 1 / T 1 \u003d V 2 / T 2.
งานที่ทำโดยแก๊สระหว่างการขยายตัวสามารถหาได้ง่ายโดยการคำนวณพื้นที่ของรูปสามเหลี่ยมบนแผนภาพ PV:
A12=PDV= ม/ มเกี่ยวกับ RDT
โดยที่ DV \u003d V 2 - V 1 - การเปลี่ยนแปลงระดับเสียง
DT \u003d T 2 - T 1 - การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
ในแผนภาพ VT isobar จะแสดงเป็นเส้นตรงที่โผล่ออกมาจากจุดกำเนิด สามารถเขียนกฎของเกย์-ลูสแซกในรูปแบบต่อไปนี้:
วี =วี 0 (1+ ก โวลต์ t),
ที่ไหน วี- ปริมาตรที่อุณหภูมิ เสื้อนับจาก 0 o C;
V0คือปริมาตรของแก๊สอุดมคติที่อุณหภูมิ ที 0= 273.j6 ก.
ตั้งชื่อปริมาณ:
วี = วี/ วี 0 ที = 1 / T 0 \u003d 1 / 273.16 K - 1.
ในกรณีทั่วไปของสารใด ๆ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของปริมาตรถูกกำหนดเป็น:
ก= 1 / วีโอ/ (dV/dT) หน้า
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของปริมาตรของก๊าซในอุดมคติคือ:
ก= 1/ต.
ถ้า ต= 0 o C แล้ว a = a V
สำหรับก๊าซจริง กฎของเกย์-ลูสแซกจะไม่คงตัวที่อุณหภูมิต่ำ (เช่น ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์) เมื่อเย็นลงจนถึงศูนย์สัมบูรณ์ ก๊าซทั้งหมดยกเว้นก๊าซฮีเลียมจะเหลว
24. กฎของชาร์ลส์
กฎของชาร์ลส์ระบุว่าอัตราส่วนของความดันของแก๊สต่ออุณหภูมิจะคงที่ ถ้าปริมาตรและมวลของแก๊สไม่เปลี่ยนแปลง:
พี/ ต= ม/ มอ ร/ วี= คงที่
ที่ วี= คงที่, ม= คงที่
ความเท่าเทียมกันนี้เรียกว่า สมการไอโซชอร์
ไอโซชอร์วาดบนไดอะแกรม PV โดยเป็นเส้นตรงขนานกับแกน P และบนไดอะแกรม PT จะเป็นเส้นตรงที่ออกจากจุดกำเนิด กระบวนการเกิดขึ้นที่ วี =เรียกว่า const ไอโซคอริกคุณลักษณะเฉพาะของกระบวนการ isochoric คือก๊าซที่ วี= const ไม่ทำงาน เมื่อจ่ายพลังงานความร้อนให้กับก๊าซ พลังงานภายในของก๊าซจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากความร้อนที่จ่าย:
ดุ = ม/ มอ ประวัติย่อดี.ที.
ที่ไหน ม- มวลโมลาร์
ประวัติย่อคือความจุความร้อนของโมลาร์
ดี.ที = T 2 - T 1 - การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
ถ้า P 1 และ T 1 เป็นจุดเริ่มต้น และ P 2 และ T 2 เป็นความดันและอุณหภูมิสุดท้าย ดังนั้น:
ป 1 / ต 1 = ป 2 / ต 2
กฎของชาร์ลส์สามารถเขียนได้ในรูปแบบต่อไปนี้:
พี = P 0 (1 + a p t)
ที่ไหน ร- ความดันที่อุณหภูมิ t นับจาก 0 ® С;
พี 0– ความดันก๊าซในอุดมคติที่อุณหภูมิ Т0=273.16 K.
ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการเปลี่ยนแปลงความดันหรือเรียกง่ายๆ ว่า ค่าสัมประสิทธิ์ความดันความร้อน พารามิเตอร์ต่อไปนี้เรียกว่า:
a p \u003d P / P 0 T \u003d 1 / T 0.
25. สมการสถานะของก๊าซในอุดมคติ
สมการของก๊าซในอุดมคติอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและความดัน เนื่องจากความดันของก๊าซอุดมคติในระบบปิด พี= 1/3 O ลบ
P = NkT,
ที่ไหน เอ็นคือจำนวนโมเลกุลที่มีอยู่ในปริมาตร V
PV=ม/ ม x NkT,
พี.วี= ม/ MxRT,
ที่ไหน ม- มวลโมลาร์
นาคือเลขอาโวกาโดร
เคคือค่าคงที่ Boltzmann;
รคือค่าคงที่ของก๊าซสากล
เรียกว่าความเสมอภาค สมการ Mendeleev-Claiperonในกรณีที่ปริมาณของสารก๊าซเท่ากับ 1 โมล สมการ Mendeleev-Claiperon จะอยู่ในรูปแบบ พีวี=อาร์ทีสามารถพิจารณาแก๊สได้ สมบูรณ์แบบ,หากอธิบายสถานะของมันด้วยสมการ Mendeleev-Claiperon หรือผลสรุปอย่างใดอย่างหนึ่ง
F(พี, วี, ที 0) หมีชื่อ สมการของรัฐในแผนภาพ PV เซตของสถานะที่มี t 0 = const จะแสดงเป็นไฮเปอร์โบลา ชุดของไฮเปอร์โบลาที่สอดคล้องกับอุณหภูมิต่างๆ เรียกว่า ไอโซเทอร์มกระบวนการที่ก๊าซเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง เสื้อ0= const เรียกว่า ไอโซเทอร์มอล.
เมื่อไร พี= const (1) มีการขึ้นต่อกันเชิงเส้นของปริมาตรของมวลก๊าซจำนวนหนึ่งกับอุณหภูมิ:
วี= V 0 (1 + ที่ 0)
มันแสดงถึงกฎของเกย์-ลูสแซก ในทำนองเดียวกันสำหรับ วี=ส่วนประกอบ:
พี=พี 0 (1 + ที่ 0)
จากสมการเหล่านี้ที่ไอโซบาร์และไอโซชอร์ทั้งหมดตัดแกน เสื้อ0ที่จุดเดียวที่กำหนดจากเงื่อนไข 1 + ที่ 0= 0 คำตอบของสมการนี้:
เสื้อ 0 \u003d -1 / ก= -273.15 o ซ.
ร= 8.31 ชั่วโมง 10 3 J/(องศา h kmol) – ค่าคงที่ของก๊าซสากล
PV = ม. / ม. x RT
26. สมการสากลของรัฐสำหรับก๊าซในอุดมคติ
อัตราส่วนมวล มแก๊ส (สาร) ต่อ ปริมาณแก๊ส (สาร) โวลต์ระบบนี้เรียกว่า มวลโมลาร์ของก๊าซ (สาร):
เอ็ม = ม/ โวลต์
หน่วยของมวลโมลาร์มีดังนี้: [เอ็ม]= 1 กก. / 1 โมล
ผลที่ตามมาของกฎของ Avogadro ทำให้เราสามารถหาอัตราส่วนของปริมาตรเฉพาะได้:
v 2 / v 1 = M 1 / M 2
v 1 M 1 = M 2 v 2 .
อัตราส่วนสุดท้ายสะท้อนถึงความสำคัญ คุณสมบัติก๊าซในอุดมคติ:ภายใต้สภาวะทางกายภาพเดียวกัน ผลคูณของปริมาตรจำเพาะของก๊าซและมวลโมลาร์ของก๊าซจะเป็นค่าคงที่ซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของก๊าซ เช่น วีเอ็ม= อุดมคติ งาน วีเอ็มหมายถึงปริมาตรของก๊าซในอุดมคติ 1 โมล ความเท่ากันสุดท้ายหมายถึงความเท่ากันของปริมาตรโมลาร์ของก๊าซทั้งหมดที่ความดันและอุณหภูมิเท่ากัน
สมการสถานะของก๊าซหนึ่งโมลมีดังนี้:
PV m = MRT,
ที่ไหน MR = Rm= พี.วี.เอ็ม/ ต.
ผลิตภัณฑ์ MR คือ ค่าคงที่ของก๊าซสากล (โมลาร์)ความหมายทางกายภาพของค่าคงที่ของก๊าซสากลคือมันเป็น 26ขโบต้าของก๊าซในอุดมคติหนึ่งโมลที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ 1 o และความดันในกระบวนการคงที่ ไม่ขึ้นอยู่กับลักษณะของก๊าซ ร== 8.314/ม. พิมพ์สมการ
พีวีเอ็ม = 8,314ต
เรียกว่า สมการสากลของรัฐ
สมการสากลของสถานะสำหรับก๊าซในอุดมคติเราสามารถพิจารณาสมการ Mendeleev – Claperon ได้:
PV=ยูอาร์ที
หากคุณรักษาปริมาตรให้คงที่และใช้ความดันของก๊าซเป็นตัวบ่งชี้อุณหภูมิ คุณก็จะได้เทอร์โมมิเตอร์ที่มีสเกลเชิงเส้นตรงอย่างสมบูรณ์แบบ มันถูกเรียกว่า สเกลอุณหภูมิของก๊าซในอุดมคติสะดวกที่จะใช้ไฮโดรเจนเป็นสารเทอร์โมเมตริก มาตราส่วนที่กำหนดขึ้นสำหรับไฮโดรเจนเรียกว่ามาตราส่วนอุณหภูมิเชิงประจักษ์
27. คุณสมบัติพื้นฐานของแก๊สผสม
ชุดของก๊าซที่แตกต่างกันหลายชนิดซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะทำอันตรกิริยาทางเคมีเรียกว่า ส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติความดันคำนวณโดยสูตร:
P i = N ฉัน kT/ วี
ที่ไหน ผม= 1, 2, r เรียกว่า บางส่วน
รคือจำนวนของก๊าซในส่วนผสม
N คือจำนวนโมเลกุลของก๊าซที่ i-th
วีคือปริมาตรของส่วนผสม
เคคือค่าคงที่ Boltzmann;
ต- อุณหภูมิ.
กฎของดาลตันสะท้อนถึงความสัมพันธ์ระหว่างความดันของส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติกับความดันบางส่วน มันอ่าน: "ความดันของส่วนผสม รก๊าซในอุดมคติและผลรวมของความดันบางส่วนมีค่าเท่ากัน สูตรทางคณิตศาสตร์ของกฎของดาลตันมีดังนี้:
P = P1+ Р2 +… + P r = NkT/v,
ที่ไหน N=N1+ ยังไม่มีข้อความ 2+. + ยังไม่มีข้อความคือจำนวนโมเลกุลในของผสม รก๊าซ
กฎของ Amagมันสะท้อนความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรของส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติกับปริมาตรบางส่วน กฎของ Amag กล่าวว่า "ปริมาตรของสารผสม รก๊าซในอุดมคติและผลรวมของปริมาตรบางส่วนเท่ากัน ":
V \u003d V 1 + V 2 + ... + V r.
สามารถหาพารามิเตอร์ของส่วนผสมของก๊าซได้ กฎของ Clapeyron:
PV=mRT,
อัตราส่วนของมวลของแก๊สแต่ละชนิดต่อมวลรวมของของผสมเรียกว่า เศษส่วนมวล:
g 1 \u003d ม. 1 / ม.; g 2 \u003d m 2 / m; …; g n \u003d mn / m
ที่ไหน g 1 , g 2 , g n– เศษส่วนมวล
ม.1 , ม.2 , ม.นเป็นมวลของก๊าซแยกกัน
มคือมวลของส่วนผสม
ผลรวมของเศษส่วนมวลของก๊าซทั้งหมดในส่วนผสมเท่ากับหนึ่ง
มวลของสารผสมคือผลรวมของมวลของก๊าซที่รวมอยู่ในสารผสมนี้
อัตราส่วนของปริมาตรบางส่วนต่อปริมาตรของส่วนผสมทั้งหมดเรียกว่า เศษส่วนปริมาตร:
r1= วี 1/ วี, อาร์2= วี 2/ วี., r n = วี n/ วี
ที่ไหน r 1 , r 2 , r n– เศษส่วนปริมาตร
วี 1 , วี 2 ,., วี เอ็นเป็นปริมาตรบางส่วนของก๊าซผสม
วีคือปริมาตรของส่วนผสมของแก๊ส
28. มวลโมลาร์เฉลี่ยของส่วนผสมของก๊าซ
สมการหาค่าคงที่ของส่วนผสมเฉพาะของก๊าซคือ:
R \u003d เช่น ฉัน R ฉัน \u003d 8314.2 (g 1 / M 1 + g 2 / M 2 + ... + g n / M n)
เมื่อทราบมวลโมลาร์ของส่วนผสม คุณสามารถหาค่าคงที่ของแก๊สของส่วนผสมได้:
เมื่อทราบองค์ประกอบเชิงปริมาตรของส่วนผสมแล้ว เราได้สูตรต่อไปนี้:
g i = (ร/ ฉัน),
เช่น ผม= เรื่อง(ร ผม/ร ผม) = 1.
สูตรสำหรับการคำนวณค่าคงที่ของก๊าซเฉพาะจะอยู่ในรูปแบบ:
ร= 1 / อี(ร ผม/ร ผม) = 1 / (r 1 / R 1 + R 2 + ... + r n / R n).
มวลโมลาร์เฉลี่ยของส่วนผสมของก๊าซเป็นค่าตามอำเภอใจ:
ม= 8314,2 / (ก 1 ร 1 + ช 2 ร 2 +. + g n R n).
หากเราเปลี่ยนค่าคงที่ของก๊าซเฉพาะ R1, R2,…, ร.นค่าของพวกเขาจากสมการ Claiperon เราจะหามวลโมลาร์เฉลี่ยของส่วนผสมของก๊าซ หากส่วนผสมถูกกำหนดโดยเศษส่วนมวล:
ม= 1 / (ร1/ ม.1+ r2/ M2+. + ร.น/ มม).
ในกรณีที่ส่วนผสมถูกกำหนดโดยเศษส่วนปริมาตร เราจะได้นิพจน์ต่อไปนี้:
ร= 1 / เอ่อ ฉัน R ฉัน= 8314,2 / เอ่อ ฉัน M ฉัน .
รู้ว่า ร= 8314.2 / M เราได้รับ:
ม= เอ่อ ฉัน M ฉัน= r 1 M 1 + r 2 M 2 +. + r n ม n .
ดังนั้น, มวลโมลาร์เฉลี่ยของส่วนผสมของก๊าซถูกกำหนดโดยผลรวมของผลคูณของเศษส่วนปริมาตรโดยมวลโมลาร์ของก๊าซแต่ละชนิดที่ประกอบกันเป็นส่วนผสม
29. แรงกดดันบางส่วน
ความดันเขียนเป็น: P i = N ฉัน kT/ วี
ที่ไหน ผม= 1,2,..., r, เรียกว่า บางส่วนที่นี่ รคือจำนวนของก๊าซในส่วนผสม
ฉันคือจำนวนโมเลกุลของแก๊ส i-th
วีคือปริมาตรของส่วนผสม
เคคือค่าคงที่ Boltzmann;
ต- อุณหภูมิ.
สามารถพบได้หากทราบพารามิเตอร์หลักทั้งหมดของก๊าซ:
P i = m i R i T/ V = ม ฉัน R ฉัน/ mR = Pg ผม R ผม/ร = หน้าฉัน M/ม
หากให้ส่วนผสมเป็นเศษส่วนของปริมาตร เพื่อให้ได้ความดันบางส่วนของก๊าซแต่ละชนิด จะใช้กฎ Boyle-Mariotte ซึ่งจะพบได้ที่ T \u003d const:
P i V = PV ผมและ พี ผม = พีวี ผม/ V = r i P.
ความดันบางส่วนของก๊าซใดๆ จะถูกคำนวณเป็นผลคูณของความดันรวมของส่วนผสมของก๊าซและเศษส่วนของปริมาตร สมการสุดท้ายใช้ในการแก้ปัญหาทางเทคนิคและในการตรวจสอบการติดตั้งระบายความร้อน เศษส่วนปริมาตรของก๊าซได้จากการทดลองโดยใช้เครื่องวิเคราะห์ก๊าซ
ความหมายทางกายภาพของความดันบางส่วน ปี่คือนี่คือความดันของก๊าซ i-th โดยมีเงื่อนไขว่าจะต้องมีปริมาตร โวลต์
กฎของดาลตันสะท้อนถึงความสัมพันธ์ระหว่างความดันของส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติกับความดันบางส่วน มันอ่าน: ความดันส่วนผสม รก๊าซในอุดมคติและผลรวมของความดันบางส่วนมีค่าเท่ากัน สูตรทางคณิตศาสตร์ของกฎของดาลตันมีดังนี้:
ร= ป1 + ป2 + ...+ พีอาร์= นคท/v,
ที่ไหน เอ็น= เอ็น 1+ ยังไม่มีข้อความ 2+... + ยังไม่มีข้อความคือจำนวนโมเลกุลในส่วนผสมของก๊าซ r
ความดันที่กระทำโดยโมเลกุลของแต่ละตัว รก๊าซในอุดมคติไม่ขึ้นกับความดันที่กระทำโดยโมเลกุลของก๊าซอื่น สาเหตุของปรากฏการณ์นี้คือโมเลกุลในก๊าซอุดมคติไม่มีปฏิกิริยาต่อกัน มีการทดลองแสดงให้เห็นว่าที่ความดันสูง (ตามคำสั่งของ 10 6 Pa) กฎของดาลตันไม่เป็นไปตาม
30. กฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงพลังงาน
กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ขึ้นอยู่กับกฎสากลของการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน ซึ่งระบุว่าพลังงานไม่ได้ถูกสร้างหรือถูกทำลาย
ร่างกายที่มีส่วนร่วมในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันโดยการแลกเปลี่ยนพลังงาน ในเวลาเดียวกัน สำหรับร่างกายบางส่วน พลังงานจะลดลง ในขณะที่ส่วนอื่นๆ จะเพิ่มขึ้น การถ่ายโอนพลังงานโดยร่างกายมีสองตัวเลือก: การถ่ายเทความร้อนและประสิทธิภาพของงานเชิงกล
ในทางปฏิบัติหน่วยของงานคือจูลเช่นกัน ปริมาณงานแสดงแทน L งานเฉพาะต่อหน่วยมวล P กก.) แสดงแทน /
มีข้อกำหนดพื้นฐานหลายประการในกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์
L พลังงานประเภทใดๆ ไม่ได้เกิดขึ้นเอง แต่เปลี่ยนรูปซึ่งกันและกัน และมีปริมาณเท่ากันเสมอ
2. เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเครื่องเคลื่อนที่ถาวรแบบแรก
3. หากระบบแยกได้อย่างสมบูรณ์ พลังงานภายในจะคงที่
ลองแกล้งทำเป็นว่า ถาม- ปริมาณความร้อนที่จ่ายให้กับร่างกายซึ่งต้องใช้ในการทำงานและการแปลงพลังงานภายใน:
ถาม= ?U+L,
ที่ไหน L = มล- ปริมาณงาน
ДU = mДu คือความแตกต่างระหว่างพลังงานภายในของสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้าย
ในกรณีที่น้ำหนักตัวเท่ากับ 1 กิโลกรัม:
คิว =?คุณ + ล,
ที่ไหน ล, คิว, Du - ปริมาณงานเฉพาะ, ความร้อน, ความแตกต่างระหว่างพลังงานภายในของสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้าย หากกระบวนการนั้นน้อยมาก
dq = du + dl
อัตราส่วนที่ได้คือ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ดังนั้นการกำหนดกฎหมายดังต่อไปนี้: "ปริมาณความร้อนทั้งหมดที่ร่างกายได้รับจะใช้ในการทำงานและในการแปลงพลังงานภายในของร่างกาย"
มีกฎเครื่องหมายที่เรียกว่าพารามิเตอร์: ถาม> 0 ถ้าให้ความร้อนแก่ร่างกาย และ ถาม<0, если отводится; ล> 0 ถ้างานนั้นทำโดยร่างกายเอง (การขยายตัว) และ ล< 0, если работу совершают над телом извне (сжатие); Dยู> 0 - ถ้าพลังงานภายในร่างกายเพิ่มขึ้น D ยู< 0 – если внутренняя энергия уменьшается.
31. พลังงานภายใน
กำลังภายในประกอบด้วยพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ภายใน พลังงานจลน์ภายในถูกสร้างขึ้นโดยการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายของโมเลกุลของสสาร
คำนวณพลังงานจลน์ของระบบมาโครทั้งหมด:
ที่ไหน มคือมวลของระบบ
วคือความเร็วของการเคลื่อนที่ในอวกาศ
พลังของการทำงานร่วมกันของโมเลกุลของสารซึ่งกันและกันกำหนดพลังงานศักย์ภายในของร่างกาย
กำลังภายในเรียกว่าพลังงานดังกล่าวซึ่งอยู่ในระบบเองและมีสององค์ประกอบ - พลังงานจลน์.
การเปลี่ยนแปลงพลังงานศักย์ (ภายใน) เฉพาะของร่างกายเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงของพลังงานเฉพาะ (ภายใน) ทั้งหมดในระหว่างกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์จะมีลักษณะดังนี้:
ยู- คุณเค– และ ร.
พลังงานภายในของส่วนงานของมวลโดยพลการคำนวณโดยสูตร:
?v-Vk - วีพี
สมมติว่าของไหลทำงานผ่านจากสถานะแรกไปยังสถานะที่สองเมื่อมีการจ่ายความร้อนจากภายนอก จากนั้นปริมาณความร้อนนี้จะแสดงเป็น:
คิว 1, 2 - คุณ 2 -ยู 1 .
กระบวนการดำเนินการตามกฎหมาย isochoric เรามี:
คิว 1,2 = ? โวลต์(ท 2 -ท 1).
โดยทั่วไปสำหรับสารใดๆ ที่มีมวล เมตร:
v 2 -v 1 - เมตร? โวลต์ (T 2 - T 1),
โดยที่ T 1 คืออุณหภูมิเริ่มต้นของกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์
ที2คืออุณหภูมิสุดท้าย
คุณ 1 คือค่าเริ่มต้นของพลังงานภายใน
คุณ 2 คือค่าสุดท้ายของพลังงานภายใน
?—ความจุความร้อนจำเพาะเฉลี่ย (ไอโซโคริก)
32. การคำนวณงานแก๊ส
ก๊าซได้รับความร้อนจากแหล่งเฉพาะนอกระบบ ให้เราแสดงแรงดันแก๊สด้วยตัวอักษร p พื้นที่ของลูกสูบ - S จากนั้นภายใต้การกระทำของแรงภายนอก F=psบนลูกสูบจะไม่เคลื่อนที่ เมื่อแรงภายนอก F ลดลง ความแตกต่างระหว่างแรงทั้งสองนี้ PS-Fเลื่อนลูกสูบไปทางขวา ก๊าซใต้ลูกสูบจะขยายตัวและเอาชนะแรงภายนอกขณะทำงาน สำหรับกระบวนการสมดุล เรามีดังต่อไปนี้
1. ลูกสูบต้องเคลื่อนที่ผ่านกระบอกสูบอย่างช้าๆ ไม่จำกัด (กล่าวคือ ที่ความเร็วน้อยๆ) สิ่งนี้จะทำให้สามารถสันนิษฐานได้ว่าความดันของก๊าซตลอดปริมาตร ณ เวลาใด ๆ จะเท่ากัน
2. อุณหภูมิของแหล่งความร้อนนั้นไม่แตกต่างจากอุณหภูมิของสารทำงาน (ซึ่งเราใช้แก๊ส) นั่นคือความแตกต่างของอุณหภูมินั้นน้อยมาก สิ่งนี้ทำให้สามารถสันนิษฐานได้ว่าอุณหภูมิตลอดปริมาตรของก๊าซ ณ เวลาใด ๆ จะเท่ากัน
ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว กระบวนการขยายตัวของของไหลทำงาน ณ เวลาใดๆ จะมีอุณหภูมิ ความหนาแน่น และความดันเท่ากันตลอดทั้งปริมาตร กล่าวคือ สถานะของมันจะอยู่ในภาวะสมดุลด้วย
การแก้ปัญหาเชิงวิเคราะห์สำหรับการคำนวณการทำงานของก๊าซเนื่องจากการขยายตัว ความเร็วของลูกสูบระหว่างการเคลื่อนที่ในกระบอกสูบนั้นน้อยมาก ดังนั้นในการวิเคราะห์กระบวนการขยายตัว เราจึงแบ่งส่วนทั้งหมดของเส้นทางที่ลูกสูบเคลื่อนที่ออกเป็นส่วนเล็กๆ ที่ไม่มีที่สิ้นสุด dl แล้ว อ(งานระดับประถมศึกษา) ในส่วนพื้นฐานใด ๆ dl ถูกกำหนดโดยผลิตภัณฑ์:
dA = pSdl
ที่ไหน ปล- บังคับ;
ดล- เส้นทาง.
โดยใช้ความเท่าเทียมกัน
Sdl = ดีวี,
เราได้รับ
dA = พีดีวี
ให้นิพจน์:
ที่ไหน และเป็นงานที่ทำโดยแก๊สมวล j kg ระหว่างการขยายตัว
งานที่ทำโดยแก๊สระหว่างการขยายตัวเรียกอีกอย่างว่า ทางเทคนิค
33. กระบวนการย้อนกลับและย้อนกลับไม่ได้
หากระบบอุณหพลศาสตร์ผ่านสภาวะต่อเนื่องกันภายใต้การกระทำของแรงภายนอก ดังนั้นผลรวมของพวกมันจะเรียกว่า กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์กระบวนการนี้ดำเนินการโดยหน่วยงานและสถานะจะเปลี่ยนในลักษณะที่มวลคงที่ คุณสมบัติหลักของกระบวนการในอุดมคติแบบง่ายคือ พลิกกลับได้
พลิกกลับได้กระบวนการเรียกว่ากระบวนการที่ดำเนินการทั้งในทิศทางไปข้างหน้าและในทิศทางตรงกันข้าม และไม่มีการเปลี่ยนแปลงตกค้างเกิดขึ้นในสารทำงานหรือในพื้นที่โดยรอบ ยิ่งไปกว่านั้น ของไหลทำงานในทั้งสองทิศทางผ่านสถานะพื้นฐานสมดุลเดียวกัน และเมื่อสิ้นสุดกระบวนการจะกลับสู่จุดเดิม
กระบวนการที่ผันกลับได้คือกระบวนการสมดุล กระบวนการนี้เรียกว่า สมดุลหากรัฐต่อเนื่องที่ระบบดำเนินไปก็อยู่ในภาวะสมดุลเช่นกัน กระบวนการที่ดำเนินไปอย่างช้าๆ และเข้าใกล้สมดุลตลอดเวลาเรียกว่า กึ่งสถิต(มันยังย้อนกลับได้)
ในเชิงกราฟิก สภาวะสมดุลจะแสดงเป็นจุดในระบบพิกัดเชิงพื้นที่ด้วยพารามิเตอร์สามตัว วี, พี, ที,และกระบวนการสมดุลเองก็เป็นเส้นโค้งที่ลากผ่านชุดของจุดดังกล่าว
เรียกสถานะของระบบว่า สมดุลถ้าในเวลาใด ๆ ในปริมาตรทั้งหมดที่ก๊าซครอบครองปริมาณ v, p, T(พารามิเตอร์สถานะ) จะเหมือนกันแม้ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไปหากสถานะเปลี่ยนไป ในกรณีของระบบที่แยกตัวออกมา ในที่สุดมันก็จะกลับสู่สภาวะสมดุลและไม่สามารถออกจากมันได้เอง ในทางปฏิบัติ กระบวนการย้อนกลับเป็นไปได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ
1. ร่างกายทำงานเปลี่ยนสถานะอย่างช้าๆ
2. ร่างกายทำงานมีสถานะสมดุลที่ไม่สิ้นสุด
3. การแลกเปลี่ยนความร้อนกับสภาพแวดล้อมภายนอก (กระบวนการที่ย้อนกลับไม่ได้), แรงเสียดทานภายนอก, แรงเสียดทานภายในของอนุภาคของร่างกายซึ่งกันและกัน
4. ไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในสารทำงาน
กระบวนการที่ไม่เป็นไปตามคุณสมบัติการย้อนกลับคือ กลับไม่ได้
กระบวนการจริงใด ๆ ที่หน่วยงานที่ทำงานเปลี่ยนสถานะนั้นไม่สามารถย้อนกลับได้
กระบวนการจริงใดๆ ก็ไม่สมดุลเช่นกัน สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ากระบวนการมีความเร็วจำกัดและสถานะสมดุลในสารทำงานนั้นไม่มีเวลาที่จะสร้าง กระบวนการจริงสามารถเข้าใกล้พื้นที่สมดุลได้ แต่ไม่ตรงกับกระบวนการสมดุล พวกเขาสามารถไปในทิศทางไปข้างหน้าและในทิศทางตรงกันข้ามภายใต้อิทธิพลภายนอกเท่านั้น
34. บทบัญญัติพื้นฐานของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์
กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ช่วยให้สามารถตอบคำถามได้: เป็นไปได้หรือไม่สำหรับการพัฒนากระบวนการภายใต้การพิจารณา ทิศทางของกระบวนการจะมีความสำคัญมากกว่าเมื่อมีการสร้างสมดุลในระบบอุณหพลศาสตร์ และกฎหมายนี้ช่วยในการกำหนดเงื่อนไขที่ระบบจะทำงานได้สูงสุด
สาระสำคัญของกฎหมายนี้แสดงออกเป็นครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรชาวฝรั่งเศส ซาดี การ์โนต์(พ.ศ. 2367). เขาเขียนว่าทุกที่ที่มีความแตกต่างของอุณหภูมิเท่านั้น การปรากฏตัวของแรงผลักดันเป็นไปได้ ยิ่งไปกว่านั้น ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของวัตถุที่ทำปฏิกิริยาเท่านั้น และไม่ได้ขึ้นอยู่กับประเภทของวัตถุเหล่านี้ เพื่อให้ได้แรงผลักดันที่มีค่ามาก อุณหภูมิเริ่มต้นของสารทำงานจะต้องมีนัยสำคัญ ดังนั้น การระบายความร้อนจึงมีมากเช่นกัน นอกจากนี้ยังเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้แรงขับเคลื่อน (พลังงาน) ของเชื้อเพลิงเต็มจำนวนในทางปฏิบัติ
ข้อความเหล่านี้ของนักวิทยาศาสตร์กำหนดเงื่อนไขสำหรับการแปลงความร้อนของเครื่องยนต์เป็นงานที่มีประโยชน์และคุณภาพของการแปลงนี้ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ใด ตามข้อกำหนดที่กำหนดไว้จำเป็นต้องพูดคุยเกี่ยวกับความต้องการสองกระบวนการที่จะเกิดขึ้นพร้อมกันในอุปกรณ์ระบายความร้อน - กระบวนการหลักซึ่งความร้อนถูกแปลงเป็นงานและอีกกระบวนการหนึ่ง - กระบวนการถ่ายโอนความร้อนไปยังความเย็น แหล่งที่มา.
ในอุณหพลศาสตร์ โดยธรรมชาติพวกเขาเรียกกระบวนการดังกล่าวซึ่งอาจกล่าวได้ว่าดำเนินการด้วยตนเองนั่นคือเป็นอิสระ ตามกฎข้อที่สอง กระบวนการที่เกิดขึ้นเองจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อไม่มีความสมดุลในระบบอุณหพลศาสตร์ นอกจากนี้ ทิศทางการไหลของกระบวนการดังกล่าวยังสอดคล้องกับทิศทางการเข้าใกล้ของระบบไปยังจุดสมดุล
สมมุติฐานเป็นพื้นฐานของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ สมมติฐานแรกของนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ร. คลอสเซียส(ค.ศ. 1850) นำเสนอการกำหนดทั่วไปของกฎข้อที่สองดังต่อไปนี้: "จากร่างกายหนึ่ง (ร้อนน้อยกว่า) ไปยังอีกร่างกายหนึ่ง (ร้อนมากขึ้น) ความร้อนไม่ได้ผ่านไปเองตามธรรมชาติ แต่ด้วยความช่วยเหลือของการชดเชยเท่านั้น" อีกประการหนึ่ง (ลอร์ด เคลวิน-ทอมสัน,พ.ศ. 2395) กล่าวว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเครื่องจักรความร้อน - เครื่องจักรเคลื่อนที่ถาวรประเภทที่สอง (ซึ่งความร้อนถูกแปลงเป็นงานอย่างสมบูรณ์) ตามมาว่าเครื่องยนต์ความร้อนจะทำงานได้ก็ต่อเมื่อมีแหล่งความร้อนอย่างน้อยสองแห่งที่มีอุณหภูมิต่างกัน ยิ่งไปกว่านั้น มีเพียงส่วนหนึ่งของความร้อนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากตัวปล่อยความร้อน (แหล่งความร้อนที่มีอุณหภูมิสูง) เท่านั้นที่สามารถเปลี่ยนเป็นงานที่มีประโยชน์ได้ ส่วนที่เหลือจะถูกนำออกไปที่ฮีตซิงก์
ในทางปฏิบัติ กระบวนการที่เกิดขึ้นเอง (การถ่ายเทความร้อนจากวัตถุที่ร้อนไปยังวัตถุที่เย็น การแพร่ ปรากฏการณ์การละลาย และอื่นๆ อีกมากมาย) นั้นไม่สามารถย้อนกลับได้ ดังนั้นจึงมีอีกคำหนึ่ง กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์:"หากกระบวนการที่เกิดขึ้นจริงเกิดขึ้นเอง ก็จะไม่สามารถย้อนกลับได้"
35. ประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์และค่าสัมประสิทธิ์ของรอบการทำงาน
น้ำพุร้อน (ท1)และให้ความร้อนแก่สารทำงาน เรียกว่า เซ็นเซอร์ความร้อนน้ำพุที่มีอุณหภูมิต่ำ (ท2)และรับความร้อนจากสารทำงาน ก็เรียก ตัวรับความร้อน
ในแผนภาพ PI งานที่มีประโยชน์ของกระบวนการแบบวงกลมจะเท่ากับพื้นที่ที่เกิดจากเส้นโค้งของการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและย้อนกลับของกระบวนการและอยู่ในวงจร หากบนกราฟเส้นขยายอยู่เหนือเส้นบีบอัด ทิศทางของรอบจะเป็นตามเข็มนาฬิกา และงานที่ผลิตในกระบวนการจะถูกใช้โดยอุปกรณ์ภายนอก วัฏจักรดังกล่าวคือ โดยตรง.หากในไดอะแกรม เส้นบีบอัดอยู่เหนือเส้นขยาย ทิศทางของรอบจะเป็นทวนเข็มนาฬิกา และงานจะเสร็จสิ้นโดยใช้แหล่งภายนอก รอบดังกล่าวคือ ย้อนกลับ.
งานที่เป็นประโยชน์ของเครื่องยนต์สามารถรับได้เฉพาะในกรณีที่งานขยายตัวมากกว่างานบีบอัด การแปลงความร้อนเป็นงานเชิงกลเป็นกระบวนการที่ไม่เกิดขึ้นเองและต้องดำเนินการควบคู่ไปด้วย ค่าตอบแทน.
พิจารณาอุปกรณ์ระบายความร้อน สมบูรณ์แบบหากพวกเขาไม่มีการสูญเสีย วัฏจักรยังถือว่าสมบูรณ์แบบหากเกิดจากปรากฏการณ์ที่ผันกลับได้เท่านั้น ในเครื่องยนต์ความร้อน การประมาณประสิทธิภาพของวงจรทางตรงในอุดมคติเรียกว่า ประสิทธิภาพเชิงความร้อนมันเท่ากับอัตราส่วนของความร้อนที่ถูกแปลงเป็นการทำงานในระหว่างรอบต่อความร้อนทั้งหมดที่ให้มาและแสดงแทน ชั่วโมง("นี่", อักษรกรีก):
ที่ไหน 1 ค- งานที่เป็นประโยชน์
q1 - ให้ความร้อน;
ไตรมาสที่ 2- การกระจายความร้อน งานภายนอกระหว่างรอบย้อนกลับเท่ากับ:
1 ค =ถาม 1 – ไตรมาสที่ 2
ที่ไหน q 1 – ความร้อนออกไปที่บ่อน้ำพุร้อน
ถาม 2 เป็นการนำความร้อนออกจากแหล่งความเย็น
มีคำศัพท์สำหรับวัฏจักรในอุดมคติแบบย้อนกลับ ประสิทธิภาพการทำความเย็น,ซึ่งระบุไว้? ที :
สามารถกำหนดสูตรได้ กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ดังนั้น: "ในเครื่องยนต์ความร้อน การแปลงความร้อนเป็นงานเชิงกลนั้นเป็นไปไม่ได้ 100%"
36. วงจร Carnot แบบย้อนกลับและย้อนกลับได้
>ในการศึกษาทางอุณหพลศาสตร์ ไม่เพียงแต่ทิศทางตรงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงทิศทางย้อนกลับของวัฏจักรการ์โนต์อีกด้วย ความแตกต่างของวงจรย้อนกลับคือการที่ความร้อนถูกขจัดออกจากแหล่งที่มีอุณหภูมิต่ำและถูกถ่ายเทไปยังแหล่งที่มีอุณหภูมิสูง รอบนี้เหมาะสำหรับหน่วยทำความเย็น
เรียกว่าหน่วยงานที่เกี่ยวข้องในวัฏจักรย้อนกลับ สารทำความเย็นระหว่างการขยายตัวของอะเดียแบติก อุณหภูมิจะลดลงจากค่า 71 เป็นค่า ที ทีหลังจากนั้น เมื่อได้รับความร้อน R2 จากแหล่งความเย็น (T2) ก๊าซจะถูกบีบอัดด้วยความร้อน ในกระบวนการต่อไป จะเกิดการบีบอัดแบบอะเดียแบติก และอุณหภูมิของสารทำงานจะเพิ่มขึ้นจากค่าดังกล่าว ที 2จนถึง ที 1 .ภายใต้การบีบอัดความร้อน ความร้อน q 1 ถูกนำออกจากสารทำงานและไปที่น้ำพุร้อน
เครื่องทำความเย็นทำงานตามวัฏจักรย้อนกลับ การสร้างซึ่งใช้ปริมาณงานเฉพาะ (I) ในกรณีนี้ q จะถูกถ่ายโอนจากแหล่งความเย็นไปยังแหล่งความร้อน 2 (ปริมาณความร้อน) และแหล่งความร้อนยังคงได้รับความร้อนเป็นตัวเลขเท่ากับงานที่ทำ I ดังนั้นปริมาณความร้อนทั้งหมดที่ถูกกำจัดไปยังแหล่งความร้อนคือ:
คิว 1 = คิว 2 + 1
งานในกระบวนการขยายเป็นบวก และงานในกระบวนการบีบอัดเป็นลบ งานทั้งหมดที่จำเป็นในการถ่ายเทความร้อนจากแหล่งเย็นไปยังแหล่งร้อนคือ:
และเชิงลบ
ค่าสัมประสิทธิ์การทำความเย็นอีลักษณะการทำงานของอุปกรณ์ทำความเย็นและกำหนดโดยอัตราส่วน:
ที่ไหน q 2 คือปริมาณความร้อนที่ถูกกำจัดออกจากแหล่งความเย็นและแหล่งความร้อนได้รับ
ฉัน - งานที่สมบูรณ์แบบ
สำหรับวงจร Carnot แบบย้อนกลับและย้อนกลับ ค่าสัมประสิทธิ์ของประสิทธิภาพจะคำนวณโดยใช้อัตราส่วน:
37. ทฤษฎีบทของการ์โนต์
ให้เราทำการวิเคราะห์โดยสังเขปของสูตรสำหรับประสิทธิภาพของเทอร์มิเนียนของวัฏจักรการ์โนต์โดยตรงแบบผันกลับได้:
จากความเท่าเทียมกันนี้จะเป็นดังนี้:
1) ประสิทธิภาพเชิงความร้อนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของแหล่งร้อนและเย็นเท่านั้น
2) ชั่วโมง(สำหรับวัฏจักรการ์โนต์) ยิ่งอุณหภูมิของแหล่งร้อนสูงขึ้น (71) และอุณหภูมิของแหล่งเย็นก็จะยิ่งต่ำลง (72);
3) ในวัฏจักรการ์โนต์ ประสิทธิภาพเชิงความร้อนจะต้องน้อยกว่าเอกภาพ เพราะ ชั่วโมง= 1 ได้เฉพาะในกรณีของ T 2 / T 1 = 0 เมื่อ T 1 = 0 หรือ T 2 = 0 (หรือ T 2 = -273.15 o C) อุณหภูมิของแหล่งความเย็น 72 ในเครื่องยนต์ความร้อนจริงมักจะเป็นอุณหภูมิ T 2 = 260 - 300 เค(สิ่งแวดล้อม). อุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนในเตาเผาของโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำอยู่ที่ประมาณ 2,000 K และในเครื่องยนต์สันดาปภายในจะอยู่ที่ประมาณ 2,500 K เนื่องจากผนังในกระบอกสูบลูกสูบของเครื่องยนต์เหล่านี้เย็นลงและเป็นผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ที่กลายเป็น สารทำงาน นี่แสดงถึงข้อความเดียวกันที่ว่าความร้อนทั้งหมดที่จ่ายให้กับก๊าซในระหว่างรอบไม่สามารถเปลี่ยนเป็นงานที่มีประโยชน์ได้อย่างสมบูรณ์ การเปลี่ยนแปลงนี้จำเป็นต้องมาพร้อมกับการสูญเสียความร้อนบางส่วน (มันถูกดูดซับโดยแหล่งความเย็น)
4) ในวัฏจักรการ์โนต์ ประสิทธิภาพเชิงความร้อนเป็นศูนย์ในกรณีของ T 1 = ต 2 . จากนี้ไปหากรักษาสมดุลทางความร้อนไว้ในระบบ เช่น อุณหภูมิของวัตถุทั้งหมดในระบบเท่ากัน การแปลงความร้อนเป็นงานที่มีประโยชน์จะเป็นไปไม่ได้ สำหรับวงจร Carnot (โดยตรง) เป็นจริง: ชั่วโมง= 1 – T 2 / T 1 = 1 – 1 = 0 ที่ T 1 = ? t = T 2 (ในกรณีที่อุณหภูมิของทั้งสองแหล่งเท่ากัน);
5) ประสิทธิภาพเชิงความร้อน? t แสดงลักษณะวัฏจักร Carnot แบบพลิกกลับได้ (กระบวนการแบบวงกลม) กระบวนการจริงทั้งหมดไม่สามารถย้อนกลับได้ เนื่องจากการสูญเสียพลังงาน (เนื่องจากการถ่ายเทความร้อน แรงเสียดทาน ฯลฯ) ดังนั้น ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของวัฏจักรคาร์โนต์จริง (กลับไม่ได้) จึงน้อยกว่า 1 – T เสมอ 2 /ท 1 . คุณสมบัติหลักของวัฏจักรนี้คือมันจะเหมือนกันสำหรับทั้งก๊าซในอุดมคติและก๊าซจริงธรรมดา หากกำหนดอุณหภูมิ (ต 1 , ต 2) แหล่งที่มา ข้อความนี้เป็นสาระสำคัญ ทฤษฎีบทของการ์โนต์ซึ่งมีข้อความว่า: "ในเครื่องยนต์ความร้อนสำหรับวัฏจักรที่ผันกลับได้ ประสิทธิภาพเชิงความร้อนจะไม่ขึ้นกับธรรมชาติของวัฏจักร หรือขึ้นอยู่กับประเภทของสาร (ของไหลทำงาน)" จะถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อน (ตัวส่งความร้อน) และตู้เย็น (ตัวรับความร้อน) เท่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในเครื่องยนต์ความร้อน สำหรับแต่ละรอบที่ผันกลับได้ ประสิทธิภาพเชิงความร้อนจะคำนวณโดยใช้สูตรเดียวกับที่กำหนดไว้สำหรับวงจรการ์โนต์ที่ผันกลับได้
38. การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีในกระบวนการ
เอนโทรปีเรียกว่าพารามิเตอร์สถานะซึ่งขึ้นอยู่กับความร้อนที่ลดลง (อัตราส่วน คิว /ที). การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีคำนวณโดยสูตร:
โดยที่ q 1.2 คือปริมาณความร้อนที่จ่ายให้กับสารทำงานหรือถูกลบออก
T cf - อุณหภูมิเฉลี่ยของความร้อนที่ให้มา (หรือนำออก)
อัตราส่วนนี้กำหนดการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีจากค่าเริ่มต้นของเอนโทรปี S 1 ถึงค่าสุดท้าย S 2
1) ที่ q 1.2 > 0 (ให้ความร้อนแก่ของไหลทำงาน) การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีเป็นบวก: S 2 - S 1 > 0, S 2 > S 1 เนื่องจากอุณหภูมิอุณหพลศาสตร์เฉลี่ยต้องเป็นบวกเสมอ เช่น ที cf> 0 กล่าวอีกนัยหนึ่ง เอนโทรปีของร่างกายเพิ่มขึ้น
2) ที่ 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) ที่ q 1.2 = 0 (กระบวนการอะเดียแบติก) การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีเป็นศูนย์: S 2 - S 1 = 0, S 2 = S 1 เช่น เอนโทรปีของร่างกายยังคงที่ กระบวนการที่ค่าเอนโทรปีไม่เปลี่ยนแปลงเรียกว่าไอเซนโทรปิก
สำหรับก๊าซในอุดมคติ เราได้ข้อสรุปดังต่อไปนี้
1. ในกระบวนการไอโซเทอร์มอล แทนที่จะใช้ T cf ก็เพียงพอแล้วที่จะแทนที่ค่าอุณหภูมิ T ลงในสมการเอนโทรปี เนื่องจาก T 1 \u003d T 2 \u003d const
2. การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีในกระบวนการไอโซโคริกคือ:
ส 2 - ส 1 \u003d 2.3m? โวลต์ lg(T 2 / T 1)
3. การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีในกระบวนการไอโซบาริกคือ:
ส 2 - ส 1 \u003d 2.3m? พี แอลจี(T 2 / T 1).
ที่ไหน? V คือความจุความร้อนจำเพาะในกระบวนการปริมาตรคงที่
?หน้าคือความจุความร้อนจำเพาะในกระบวนการที่มีความดันคงที่
ดังนั้น เอนโทรปีสามารถเพิ่มขึ้น (ลดลง) เมื่อความร้อนถูกจ่าย (นำออก) ให้กับของไหลทำงานโดยพลการ หรือยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในกรณีที่ไม่มีการถ่ายเทความร้อน เมื่อวัฏจักรเสร็จสิ้น เอนโทรปีของของไหลทำงานจะเพิ่มขึ้นเมื่อได้รับความร้อนจากแหล่งกำเนิดหรือลดลงเมื่อถ่ายเทความร้อนไปยังแหล่งกำเนิด
ในกระบวนการจริง เนื่องจากปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ระบายความร้อนจึงลดลง การวัดความสูญเสียดังกล่าวคือเอนโทรปี: การเพิ่มขึ้นโดยตรงขึ้นอยู่กับการสูญเสียปริมาณงาน
39. หลักการเพิ่มเอนโทรปีและความหมายทางกายภาพของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์
ลองสำรวจแนวคิดของเอนโทรปีในฐานะฟังก์ชันสถานะ:
กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์สามารถกำหนดเป็น: ค่าเอนโทรปี
เป็นผลต่างทั้งหมด เช่น เป็นฟังก์ชันสถานะ
ความหมายทางกายภาพอย่างหนึ่งของเอนโทรปีสามารถเรียกว่าการเพิ่มขึ้นขององค์กร (ความเป็นระเบียบ) ของระบบโดยมีค่าเอนโทรปีลดลง
ให้เราพิจารณาปรากฏการณ์ของการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีในตัวอย่างระบบแยกแบบปิดซึ่งประกอบด้วยของไหลทำงาน แหล่งความร้อนร้อนและเย็นที่ก่อตัวเป็นสภาพแวดล้อมของระบบ การเปลี่ยนระบบจากตำแหน่งหนึ่งไปอีกตำแหน่งหนึ่งนั้นมาพร้อมกับงานและ
dS >= 0,S2 > S1
สำหรับระบบปิดแบบแยก การเปลี่ยนแปลง (เพิ่มขึ้น) ของเอนโทรปีจะเป็นค่าบวก (กระบวนการที่ผันกลับไม่ได้) หรือเท่ากับศูนย์ (กระบวนการที่ผันกลับได้) สำหรับกระบวนการอุณหพลศาสตร์โดยพลการ
สำหรับกระบวนการหมุนเวียนของการแปลงความร้อนเป็นงาน (ไม่เกิดขึ้นเอง) เอสดีเอสไอ = 0 (กระบวนการย้อนกลับ) และ เอกสารข้อมูลความปลอดภัย > 0 (กระบวนการที่ผันกลับไม่ได้) ดังนั้นในระบบที่แยกได้เอนโทรปีจะเพิ่มขึ้น
คำสั่งนี้เรียกว่า หลักการเพิ่มเอนโทรปี
นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียลเขียนได้ดังนี้
โดยที่เครื่องหมายเท่ากับใช้สำหรับกระบวนการที่ย้อนกลับได้ และอสมการ - สำหรับกระบวนการที่ย้อนกลับไม่ได้
จากสมการนี้จะเห็นได้ว่าการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีทั้งหมดขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เป็นที่ทราบกันดีว่าเมื่ออุณหภูมิของสารทำงานเพิ่มขึ้น ปริมาณความร้อนที่สามารถแปลงเป็นงานจะเพิ่มขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่งค่าพลังงานของความร้อนจะเพิ่มขึ้น ดังนั้น เอนโทรปีผ่านอุณหภูมิจะเป็นตัวกำหนดปริมาณความร้อนที่ถูกแปลงเป็นผลงาน ซึ่งสร้างความเชื่อมโยงกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ กฎหมายนี้กำหนดเงื่อนไขสำหรับการแปลงความร้อนเป็นงานที่มีประโยชน์
ฟังก์ชั่นการออกกำลังกายเรียกว่านิพจน์ที่ให้คุณคำนวณค่าของการออกแรง
40. เอนโทรปีและธรรมชาติคงที่ของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์
เป็นที่ทราบกันดีว่าในทฤษฎีกลศาสตร์ กฎไดนามิกถูกใช้เพื่อศึกษาการเคลื่อนที่ของโมเลกุลแต่ละตัว ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของโมเลกุลแตกต่างจากกลศาสตร์ตรงที่จะศึกษาระบบที่ประกอบด้วยโมเลกุลจำนวนมาก การเคลื่อนที่อย่างวุ่นวายของอนุภาคในระบบดังกล่าวเป็นไปตามกฎ (ทางสถิติ) อื่นๆ แม้จะมีความจริงที่ว่าการเคลื่อนที่ของแต่ละโมเลกุลอธิบายโดยกฎทางกล แต่ชุดของอนุภาคทั้งหมดไม่ได้ถูกพิจารณาในทฤษฎีกลศาสตร์ แต่พฤติกรรมของมันถูกศึกษาโดยฟิสิกส์เชิงสถิติ ความจริงก็คือสำหรับอนุภาคทั้งหมด ค่าเฉลี่ยของคุณลักษณะถูกตั้งค่า - ความเร็วเฉลี่ย, ค่าพลังงานเฉลี่ย ฯลฯ (อุณหภูมิเฉลี่ย, ความดันเฉลี่ย)
ภายใต้เงื่อนไขทางสถิติดังกล่าว การหาค่าเฉลี่ยของลักษณะการมีอยู่ของสถานะทางอุณหพลศาสตร์ใดๆ ของสสาร (เช่น ก๊าซ) นั้นไม่จำเป็นอย่างยิ่ง แต่มีความน่าจะเป็นที่แน่นอนเท่านั้น
ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดคือกรณีของความเท่าเทียมกันของความเร็วของโมเลกุลของก๊าซทั้งหมดเนื่องจากความน่าจะเป็นที่น้อยที่สุดของการมีอยู่ของสถานะของสสารหนึ่งๆ ให้เราแสดงเงื่อนไขความน่าจะเป็นดังกล่าวด้วยค่าของปริมาณ ในกรณีของความเร็วไม่เท่ากัน จำนวนที่เป็นไปได้ของการรวมกันของพวกมันมีมาก และการมีอยู่ของสถานะที่ความเร็วของอนุภาคไม่เท่ากันนั้นมีความเป็นไปได้ ว> W0,และความแตกต่างนี้ค่อนข้างสำคัญ ดังนั้น, ความน่าจะเป็นทางอุณหพลศาสตร์เรียกว่าปริมาณ:
ค่าของมันมีค่ามากกว่าเอกภาพมาก ด้วยเหตุนี้จึงเรียกอีกอย่างว่าน้ำหนักทางสถิติของสถานะทางอุณหพลศาสตร์ ฟิสิกส์เชิงสถิติยังสร้างความเชื่อมโยงระหว่างความน่าจะเป็นทางอุณหพลศาสตร์และ เอนโทรปีระบบ
การพึ่งพาโดยตรงของเอนโทรปีกับลอการิทึมของความน่าจะเป็นทางอุณหพลศาสตร์กำหนดโดย:
ที่ไหน รคือค่าคงที่ไคลเพรอน
N 0 คือค่าคงที่ Avogadro
ค่าของ K คือค่าคงที่ (หรือค่าคงที่) ของ Boltzmann
ดังนั้นด้วยการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี ความน่าจะเป็นของการเริ่มต้นสถานะทางอุณหพลศาสตร์อย่างใดอย่างหนึ่งจึงเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ สถานะที่เป็นไปได้มากที่สุดจะเกิดขึ้นที่ค่าสูงสุดของเอนโทรปี
41. สมการ Van der Waals ของรัฐ
>ในกรณีทั่วไป สำหรับก๊าซจริง เมื่อคำนวณพารามิเตอร์สถานะ เราจะไม่สามารถใช้สมการของสถานะ pv = RT
ซึ่งเป็นจริงสำหรับก๊าซในอุดมคติ
สมการทั่วไปของสถานะสำหรับก๊าซจริง
ซึ่งค่าสัมประสิทธิ์ บี ฉัน -เรียกว่าไวรัล ค่าสัมประสิทธิ์เหล่านี้เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิของโมเลกุลของก๊าซจริงและพลังงานศักย์ของอันตรกิริยา
ในความหมาย B ผม– ค่าสัมประสิทธิ์ เฉพาะสองพจน์แรกของอนุกรมเท่านั้นที่ถูกคำนวณ สัมประสิทธิ์ไวรัสที่เหลือจะถูกยกเลิก
จากนั้นสมการสถานะของก๊าซจริงจะอยู่ในรูปแบบต่อไปนี้:
ที่ไหน และและ ที่เป็นค่าสัมประสิทธิ์ของไวรัสสองตัวแรก ซึ่งขึ้นกับอุณหภูมิเท่านั้น
ในกรณีเฉพาะ (ความหนาแน่นของก๊าซต่ำ) สมการจะมีรูปแบบ:
ถ้า ข 1 =ฉ(ที, ยูศักยภาพ) จากนั้นสมการจะกลายเป็น สมการสถานะของก๊าซแวนเดอร์วาลส์จริง:
ที่ไหน ขคือปริมาตรต่ำสุดที่ก๊าซจริงสามารถได้รับระหว่างการบีบอัด
กเป็นค่าสัมประสิทธิ์ที่ไม่ใช่ฟังก์ชันของพารามิเตอร์สถานะ
สำหรับก๊าซต่างๆ ค่าต่างๆ กและ ขแตกต่าง.
กล่าวอีกนัยหนึ่ง สมการฟาน เดอร์ วาลส์เป็นกรณีพิเศษของกฎโบโกลิยูบอฟ-เมเยอร์ ซึ่งเงื่อนไข 1/v เหนือระดับที่สองทั้งหมดจะถูกละเลย ถ้าก๊าซจริงมีความหนาแน่นสูง สมการประเภทนี้จะเป็นจริงสำหรับคำศัพท์อื่นๆ ในอนุกรม ในกรณีนี้ สมการสถานะของก๊าซจริงให้ความแม่นยำในการคำนวณที่ยอมรับได้ในทางปฏิบัติ
42. สมการสถานะของก๊าซจริงโดย M. N. Vukalovich และ I. I. Novikov
>นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียได้รับสมการสากลที่อธิบายสถานะของก๊าซจริงใดๆ ในปี พ.ศ. 2482 I. I. โนวิคอฟและ M. N. Vukalovichในตัวเขา
ปรากฏการณ์ของปฏิสัมพันธ์ของแรงของโมเลกุล (การเชื่อมโยง, การแยกตัว) ได้ถูกนำมาพิจารณาแล้วและในรูปแบบทั่วไปมันถูกเขียนเป็น:
ที่ไหน และและ ที่- ค่าสัมประสิทธิ์คำนวณโดยสูตร:
ที่ไหน กและ ข– สำหรับก๊าซจริง ค่าคงที่ในสมการของรัฐ
รคือค่าคงที่ของก๊าซสากล r, c, k,ม. 1 , ม. 2 - ค่าสัมประสิทธิ์แสดงระดับความสัมพันธ์
มิฉะนั้น สมการ Vukalovich-Novikov สามารถแสดงเป็น:
ที่ไหน กและ ขเป็นค่าคงที่ในสมการแวนเดอร์วาลส์ เมตร, คเป็นค่าคงที่ที่คำนวณจากการทดลอง
ในกรณีทั่วไป พารามิเตอร์หลักสำหรับไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (คล้ายกับก๊าซ) คือพารามิเตอร์สถานะ เช่น อุณหภูมิ ความดัน และปริมาตรเฉพาะ ไอน้ำร้อนยวดยิ่งมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับก๊าซในอุดมคติ เนื่องจากพารามิเตอร์ของไอน้ำอยู่ห่างจากจุดวิกฤตและจากเส้นโค้งขอบเขต (เส้นโค้งบนในแผนภาพ) ถ้าความดันไอร้อนยวดยิ่งไม่สูงมากนัก สมการของสถานะสามารถหาได้โดยใช้สมการแวน เดอร์ วาลส์สำหรับกรณีของก๊าซจริง โดยแนะนำการแก้ไขเข้าไป
สำหรับไอน้ำ สมการสถานะของ M. N. Vukalovich และ I. I. Novikov ในอุณหพลศาสตร์สมัยใหม่เป็นสมการที่แม่นยำที่สุด นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการคำนวณสถานะของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (ภายใต้เงื่อนไขและเพื่อคำนวณความดัน) หากเราเพิ่มเงื่อนไขของสมการที่ตามมาหลายข้อ
43. อนุพันธ์ย่อยของพารามิเตอร์สถานะ ค่าสัมประสิทธิ์ความร้อน
>มีการอธิบายคุณสมบัติของสารจริง ค่าสัมประสิทธิ์ความร้อน
คำจำกัดความ 1. ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของปริมาตรกการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของสารเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นหนึ่งองศาเรียกว่า
– อนุพันธ์ย่อยของพารามิเตอร์สถานะ
เป็นลักษณะการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของสารที่มีมวลแน่นอน ถ้าอุณหภูมิเพิ่มขึ้นหนึ่งองศาและความดันภายนอกคงที่
คำจำกัดความ 2 ค่าสัมประสิทธิ์ความดันความร้อนขเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงของความดันขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของสาร ค่านี้ยังเป็นค่าสัมพัทธ์และคำนวณเป็น:
– อนุพันธ์ย่อยลักษณะการเปลี่ยนแปลงความดัน พีถ้าอุณหภูมิของสารเพิ่มขึ้นหนึ่งองศาและปริมาตรคงที่ ความดัน หน้าเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ
นิยาม 3. ค่าสัมประสิทธิ์การอัดตัวแบบไอโซเทอร์มอลชเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรเป็นฟังก์ชันของความดัน
- อนุพันธ์ย่อย แสดงลักษณะการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรของสารหากความดันเปลี่ยนแปลงหนึ่งหน่วย
44. คุณสมบัติของฟังก์ชันลักษณะเฉพาะ
เรียกฟังก์ชันที่อธิบายคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ใดๆ ลักษณะการทำงานหรือศักย์ทางอุณหพลศาสตร์ของระบบฟังก์ชั่นลักษณะที่สำคัญที่สุดคือ: เอนทัลปี
ผม= ผม(ส, พี),
กำลังภายใน
ยู=คุณ(S,v),
isobaric-isothermal potential หรือเอนทัลปีอิสระ
Z= Z(เ,p),
isochoric-isothermal potential หรือพลังงานอิสระ
ฉ= ฉ(โทรทัศน์).
ไปที่หลัก คุณสมบัติของฟังก์ชันลักษณะเฉพาะรวมสิ่งต่อไปนี้
1. ศักย์ทางอุณหพลศาสตร์แตกต่างจากฟังก์ชันอื่นตรงที่มีโครงสร้างที่ง่ายกว่าและมีความหมายทางกายภาพบางอย่าง
2. พารามิเตอร์ของสถานะของระบบมีค่าเท่ากับอนุพันธ์ย่อยของศักย์ทางอุณหพลศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับพารามิเตอร์เดียวกัน
3. อันเป็นผลมาจากความแตกต่างของศักยภาพทางอุณหพลศาสตร์ทำให้ได้ค่าความแตกต่างทั้งหมดของฟังก์ชันนี้
4. การใช้ฟังก์ชันลักษณะเฉพาะที่เขียนในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียล เราสามารถรับพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ใดๆ ของระบบได้
5. ศักยภาพทางอุณหพลศาสตร์ของทั้งระบบคือผลรวมของค่าศักยภาพของส่วนต่าง ๆ นั่นคือมันมีคุณสมบัติของการบวก
6. ฟังก์ชั่นลักษณะสร้างความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ต่างๆ ของสาร ตัวอย่างเช่น อนุพันธ์ตัวที่ 1 ของศักย์จะระบุคุณสมบัติทางความร้อน (เช่น ปริมาณที่วัดได้โดยตรงจากเครื่องมือ - ปริมาตร อุณหภูมิ ความดัน) และอนุพันธ์ตัวที่ 2 สอดคล้องกับคุณสมบัติความร้อนของระบบ (ซึ่งเป็นปริมาณที่แสดงเป็นหน่วย ของความร้อน - ความจุความร้อน, เอนโทรปี, เอนทาลปี , พลังงานภายใน)
7. อนุพันธ์บางส่วนของฟังก์ชันลักษณะเฉพาะทำให้สามารถกำหนดสมการความจุความร้อนได้ ประวัติย่อและ ซี พี ,สมการของรัฐและการพึ่งพาทางอุณหพลศาสตร์อื่นๆ
8. ฟังก์ชันนี้มีลักษณะเฉพาะสำหรับพารามิเตอร์บางตัวเท่านั้น เมื่อเลือกตัวแปรอื่น มันจะสูญเสียคุณสมบัติของมัน เพราะในกรณีนี้ อนุพันธ์ย่อยไม่ได้แสดงคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของระบบ
45. ศักยภาพทางเคมี
พลังงานเคมีเรียกว่าพลังงานดังกล่าวซึ่งเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาทางเคมีและเป็นส่วนหนึ่งของพลังงานภายในของสสาร ปฏิกิริยาเคมีแบ่งออกเป็นคายความร้อน (ผ่านด้วยการปลดปล่อยพลังงาน) และดูดความร้อน (พร้อมกับการดูดกลืน)
ในกรณีของปฏิกิริยาเคมี พลังงานภายในของระบบจะเปลี่ยนไป เนื่องจากการดูดซึมของอะตอมในสารตั้งต้นเปลี่ยนไป สำหรับกระบวนการดังกล่าว เราสามารถใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ในรูปแบบ:
คุณ 1 -U 2 \u003d? คุณ \u003d Q + A,
ที่ไหน ถาม- ปริมาณความร้อน
DU คือการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของสาร
และ- งานที่มีประโยชน์รวมถึงงานที่จะเอาชนะแรงแม่เหล็กไฟฟ้าต่างๆ
งานที่ทำในปฏิกิริยาเคมีที่ผันกลับได้คืองานสูงสุด แสดงโดยใช้สมการกิ๊บส์-เฮล์มโฮลทซ์:
พิจารณาศักยภาพทางเคมีของปฏิกิริยา ในกรณีของปฏิกิริยาเคมี มวลของสารตั้งต้นไม่คงที่ สามารถกำหนดเป็นฟังก์ชันได้ ที(ปริมาณของสาร) จากพารามิเตอร์หลัก (โวลต์พี, ที, เอฟ, เอส, ยูฯลฯ). มาแยกแยะความแตกต่างกัน:
ที่ไหน ยูเป็นปริมาณเฉพาะของพลังงานภายใน เรามี:
dU = mdu + udm
ฉ = คุณ– เซนต์+ พีวี= ผม– เซนต์
เจคือศักยภาพทางเคมี
แต่, ศักยภาพทางเคมีเป็นอนุพันธ์ของมวลบางส่วนที่นำมาจากศักยภาพทางอุณหพลศาสตร์ที่ค่าบางอย่างของการโต้แย้ง ศักยภาพทางเคมีแสดงให้เห็นว่าพลังงานของสารเปลี่ยนไปอย่างไรหากมวลของสารเปลี่ยนไปหนึ่ง
46. สมการเชิงอนุพันธ์พื้นฐานของอุณหพลศาสตร์
สมการเชิงอนุพันธ์ทางอุณหพลศาสตร์ใช้เพื่อศึกษาก๊าซจริงในการคำนวณทางทฤษฎี (และทางปฏิบัติ)
พิจารณากรณีต่อไปนี้
1. ตัวแปรอิสระคือพารามิเตอร์ p, V.
นี่คือกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียล
2. ตัวแปรอิสระ คือ พารามิเตอร์ อาร์, ที.
และผลต่างปริมาตรรวมคือ:
3. ตัวแปรอิสระ คือ ตัวแปร วี, ที.
4. เมื่อไหร่ หน้า= ความจุความร้อนคงที่
ที่ โวลต์= ความจุความร้อนคงที่
47. อนุพันธ์ย่อยโดยปริมาตร ความดัน อุณหภูมิ
>1. อนุพันธ์ย่อยที่เกี่ยวกับปริมาณ:
นี่คืออนุพันธ์บางส่วนที่เกี่ยวกับปริมาตร ซึ่งนำมาจากค่าของพลังงานภายใน 2. อนุพันธ์บางส่วนที่เกี่ยวกับความดัน
แทนค่า ดีคิวเกี่ยวกับ dS = เดคิว/ T เราได้รับ:
นี่คืออนุพันธ์บางส่วนที่เกี่ยวกับความดัน ซึ่งนำมาจากค่าของพลังงานภายใน 3. อนุพันธ์บางส่วนที่เกี่ยวกับอุณหภูมิ
นี่คืออนุพันธ์บางส่วนที่เกี่ยวกับอุณหภูมิ ซึ่งนำมาจากค่าของพลังงานภายใน
48. สมการความต่อเนื่อง
ตามทฤษฎีการไหลของก๊าซ การไหลของก๊าซในกรณีของสภาวะหยุดนิ่งถูกกำหนดโดยใช้ระบบสมการพิเศษ ประกอบด้วยอัตราส่วนต่อไปนี้:
1) สมการพลังงานสำหรับการไหลของก๊าซ
2) สมการของรัฐ;
3) สมการความต่อเนื่องของการไหลของก๊าซ
สมการพลังงานตามมาจากข้อแรก
เทอร์โมไดนามิกส์สำหรับการไหลของก๊าซ
สมการความต่อเนื่องเรียกว่าอัตราส่วน:
Gv = Fw
จากนี้ไปในกรณีของการไหลของก๊าซคงที่ในแต่ละส่วนของการไหล อัตราการไหลของมวลของก๊าซจะเป็นค่าคงที่ มิฉะนั้นสมการนี้สามารถเขียนเป็น:
ช=pFw =p 1 F 1 w 1 =P 2 F 2 w 2 =const,
ที่ไหน ร 1 ,r 2 , r= ความหนาแน่นของก๊าซ 1/v ในหน้าตัด;
F1, F2คือพื้นที่หน้าตัดของการไหล
ว 1 , ว 2คือความเร็วการไหลที่วัดในพื้นที่ของส่วน
ในกรณีนี้ มีสองส่วนโฟลว์ (ที่ 1 และ 2) และค่า ชจากสมการนี้เรียกว่า อัตราการไหลของมวลก๊าซ (ต่อวินาที)
ดังที่คุณทราบ กฎข้อที่สองของนิวตันกล่าวว่า "แรงถูกกำหนดโดยผลคูณของมวลและความเร่ง" หากการไหลของก๊าซเป็นมิติเดียว กฎข้อที่สองหมายถึง:
ในอัตราส่วนนี้ แต่ละคำมีความหมายทางกายภาพบางอย่าง พิจารณาแต่ละปัจจัยจากสมการ
1. ค่า
แสดงให้เห็นว่าความดันเปลี่ยนแปลงอย่างไรขึ้นอยู่กับพิกัด X
2. คุณค่า
แสดงให้เห็นว่าความเร็วเปลี่ยนแปลงไปตามพิกัด X อย่างไร
3. อัตราส่วน
เท่ากับแรงที่กระทำต่อปริมาตรมูลฐาน dV คือปริมาตรที่จัดสรร
4. ขนาด
แก๊สจะเท่ากับความเร่งของมวล พีดีวี(มวลสารเบื้องต้น).
49. ดันงาน
ดันงาน.ในการพิจารณาในสมการ:
ทดแทนความเท่าเทียม ฉัน = คุณ + pv เราได้ผลลัพธ์:
โดยที่ d(pv) เป็นงานของการผลักที่คำนวณสำหรับปริมาตรเบื้องต้น
d(พีวี) = pdv+vdpเป็นสมการของงานเบื้องต้น
ความสัมพันธ์ (2) รวมถึงแรงโน้มถ่วงมีรูปแบบ:
ในกรณีที่การไหลของก๊าซแสดงเป็นกระบวนการแบบอะเดียแบติก dq = 0 ความสัมพันธ์ (1) เขียนได้ดังนี้
ด้วยการไหลของอะเดียแบติก ผลรวมของพลังงานจลน์จำเพาะและเอนทัลปีจำเพาะจะเป็นค่าคงที่
หากงานด้านเทคนิคเกิดขึ้นในกระบวนการ กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์สำหรับการไหลของก๊าซจะเป็นดังนี้:
ที่ไหน ดล TEK- งานที่มีประโยชน์ (ระดับประถมศึกษา)
50. งานที่มีอยู่ระหว่างการไหลของก๊าซ
เราตรวจสอบกระบวนการเคลื่อนที่ (การไหลออก) ของการไหลของก๊าซ
สมมติว่ามีภาชนะบรรจุจำนวนหนึ่ง ซึ่งมีไอน้ำหรือก๊าซ (เช่น ของไหลทำงาน) ซึ่งมีพารามิเตอร์สถานะในรูปของ f 1 , v 1 , p 1 . จากภาชนะนี้ในผนังที่มีรูก๊าซจะไหลเข้าสู่สิ่งแวดล้อม นี่เป็นเพราะความแตกต่างของแรงดัน (p 1 - p 2) ก๊าซทางออกมีแรงดัน p 1< p 2 Соответственно температура газа при этом равна t2,และปริมาตรเฉพาะคือ v 2 เพื่อให้เจ็ตของก๊าซที่ไหลออกได้รับทิศทางที่กำหนด หัวฉีดทรงกระบอก (ที่เรียกว่าหัวฉีด) จะติดอยู่กับพื้นผิวที่มีรูตั้งอยู่จากด้านนอกของภาชนะไปยังพื้นผิว ซึ่งหลุมนั้นตั้งอยู่ ส่วนใหญ่มักมีรูปร่างเป็นกรวยที่ถูกตัดให้เรียวไปทางขอบด้านนอก หัวฉีดดังกล่าวเรียกว่าตัวสร้างความสับสน ในกรณีของช่องทำงานตามกระบวนการย้อนกลับ หัวฉีดดังกล่าวเป็นตัวกระจาย ปากเรียกว่าส่วนนอก (เช่นที่ทางออก) ของหัวฉีด
ให้เราแสดงความเร็วของแก๊สเจ็ตที่ทางออกจากปากตามค่าและที่ทางเข้าของเรือ - ตามค่าของ W 1 (ก๊าซที่ไหลเข้า) ในขณะที่หัวฉีดมีปากซึ่งส่วนตัดขวางคือ กำหนดโดยพื้นที่ฉ. ในการปฏิบัติ ว 1น้อยกว่ามาก ว 2 ,ในการคำนวณจะถูกละเลยและนำไปใช้: ว 1= 0, ว 2= ว.
dq = du + dA,
ที่ไหน dA = pdv –งานขยายหรืองานเบื้องต้นที่ทำโดยตัวก๊าซเอง จากที่นี่:
ดังนั้นจากการไหลของก๊าซเราจึงมีงานเท่ากับ เอ 0 .ตัวเลขจะเท่ากับการเพิ่มขึ้นของพลังงานจลน์ระหว่างการไหลออก หรือผลรวมของงานผลักและต้านแรงภายนอก
51. ความเร็วไหลออกในช่องแคบ ความเร็วการไหลของมวล
>ความเร็วไหลออกในช่องแคบ
พิจารณากระบวนการไหลออกของสารอะเดียแบติก สมมติว่าของเหลวทำงานที่มีปริมาตรเฉพาะ (v1)อยู่ในถังภายใต้ความกดดัน (หน้า 1).กระบวนการไหลออกประกอบด้วยการเคลื่อนที่ของก๊าซ (หรือไอระเหย) จากตัวกลางที่มีความดัน หน้า 1(reservoir) ออกสู่สิ่งแวดล้อม, ความดันในที่ พี 2< p 1 . ในเวลาเดียวกันในระหว่างกระบวนการหมดอายุของสารทำงานจากหัวฉีดความดันภายในถังจะไม่ลดลงซึ่งเป็นที่ยอมรับได้ในกรณีที่ถังมีปริมาตรมาก เมื่อก๊าซ (ไอน้ำ) ไหลผ่านหัวฉีด พลังงานศักย์ของมันจะน้อยมาก และมักจะละเลยการเปลี่ยนแปลง พลังงานจลน์ในกรณีนี้เพิ่มขึ้น
ที่ไหน ว 1คือความเร็วของการเคลื่อนที่ของการไหลของสสารในส่วนขาเข้าของการบรรจุ
ว 2คือความเร็วที่ทางออกของหัวฉีด
อัตราการไหลของก๊าซ (ไอน้ำ)จากหัวฉีด
ส่วนใหญ่มักจะใช้ความเร็ว ว 1ความเร็วน้อยกว่ามาก ว 2(ว1 << W2) ดังนั้นจึงถูกละเลยและถือว่า W 1 = 0
อัตราการไหลมากความสัมพันธ์นี้เรียกว่า:
ที่ไหน จี ซี– ปริมาณการใช้ไอน้ำ (แก๊ส) ครั้งที่สอง
S คือพื้นที่หน้าตัดของการไหล
รคือความหนาแน่นของของไหลทำงาน
52. การไหลออกของของเหลวหยด การไหลของมวล
>งานที่มีอยู่สำหรับสารใด ๆ ที่เป็นสารทำงานถูกกำหนดโดยสูตร:
ฉัน 0 = คิว +(ฉัน 1 – ฉัน 2).
หากการไหลเป็นแบบอะเดียแบติก (ที่ ถาม= 0)
ที่ไหน ผม– เอนทาลปี (J/กก.);
W2= วคือความเร็วการไหลออก (m/s)
เรียกว่าค่า Di \u003d i 1 - i 2 เท่ากับความแตกต่างของเอนทาลปี การสูญเสียความร้อนของก๊าซ (ไอน้ำ)
และสำหรับของเหลวที่หยดหนึ่ง ความเท่าเทียมกันจะเป็นจริง:
ที่ไหน วคือความเร็วของของเหลวที่ไหลออกจากหัวฉีด
การไหลของมวลเรียกปริมาณสารที่ไหลผ่านหัวฉีดต่อวินาที เท่ากับอัตราส่วนของปริมาตรที่สองของการไหลของสาร (ก๊าซ) ยูทูกับปริมาตรเฉพาะของสารชนิดเดียวกันที่สอดคล้องกับความดัน พี 2:
การไหลของมวล (พิจารณาได้จากสมการความต่อเนื่อง: Gv = สว).
53. ความเร็วที่สำคัญ
การวิเคราะห์สูตรสำหรับอัตราการไหลแสดงให้เห็นว่าเมื่อค่าของ p 2 /p 1 ลดลง อัตราการไหลจะเพิ่มขึ้น เป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น ถ้า pi = const และความดัน พี 2ลดลง
เป็นที่ทราบกันดีจากการทดลองว่าการลดลงของแรงดันที่ทางออกของหัวฉีดที่มาบรรจบกัน (หรือหัวฉีดของหน้าตัดคงที่) p 2 สามารถทำได้จนถึงค่าจำกัดที่กำหนดเท่านั้น ซึ่งเรียกว่าแรงดันวิกฤต (p วิกฤต) ในนั้น อัตราส่วนความดันวิกฤตเรียกว่าปริมาณ ข= p สำคัญ / p 1 ดังนั้น P k = bp 1
อันเป็นผลมาจากการลดลงของความดัน p 0 (ของสภาพแวดล้อมภายนอก) ที่ หน้า 1= const มีสองกรณี:
1) p o >= P ถึง เช่น ในขณะที่ความดัน p o ลดลงถึงค่าวิกฤต ความเท่าเทียมกัน พี 2= p o โดยที่ p 2 คือความดันของสารที่ทางออกของหัวฉีดที่มาบรรจบกัน p o คือความดันของสิ่งแวดล้อม
2) โป< P к, т. е. дальнейшее падение давления p o среды ниже критического значения определяется равенством p 2 = พีเค ,นอกจากนี้ความดัน p 2 ของสารที่ไหลออกจะคงที่ (หน้า 2= คอสต์).
ดังนั้นจึงเรียกปรากฏการณ์ที่ความดันที่ปากหัวฉีดคงที่และไม่ลดลง การปิดกั้นหัวฉีดดังนั้นความดันดังกล่าวที่ทางออกของหัวฉีดซึ่งไม่สามารถลดลงได้โดยการลดความดันของสภาพแวดล้อมภายนอกที่สารทำงานถูกไล่ออกจึงเรียกว่า วิกฤต(ป ๒ ก).
โดยไม่คำนึงถึงแรงดันตกของสภาพแวดล้อมภายนอก ปที่ปากท่อบรรจบกันที่ ขตั้งค่าความดัน P 2k = const ซึ่งสอดคล้องกับ G max = const (การไหลของมวล) ว ค= const (อัตราการหมดอายุ), ที เค= const (อุณหภูมิ) และ วี 2 เค= const (ปริมาตรเฉพาะ) เช่น ค่าคงที่ของพารามิเตอร์ทั้งหมดที่ช่องจ่ายหัวฉีด (ที่เรียกว่าพารามิเตอร์เอาต์พุต)
ในสูตรที่ได้รับ a, Y เป็นค่าสัมประสิทธิ์ที่กำหนดโดยค่าเท่านั้น เค(เลขชี้กำลังอะเดียแบติก) ค่าของพวกเขาพบได้จากตารางพิเศษ
A-ไพรมารี ความเร็วที่สำคัญเรียกความเร็วสูงสุดของสารเมื่อไหลออกจากหัวฉีดไม่เกินความเร็วเสียงคือ ว ค = ก,ที่ไหน กคือความเร็วเสียงเฉพาะที่
เรียกว่าสูตรผลลัพธ์ สมการของลาปลาซ
54. การไหลของก๊าซในอุดมคติผ่านหัวฉีดลาวาลแบบรวม
หัวฉีดลาวาลถูกใช้เพื่อสร้างกระบวนการวิกฤตยิ่งยวดของการหมดอายุของของไหลทำงาน ซึ่งเงื่อนไขคือ หน้า o / หน้า 1 < b k В нем выделяют три основные области.
1. ส่วนสั้นเรียวซึ่งความเร็วการไหลต่ำกว่าเสียง
2. ส่วนแคบ ๆ ที่สสารเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเสียง
3. หัวฉีดกรวยขยาย (การไหลเหนือเสียง)
เงื่อนไขหลักในการเลือกขนาดของส่วนกว้างของหัวฉีด Laval สำหรับการหมดอายุของสารทำงานคือความต่อเนื่องจากผนังของหัวฉีด ดังนั้นมุมของการเปิดกรวยควรมีขีด จำกัด 12 o ซึ่งจะช่วยขจัดการสูญเสียที่สำคัญเนื่องจากการขยายตัวของก๊าซ (ไอน้ำ)
ให้เราพิจารณากระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของหัวฉีดแบบรวม เมื่อได้รับแรงกดดันจากสภาพแวดล้อมภายนอก ป< พีเค ,ความเร็วการไหลและความดันในระนาบแคบของหัวฉีดคือ วิกฤต.
การออกแบบหัวฉีด Laval ช่วยให้แต่ละอัตราส่วน o< ป/หน้า 1< ขรับการขยายตัวเต็มที่ของสารภายในขีดจำกัดของค่าความดัน ในขณะเดียวกัน พลังงานจะไม่สูญเสียในส่วนทางออกของหัวฉีด และเมื่อความดันของสารทำงานและสิ่งแวดล้อมเท่ากัน ความเร็วของการไหลจะกลายเป็นความเร็วเหนือเสียง ซึ่งจำเป็นสำหรับการใช้หัวฉีดในทางปฏิบัติ ในกรณีนี้ การไหลของมวลจะสูงสุด ค่าของมันขึ้นอยู่กับพื้นที่ของส่วนที่เล็กที่สุดของหัวฉีด (S นาที)
ในส่วนที่แคบของหัวฉีด (เรียกว่าคอ) ค่าวิกฤตของพารามิเตอร์ V k ,T k , p k , w k = w เสียง, G สูงสุด . (โดยที่ W เสียงคือความเร็วท้องถิ่นของเสียง) จะถูกตั้งค่า . การเคลื่อนที่ของการไหลไปตามส่วนที่ขยายตัวนั้นมีลักษณะเฉพาะคือความจริงที่ว่าก๊าซขยายตัวเพิ่มเติมภายในขอบเขต [ p 2k , p 1 ] ความเร็วจะเพิ่มขึ้นในช่วงเวลา (เช่นถึงค่า ว> Wstar) ซึ่งทำให้ความดันลดลง แต่ในขณะเดียวกัน ปริมาตรเฉพาะจะเพิ่มขึ้น (เช่น โวลต์>วีเค , หน้า< p k).
ส่วนที่ขยายตัวของหัวฉีดสามารถทำหน้าที่เป็นตัวกระจายกลิ่นได้หากอยู่ในระนาบแคบ ว< w зв (для p o / p 1 > ขค).
55. การควบคุมแก๊สและสมการของกระบวนการ
สำหรับไอน้ำ อุณหภูมิวิกฤตคือ T ถึง= 647 K ตามลำดับ T ใบแจ้งหนี้> 4400 K (อุณหภูมิผกผัน) ที่ กระบวนการควบคุมปริมาณไอน้ำเย็นลงเสมอซึ่งเกิดจากการแยกตัวของโมเลกุลไออย่างสมบูรณ์ที่อุณหภูมิผกผันนี้ไม่สูงมากนัก
การควบคุมปริมาณไอน้ำมีลักษณะตามคุณสมบัติที่ได้จากการวิเคราะห์แผนภาพ (i, s):
1) สำหรับสถานะไอน้ำใด ๆ การควบคุมปริมาณจะลดอุณหภูมิของไอน้ำลงเสมอ
2) การควบคุมปริมาณไอเปียกที่ความดันต่ำจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนจากความชื้นเป็นแห้งและจากนั้นเป็นสถานะร้อนเกินไป ไอเปียกที่ความดันสูงจะถูกทำให้มีความชื้นมากขึ้นในขั้นแรก แต่จากนั้นก็จะก่อตัวเป็นเฟสที่แห้งและร้อนยิ่งยวด
3) การควบคุมปริมาณไอร้อนยวดยิ่งที่ความดันสูง (หากอุณหภูมิความร้อนยวดยิ่งต่ำ) มาพร้อมกับการผ่านของหลายขั้นตอน (อิ่มตัวแห้ง เปียก แห้ง และสุดท้ายร้อนยิ่งยวด) สถานะสุดท้ายของไอน้ำมีลักษณะเฉพาะคืออุณหภูมิและความดันต่ำ โดยทั่วไป ในระหว่างการควบคุมปริมาณ ไอระเหยที่มีความร้อนยวดยิ่งจะคงสถานะที่มีความร้อนยวดยิ่ง หากความดันมีสูงในช่วงเริ่มต้นของกระบวนการ
โดยปกติแล้ว บนแผนภาพ is กระบวนการควบคุมปริมาณ i 1 = i 2 จะเป็นเส้นแนวนอนที่มุ่งไปสู่เอนโทรปีที่เพิ่มขึ้น (เนื่องจากกระบวนการกลับไม่ได้)
เป็นที่ทราบกันดีว่าความดันของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (และการทำงานที่เป็นประโยชน์) จะลดลงในระหว่างกระบวนการบด
และนรก< a дрос, где а дрос - температурный эффект адиабатного необратимого расширения (т. е. дросселирования), а а ад – эффект адиабатного обратимого расширения. Отсюда при одном давлении พเรามี:
ดีทีดรอส< dT ад на величину วี/ซีพี
56. การถ่ายเทความร้อนผ่านผนังทรงกลม
ให้มีลูกกลวงที่มีรัศมีด้านในและด้านนอกตามลำดับ r 1 และ r 2 ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน ฉันซึ่งมีค่าคงที่ ภายใต้เงื่อนไขขอบเขตที่กำหนดของประเภทที่สาม ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนบนพื้นผิวของลูกบอลจะถูกกำหนดด้วย 1และ 2และอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมภายในและภายนอกตามลำดับ Tl 1 และ Tl 2 . อัตราต่อรอง เอ 1 ,เอ 2จะคงที่ตามเวลา และอุณหภูมิ Tf 1 , Tf 2 จะคงที่ทั้งในเวลาและบนพื้นผิว
ในโหมดการถ่ายเทความร้อนแบบอยู่กับที่ ฟลักซ์ความร้อนทั้งหมด Q ซึ่งถ่ายโอนผ่านผนังทรงกลมที่เป็นเนื้อเดียวกันจากตัวกลางที่ร้อนไปยังตัวกลางที่เย็น จะคงที่สำหรับพื้นผิวที่มีอุณหภูมิความร้อนทั้งหมด และสามารถกำหนดได้ด้วยสมการสามสมการ
โดยที่ d 1,d 2 คือเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในและด้านนอกของลูกบอล
เอ 1 ,เอ 2ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนจากตัวกลางที่ร้อนไปยังผนังและจากผนังไปยังตัวกลางที่เย็น
ฉันคือค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของวัสดุผนัง
T 1, T 2 - อุณหภูมิของผนังด้านในและด้านนอก
โดยที่ DT = Tzh 1 - Tzh 2 - ความแตกต่างของอุณหภูมิเต็ม
เค วคือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของผนังทรงกลม (W/deg)
ความดันบางส่วนของก๊าซแต่ละชนิดที่เป็นส่วนหนึ่งของส่วนผสมคือความดันที่จะสร้างขึ้นโดยมวลที่เท่ากันของก๊าซนี้ ถ้าก๊าซมีปริมาตรทั้งหมดของส่วนผสมที่อุณหภูมิเดียวกัน
ในธรรมชาติและเทคโนโลยี เรามักจะจัดการไม่เฉพาะกับก๊าซบริสุทธิ์เพียงอย่างเดียว แต่รวมถึงก๊าซหลายชนิดผสมกัน ตัวอย่างเช่น อากาศเป็นส่วนผสมของไนโตรเจน ออกซิเจน อาร์กอน คาร์บอนไดออกไซด์ และก๊าซอื่นๆ ความดันของส่วนผสมของก๊าซขึ้นอยู่กับอะไร?
ในปี ค.ศ. 1801 จอห์น ดาลตันได้กำหนดสิ่งนั้นขึ้น ความดันของส่วนผสมของก๊าซหลายชนิดเท่ากับผลรวมของความดันบางส่วนของก๊าซทั้งหมดที่ประกอบเป็นส่วนผสม.
กฎหมายนี้เรียกว่า กฎของความดันบางส่วนของก๊าซ
กฎของดาลตัน ความดันบางส่วนของก๊าซแต่ละชนิดในของผสมคือความดันที่จะสร้างขึ้นโดยมวลเดียวกันของก๊าซนั้น ถ้าก๊าซมีปริมาตรทั้งหมดของส่วนผสมที่อุณหภูมิเดียวกัน
กฎของดาลตันระบุว่าความดันของส่วนผสมของก๊าซ (ในอุดมคติ) คือผลรวมของความดันบางส่วนของส่วนประกอบของสารผสม (ความดันบางส่วนของส่วนประกอบคือความดันที่ส่วนประกอบจะออกแรงหากส่วนประกอบนั้นครอบครองพื้นที่ทั้งหมดที่ถูกครอบครองโดยลำพัง โดยส่วนผสม). กฎหมายนี้ระบุว่าส่วนประกอบแต่ละชนิดไม่ได้รับผลกระทบจากการมีอยู่ของส่วนประกอบอื่นๆ และคุณสมบัติของส่วนประกอบในส่วนผสมจะไม่เปลี่ยนแปลง
กฎสองข้อของดาลตัน
>กฎข้อที่ 1 ความดันของส่วนผสมของแก๊สเท่ากับผลรวมของความดันบางส่วน จากนี้ไปความดันบางส่วนของส่วนประกอบของส่วนผสมของก๊าซจะเท่ากับผลคูณของความดันของส่วนผสมและเศษส่วนโมลาร์ของส่วนประกอบนี้
กฎข้อที่ 2 ความสามารถในการละลายของส่วนประกอบของส่วนผสมของก๊าซในของเหลวที่กำหนดที่อุณหภูมิคงที่เป็นสัดส่วนกับความดันบางส่วนของส่วนประกอบนี้ และไม่ขึ้นอยู่กับความดันของส่วนผสมและธรรมชาติของส่วนประกอบอื่นๆ
กฎหมายกำหนดโดย J. Dalton resp. ในปี 1801 และ 1803
สมการกฎของดาลตัน
>ตามที่ระบุไว้แล้ว ส่วนประกอบแต่ละส่วนของส่วนผสมของก๊าซนั้นถือว่าเป็นอิสระต่อกัน ดังนั้น แต่ละองค์ประกอบจึงสร้างแรงกดดัน:
\[ p = p_i k T \quad \left(1\right), \]
และความดันรวมเท่ากับผลรวมของความดันของส่วนประกอบ:
\[ p = p_(01) k T + p_(02) k T + \cdots + p_(i) k T = p_(01) + p_(02) + \cdots + p_(i) \quad \left( 2\ขวา),\]
โดยที่ \(p_i\) คือความดันบางส่วน i ของส่วนประกอบที่เป็นแก๊ส สมการนี้คือกฎของดาลตัน
ที่ความเข้มข้นสูง ความดันสูง กฎของดาลตันไม่ได้เป็นจริงอย่างแน่นอน เนื่องจากมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างส่วนประกอบของส่วนผสม ส่วนประกอบไม่เป็นอิสระอีกต่อไป ดาลตันอธิบายกฎของเขาโดยใช้สมมติฐานอะตอม
ปล่อยให้มีส่วนประกอบ i ในส่วนผสมของก๊าซ จากนั้นสมการ Mendeleev-Claiperon จะมีลักษณะดังนี้:
\[ ((p)_1+p_2+\dots +p_i)V=(\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)((\mu )_2)+\dots +\frac(m_i )((\mu )_i))RT\ \quad \left(3\right), \]
โดยที่ \(m_i \) คือมวลของส่วนประกอบที่เป็นส่วนผสมของแก๊ส \((\mu )_i \) คือมวลโมลาร์ของส่วนประกอบที่เป็นส่วนผสมของแก๊ส
ถ้าเข้า \(\left\langle \mu \right\range \)ดังนั้น:
\[ \frac(1)(\left\langle \mu \right\rangle )=\frac(1)(m)\left[\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)( (\mu )_2)+\จุด +\frac(m_i)((\mu )_i)\right] \quad \left(4\right), \]
จากนั้นสมการ (3) สามารถเขียนเป็น:
\[ pV=\frac(m)(\left\langle \mu \right\rangle )RT \quad \left(5\right) \]
สามารถเขียนกฎของดอลตันได้ดังนี้
\[ p=\sum\limits^N_(i=1)(p_i)=\frac(RT)(V)\sum\limits^N_(i=1)((\nu )_i)\ \quad \left (6\ขวา). \]
\[ p_i=x_ip\ \quad \left(7\right), \]
ที่ไหน \(x_i-molar\ ความเข้มข้น\ i-th \)ก๊าซในส่วนผสม ในขณะที่:
\[ x_i=\frac((\nu )_i)(\sum\limits^N_(i=1)(n_i))\ \quad \left(8\right), \]
โดยที่ \((\nu )_i \) คือจำนวนโมล \(i-th\) แก๊สในส่วนผสม
Javascript ถูกปิดใช้งานในเบราว์เซอร์ของคุณต้องเปิดใช้งานตัวควบคุม ActiveX เพื่อทำการคำนวณ!
ส่วนผสมของแก๊สจะอยู่ในสภาวะสมดุลถ้าความเข้มข้นของส่วนประกอบและพารามิเตอร์ของสถานะตลอดทั้งปริมาตรมีค่าเท่ากัน ในกรณีนี้ อุณหภูมิของก๊าซทั้งหมดที่รวมอยู่ในส่วนผสมจะเท่ากันและเท่ากับอุณหภูมิของส่วนผสม ตซม.
ในสภาวะสมดุล โมเลกุลของก๊าซแต่ละชนิดจะกระจายตัวเท่าๆ กันตลอดปริมาตรของสารผสม นั่นคือ พวกมันมีความเข้มข้นเฉพาะของมันเอง และเป็นผลให้ความดันของมันเอง ร ผม, ป่า ซึ่งก็เรียก บางส่วน . มีกำหนดดังนี้.
ความดันบางส่วนจะเท่ากับความดันของส่วนประกอบนี้ โดยมีเงื่อนไขว่าจะต้องใช้ปริมาตรทั้งหมดสำหรับส่วนผสมที่อุณหภูมิของส่วนผสม T ซม .
ตามกฎของนักเคมีและนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Dalton ซึ่งกำหนดขึ้นในปี 1801 ความดันของส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติคือ p ซม เท่ากับผลรวมของแรงกดบางส่วนของส่วนประกอบ p ผม :
ที่ไหน นคือจำนวนส่วนประกอบ
นิพจน์ (2) เรียกอีกอย่างว่า กฎความดันบางส่วน
3.3. ปริมาตรที่ลดลงของส่วนประกอบของแก๊สผสม กฎของ Amag
>ตามคำนิยาม ปริมาณที่ลดลง ผม-th ส่วนประกอบของส่วนผสมของก๊าซ วี ผม, m 3 , คือปริมาตรที่ส่วนประกอบหนึ่งสามารถครอบครองได้ โดยมีเงื่อนไขว่าความดันและอุณหภูมิของส่วนประกอบนั้นเท่ากับความดันและอุณหภูมิของส่วนผสมของก๊าซทั้งหมด
กฎของนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Amag ซึ่งกำหนดขึ้นในราวปี พ.ศ. 2413 กล่าวว่าผลรวมของปริมาตรที่ลดลงของส่วนประกอบทั้งหมดของสารผสมจะเท่ากับปริมาตรของสารผสมวี ซม :
, ม.3 . (3)
3.4. องค์ประกอบทางเคมีของส่วนผสมของแก๊ส
สามารถตั้งค่าองค์ประกอบทางเคมีของส่วนผสมของก๊าซได้ สามที่แตกต่างกันวิธี
พิจารณาส่วนผสมของแก๊สที่ประกอบด้วยส่วนประกอบ n ตัว ส่วนผสมมีปริมาณ วี cm, m 3, มีมวล มซม. กก. ความดัน รซม. Pa และอุณหภูมิ ต cm, K. จำนวนโมลของส่วนผสมคือ เอ็นดูไฝ ในขณะเดียวกันมวลของหนึ่ง ผมองค์ประกอบที่ ม ผม, กก. และจำนวนโมลของส่วนประกอบนี้ ν ผม, โมล
เห็นได้ชัดว่า:
, (4)
. (5)
การใช้กฎของดาลตัน (2) และ Amag (3) สำหรับส่วนผสมภายใต้การพิจารณา เราสามารถเขียน:
, (6)
, (7)
ที่ไหน ร ผม- ความดันบางส่วน ผม-th องค์ประกอบ, ป่า; วี ผม- ปริมาณที่ลดลง ผมองค์ประกอบที่ ม.3 .
องค์ประกอบทางเคมีของส่วนผสมของก๊าซสามารถระบุได้โดยมวล หรือโมล หรือปริมาตรของส่วนประกอบ:
, (8)
, (9)
, (10)
ที่ไหน ช ผม , เค ผม และ ร ผม– เศษส่วนมวล โมล และปริมาตร ผมส่วนประกอบที่ 1 ของส่วนผสม ตามลำดับ (ปริมาณไร้มิติ)
เห็นได้ชัดว่า:
,
,
. (11)
ในทางปฏิบัติ ส่วนประกอบทางเคมีของส่วนผสมไม่ได้กำหนดเป็นเศษส่วน ผมองค์ประกอบที่ th แต่เป็นเปอร์เซ็นต์
ตัวอย่างเช่น ในวิศวกรรมความร้อน สันนิษฐานโดยประมาณว่าอากาศแห้งประกอบด้วยไนโตรเจน 79 เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร และออกซิเจน 21 เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร
เปอร์เซ็นต์ ผม ส่วนประกอบที่ 1 ในส่วนผสมคำนวณโดยการคูณเศษส่วนด้วย 100
ตัวอย่างเช่น ด้วยอากาศแห้ง เราจะได้:
,
. (12)
ที่ไหน
และ
เป็นเศษส่วนปริมาตรของไนโตรเจนและออกซิเจนในอากาศแห้ง N 2 และ O 2 - การกำหนดเปอร์เซ็นต์ปริมาตรของไนโตรเจนและออกซิเจนตามลำดับ% (ปริมาตร)
บันทึก:
1)เศษส่วนโมลของส่วนผสมในอุดมคติมีค่าเท่ากับเศษส่วนของปริมาตร:เค ผม = ร ผม . มาพิสูจน์กันเลย
การใช้นิยามของเศษส่วนปริมาตร(10)และกฎหมาย Amag (3) เราสามารถเขียน:
, (13)
ที่ไหนวี ผม - ปริมาณที่ลดลงผม-ส่วนประกอบ ม 3 ; ν ผม - จำนวนโมลผม-th องค์ประกอบ โมล; - ปริมาตรของหนึ่งโมลผมส่วนประกอบที่ความดันส่วนผสมหน้าซม และอุณหภูมิส่วนผสมตซม , ม 3 /โมล
เป็นไปตามกฎของ Avogadro (ดูย่อหน้า 2.3 ของภาคผนวกนี้) ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน หนึ่งโมลของก๊าซใด ๆ (ส่วนประกอบของส่วนผสม) จะมีปริมาตรเท่ากัน โดยเฉพาะที่ตซม และหน้าซม มันจะเป็นจำนวนหนึ่งวี 1 , ม 3 .
ข้างต้นช่วยให้เราสามารถเขียนความเท่าเทียมกัน:
. (14)
การทดแทน(14)ใน(13)เราได้สิ่งที่ต้องการ:
. (15)
2)เศษส่วนของปริมาตรของส่วนประกอบของส่วนผสมของก๊าซสามารถคำนวณได้โดยใช้ความดันย่อย มาแสดงกันเถอะ
พิจารณาผม- องค์ประกอบที่ 1 ของส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติในสองสถานะที่แตกต่างกัน: เมื่อมันอยู่ที่ความดันบางส่วน p ผม ; เมื่อครอบครองปริมาณที่ลดลงวี ผม .
สมการของสถานะของก๊าซในอุดมคตินั้นใช้ได้สำหรับสถานะใดๆ ของมัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับทั้งสองสถานะที่กล่าวถึงข้างต้น
ตามนี้และคำนึงถึงคำจำกัดความของปริมาณเฉพาะ เราสามารถเขียน:
, (16)
,
(17)
ที่ไหนร ผม คือค่าคงที่ของแก๊สผม- ส่วนประกอบของส่วนผสม J/(kg K)
หลังจากแบ่งทั้งสองส่วนแล้ว(16)และ(17)เราได้รับสิ่งที่จำเป็น:
. (18)
จาก(18)จะเห็นได้ว่าความดันบางส่วนของส่วนประกอบของสารผสมสามารถคำนวณได้จากองค์ประกอบทางเคมี โดยความดันรวมที่ทราบของส่วนผสม pซม :
. (19)
ส่งงานที่ดีของคุณในฐานความรู้เป็นเรื่องง่าย ใช้แบบฟอร์มด้านล่าง
>นักศึกษา บัณฑิต นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ที่ใช้ฐานความรู้ในการศึกษาและการทำงานจะขอบคุณมาก
โพสต์เมื่อ http://www.allbest.ru/
บทนำ
วิศวกรรมความร้อนเป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาวิธีการได้รับ การแปลง การถ่ายโอน และการใช้ความร้อน ตลอดจนหลักการทำงานและคุณลักษณะการออกแบบของเครื่องจักรความร้อน เครื่องมือ และอุปกรณ์ต่างๆ ความร้อนถูกนำมาใช้ในทุกกิจกรรมของมนุษย์
เพื่อสร้างวิธีการใช้งานที่สมเหตุสมผลที่สุด เพื่อวิเคราะห์ประสิทธิภาพของกระบวนการทำงานของการติดตั้งระบายความร้อน และเพื่อสร้างหน่วยระบายความร้อนประเภทใหม่ที่ทันสมัยที่สุด จำเป็นต้องพัฒนาพื้นฐานทางทฤษฎีของวิศวกรรมอุณหภาพ การใช้ความร้อนมีสองด้านที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน - พลังงานและเทคโนโลยี
ในระหว่างการใช้พลังงาน ความร้อนจะถูกแปลงเป็นงานเชิงกลด้วยความช่วยเหลือของพลังงานไฟฟ้าที่ถูกสร้างขึ้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สะดวกสำหรับการส่งผ่านระยะไกล ในกรณีนี้ ความร้อนได้มาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงในโรงต้มน้ำหรือโดยตรงในเครื่องยนต์สันดาปภายใน
ในทางเทคโนโลยี - ความร้อนถูกใช้เพื่อเปลี่ยนทิศทางคุณสมบัติของวัตถุต่างๆ (การหลอม การแข็งตัว การเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง คุณสมบัติทางกล กายภาพ เคมี) ปริมาณพลังงานที่ผลิตและบริโภคมีมากมายมหาศาล
วิศวกรรมความร้อนเป็นวินัยทางเทคนิคทั่วไปในการฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญเฉพาะทางด้านเทคนิคและประกอบด้วยสามวิชาที่เกี่ยวข้องกัน: อุณหพลศาสตร์ทางเทคนิค รากฐานของทฤษฎีการถ่ายเทความร้อน ซึ่งศึกษากฎของการเปลี่ยนแปลงและคุณสมบัติของพลังงานความร้อนและกระบวนการของความร้อน การขยายพันธุ์.
วัตถุประสงค์ของหลักสูตรวิศวกรรมความร้อนคือการเตรียมวิศวกรเคมี - นักเทคโนโลยีที่มีทักษะในการจัดการการออกแบบและการดำเนินงานของการผลิตสารเคมีที่ทันสมัยซึ่งเป็นการผสมผสานระหว่างกระบวนการทางเทคโนโลยีและความร้อนและอุปกรณ์เทคโนโลยีและพลังงานความร้อนที่สอดคล้องกัน การฝึกอบรมนี้จะนำไปสู่การบรรลุผลสำเร็จของงานข้างต้นโดยผู้สำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัยวิศวกรรมเคมี ความสำคัญของการฝึกอบรมดังกล่าวจะเพิ่มขึ้นเมื่อพลังงานปรมาณู เทอร์โมนิวเคลียร์ และพลังงานหมุนเวียนรวมอยู่ในพลังงานที่มีนัยสำคัญและมีประสิทธิภาพจำนวนมาก เนื่องจากตามสำนวนที่รู้จักกันดี ไม่มีค่าใช้จ่ายด้านพลังงานประเภทใดมากเท่ากับการขาด
กังหันก๊าซพาก๊าซบางส่วน
คำถามเชิงทฤษฎี #1
แนวคิดของส่วนผสมของแก๊ส ความดันบางส่วน. กฎของดาลตัน ปริมาณบางส่วน กฎของ Amag วิธีการตั้งส่วนผสมของแก๊ส อันตรายจากไฟไหม้ของสารผสมกับอากาศที่ติดไฟได้
ส่วนผสมของแก๊สคือส่วนผสมของแก๊สในอุดมคติหลายชนิดที่ไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีระหว่างกัน ตัวอย่างของส่วนผสมของก๊าซ ได้แก่ อากาศในชั้นบรรยากาศซึ่งประกอบด้วยของผสมของไนโตรเจนและออกซิเจนเป็นส่วนใหญ่ ก๊าซธรรมชาติ; ก๊าซไอเสียของเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICE) ซึ่งประกอบด้วย CO 2 , CO , N 2 , NO 2 , O 2 และก๊าซอื่นๆ อากาศชื้น (ไอน้ำ) ในโรงงานอบแห้ง เป็นต้น
หลักการสำคัญที่กำหนดคุณสมบัติของส่วนผสมของก๊าซคือหลักการของความเป็นอิสระของการกระทำของก๊าซในส่วนผสม นั่นคือ ก๊าซแต่ละชนิดในส่วนผสมทำหน้าที่เป็นอิสระจากก๊าซอื่น ไม่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติและเป็นไปตามกฎของก๊าซทั้งหมด นอกจากนี้ ก๊าซแต่ละชนิดจะมีปริมาตรทั้งหมดของส่วนผสมและก๊าซทั้งหมดในส่วนผสมจะมีอุณหภูมิเท่ากัน และคุณสมบัติของส่วนผสมของก๊าซจะเป็นผลรวมของคุณสมบัติของส่วนประกอบทั้งหมด
จากนี้ไปส่วนผสมของแก๊สจะเป็นไปตามกฎและสมการเดียวกันกับแก๊สในอุดมคติที่เป็นเนื้อเดียวกัน กฎหลักที่กำหนดพฤติกรรมของส่วนผสมของแก๊สคือกฎของดาลตัน: ความดันรวมของส่วนผสมของแก๊สของแก๊สในอุดมคติเท่ากับผลรวมของความดันบางส่วนของส่วนประกอบทั้งหมด:
ร ซม= หน้า 1 + หน้า 2 + ... + หน้า น =
โดยที่ P cm คือความดันของส่วนผสมของก๊าซ Р 1 , Р 2 , Р n - แรงกดดันบางส่วนของส่วนประกอบของส่วนผสม
ส่วนประกอบแต่ละส่วนของส่วนผสมซึ่งครอบครองปริมาตรทั้งหมดของส่วนผสมนั้นอยู่ภายใต้แรงกดดันบางส่วน แต่ถ้าส่วนประกอบนี้อยู่ภายใต้ความดัน P ซม. ที่อุณหภูมิเดียวกันของส่วนผสม T ซม. จากนั้นจะมีปริมาตรที่เล็กกว่า (V i) กว่าปริมาตรของส่วนผสม V ซม.) ปริมาณ Vi นี้เรียกว่าลดลงหรือบางส่วน
ความดันบางส่วนคำนวณจากสมการสถานะสำหรับส่วนประกอบนี้:
เพราะเหตุนี้, .
ในการเปรียบเทียบก๊าซที่รวมอยู่ในส่วนผสมตามปริมาตร แนวคิดของปริมาตรบางส่วนจะถูกนำมาใช้
ปริมาตรบางส่วน (ลดลง) ของส่วนประกอบที่กำหนดคือปริมาตรตามเงื่อนไขที่ส่วนประกอบนี้จะมีหากอยู่คนเดียวที่อุณหภูมิและความดันของส่วนผสม ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรของส่วนผสมของก๊าซกับปริมาตรบางส่วนของก๊าซแต่ละชนิดในส่วนผสมนั้นสะท้อนถึงกฎ Amag (กฎการเติมแต่ง): ปริมาตรรวมของส่วนผสมของก๊าซเท่ากับผลรวมของปริมาตรบางส่วนของส่วนประกอบ:
วี ซม= วี 1 + วี 2 +...+ วี น = .
ในการคำนวณปริมาตรบางส่วน เราเขียนสมการสถานะสองสมการสำหรับก๊าซใดๆ ที่รวมอยู่ในส่วนผสม:
ครั้งแรกคือเมื่อก๊าซมีความดันบางส่วน ร 1 ตรงบริเวณปริมาตรทั้งหมดของส่วนผสม วี ซมมีอุณหภูมิของส่วนผสม ต ซม:
ร 1 วี ซม= ม 1 ร 1 ต ซม.;
ครั้งที่สอง - เมื่อก๊าซมีปริมาตรลดลง V i ที่ความดัน P ซม. และอุณหภูมิผสม T ซม.:
ร ซมวี 1 = ม 1 ร 1 ต ซม.
การหารสมการแรกด้วยสมการที่สอง เราได้สมการสถานะส่วนประกอบ
โดยที่ R cm และ V cm - ความดันและปริมาตรของส่วนผสม P i และ V i - ความดันและปริมาตรของส่วนประกอบ i
จากที่นี่เราจะแสดงปริมาตรบางส่วนของส่วนประกอบ:
คุณสมบัติของส่วนผสมของแก๊สขึ้นอยู่กับส่วนประกอบ ซึ่งสามารถระบุได้ด้วยมวล ปริมาตร และเศษส่วนของโมล
เศษส่วนมวลส่วนประกอบของส่วนผสม g i คือค่าที่เท่ากับอัตราส่วนของมวลของส่วนประกอบต่อมวลของส่วนผสมทั้งหมด:
โดยที่ m i คือมวลของส่วนประกอบนี้ m cm คือมวลของส่วนผสมทั้งหมดที่มีส่วนประกอบ n ตัว
เนื่องจากมวลของส่วนผสม m เท่ากับผลรวมของมวลของส่วนประกอบทั้งหมด:
แล้วผลรวมของเศษส่วนมวลจะเท่ากับ:
เมื่อรู้เศษส่วนมวลของก๊าซแต่ละชนิดที่รวมอยู่ในส่วนผสม จะสามารถกำหนดความดันย่อยได้
เพราะเหตุนี้
เศษส่วนมวลมักจะกำหนดเป็นเปอร์เซ็นต์ ตัวอย่างเช่น สำหรับอากาศแห้ง: g (N 2) \u003d 77%; g(O 2) = 23%
เศษส่วนปริมาตรส่วนประกอบของส่วนผสม r i คือค่าที่เท่ากับอัตราส่วนของปริมาตรบางส่วนของส่วนประกอบต่อปริมาตรของส่วนผสม:
ที่ไหน วี ผม- ปริมาณบางส่วนของส่วนประกอบที่กำหนด วี ซมคือปริมาตรของส่วนผสมทั้งหมด
เนื่องจากปริมาตรของส่วนผสมเท่ากับผลรวมของปริมาตรบางส่วนของส่วนประกอบ ผลรวมของเศษส่วนตามปริมาตรคือ:
เศษส่วนของปริมาตรจะได้รับเป็นเปอร์เซ็นต์ ตัวอย่างเช่น สำหรับอากาศ: r (N 2) \u003d 79%; r(O 2) = 21%
เศษส่วนโมลส่วนประกอบของส่วนผสม x i คือค่าเท่ากับอัตราส่วนของจำนวนโมลของส่วนประกอบนี้ต่อจำนวนโมลทั้งหมดของส่วนผสม:
เนื่องจากจำนวนโมลทั้งหมดของส่วนผสมเท่ากับผลรวมของจำนวนโมลของแต่ละส่วนประกอบ จึงเห็นได้ชัดว่า:
ตามกฎของอาโวกาโดร ปริมาตรของโมลของแก๊สใดๆ ที่ความดันและอุณหภูมิเดียวกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิและความดันของของผสม จะเท่ากันในสถานะแก๊สอุดมคติ ดังนั้น ปริมาตรที่ลดลงของส่วนประกอบใดๆ จึงสามารถคำนวณเป็นผลคูณของปริมาตรของโมลได้ วี มตามจำนวนโมลของส่วนประกอบนี้คือ วี ผม = วี มเอ็น, และปริมาตรของส่วนผสมเป็นไปตามสูตร วี = วี มเอ็น.
ดังนั้นงานของก๊าซที่รวมอยู่ในส่วนผสมโดยเศษส่วนโมลจึงเท่ากับงานโดยเศษส่วนของปริมาตร
อัตราส่วนระหว่างมวลและเศษส่วนโมลหาได้จากสมการ
เป็นผลให้เรามีความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้:
ในสมการผลลัพธ์ ม ซม- น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ย (ชัดเจน) ของส่วนผสมของก๊าซที่กำหนด เช่น น้ำหนักโมเลกุลของก๊าซที่เป็นเนื้อเดียวกันแบบมีเงื่อนไข ซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายคลึงกันกับส่วนผสมของก๊าซที่กำหนด
ตามนี้ค่า ม ซมโดยพิจารณาจากส่วนประกอบของส่วนผสมดังนี้
เนื่องจากอัตราส่วน:
การเพิ่มการพึ่งพาสำหรับขนาด ช ผมสำหรับส่วนประกอบทั้งหมดของส่วนผสมของก๊าซ เรามี:
หลังจากการแปลง เราได้รับ:
สมการของสถานะสำหรับส่วนผสมของก๊าซสามารถพิจารณาได้ตามข้อพิจารณาต่อไปนี้ เป็นไปตามหลักการของความเป็นอิสระที่ว่าหากก๊าซแต่ละชนิดในของผสมเป็นไปตามสมการของสถานะอย่างอิสระ ส่วนผสมทั้งหมดสามารถถูกพิจารณาว่าเป็นก๊าซที่เป็นเนื้อเดียวกันที่มีคุณสมบัติพิเศษของตัวเอง ซึ่งเป็นไปตามสมการของสถานะเช่นกัน เช่น
ที่ไหน ร ซม- ค่าคงที่ของก๊าซปรากฏเฉลี่ยของสารผสม ซึ่งพิจารณาจากน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยของสารผสม:
ค่า ร ซมนอกจากนี้ยังสามารถพบได้จากองค์ประกอบของส่วนผสมหลังจากแทนที่การพึ่งพาสำหรับ ม ซม:
เมื่อรวมองค์ประกอบทั้งหมดแล้ว เราได้รับ:
ผลรวมทางด้านซ้ายของสมการจะเท่ากับปริมาตรของส่วนผสม หารทั้งสองข้างของสมการด้วยมวลของส่วนผสม มเราได้รับ
ผลรวมทางด้านขวาของสมการคือค่าคงที่ของแก๊สของส่วนผสม:
ก๊าซและไอระเหยบางชนิดในส่วนผสมบางอย่างกับอากาศจะระเบิดได้ อันตรายจากไฟไหม้ของสารผสมก๊าซถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของก๊าซ ไอระเหย หรือฝุ่นที่ติดไฟได้ในสารผสม ที่ขีดจำกัดความเข้มข้นต่ำกว่าของการจุดระเบิด (LEL) จะมีเชื้อเพลิงจำนวนเล็กน้อยและอากาศส่วนเกินในส่วนผสม เมื่อความเข้มข้นของเชื้อเพลิงในส่วนผสมเพิ่มขึ้น อากาศก็จะขาด ซึ่งนำไปสู่การสูญเสียความสามารถในการจุดระเบิด
การระเบิดของสารผสมสามารถเกิดขึ้นได้ในอัตราส่วนที่แน่นอนของก๊าซที่ติดไฟได้ซึ่งรวมอยู่ในส่วนผสมกับอากาศหรือออกซิเจน โดยกำหนดขีดจำกัดล่างและบนของการระเบิด เมื่อเลือกองค์ประกอบของส่วนผสม จะคำนึงถึงขีดจำกัดการระเบิดด้วย ตัวอย่างเช่น ส่วนผสมของมีเทน-อากาศสามารถระเบิดได้ที่เนื้อหา 5.3 - 14.9% CH 4 และส่วนผสมของแอมโมเนีย-อากาศสามารถระเบิดได้ที่เนื้อหา 14.0 - 27% NH 3 ดังนั้น ส่วนผสมของก๊าซที่ใช้ในการผลิตซึ่งประกอบด้วย 12--13% CH 4 และ 11--12% MH 3 จึงป้องกันการระเบิดในอากาศ อย่างไรก็ตามส่วนผสมเริ่มต้นดังกล่าวใกล้เคียงกับขีด จำกัด การระเบิดและเพื่อป้องกันการละเมิดองค์ประกอบที่เป็นไปได้จึงมีการควบคุมอัตราส่วนของก๊าซโดยอัตโนมัติ เพื่อความปลอดภัยอย่างสมบูรณ์ ไนโตรเจนจะถูกเติมลงในส่วนผสมเริ่มต้น
คำถามเชิงทฤษฎี #2
วัฏจักรของกังหันก๊าซ
โรงงานกังหันก๊าซ (GTUs) เป็นอุปกรณ์พลังงานความร้อนซึ่งผลิตภัณฑ์ก๊าซของการเผาไหม้เชื้อเพลิง (หรือก๊าซอื่น ๆ ที่ได้รับความร้อนไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง) ทำหน้าที่เป็นสารทำงาน และเครื่องยนต์ทำงานคือกังหันก๊าซ GTU เป็นหนึ่งในเครื่องยนต์สันดาปภายใน พวกมันแตกต่างจากเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบตรงที่งานที่เป็นประโยชน์นั้นเสร็จสิ้นเนื่องจากพลังงานจลน์ของก๊าซที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง
เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ลูกสูบ หน่วยกังหันก๊าซมีข้อได้เปรียบทางเทคนิคและเศรษฐกิจหลายประการ กล่าวคือ:
น้ำหนักน้อยลงและขนาดที่เล็กของการติดตั้งด้วยพลังงานสูง
การไม่มีกลไกข้อเหวี่ยง
ความสม่ำเสมอของหลักสูตรและความเป็นไปได้ของการเชื่อมต่อโดยตรงกับผู้ใช้งาน - เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยง ฯลฯ
ง่ายต่อการบำรุงรักษา
การดำเนินการของวัฏจักรที่มีการขยายตัวอย่างเต็มที่และด้วยเหตุนี้จึงมีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูง
ความเป็นไปได้ของการใช้เชื้อเพลิงราคาถูก (น้ำมันก๊าด)
ข้อได้เปรียบเหล่านี้ของกังหันแก๊สมีส่วนทำให้เทคโนโลยีกระจายไปในหลายด้าน
การออกแบบกังหันก๊าซเครื่องแรกได้รับการพัฒนาโดย P.D. Kuzminsky ในปี 1897 มีไว้สำหรับเรือลำเล็ก คุณลักษณะที่โดดเด่นของกังหันนี้คือการทำงานกับไอน้ำซึ่งถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้เพื่อลดอุณหภูมิของก๊าซที่อยู่ด้านหน้าของกังหัน
การกระจายกังหันก๊าซในวงกว้างเป็นไปได้หลังจากแก้ปัญหาหลักสองประการเท่านั้น: การสร้างเครื่องอัดก๊าซที่มีประสิทธิภาพสูง (เครื่องอัดอากาศแบบเทอร์โบ) และการผลิตโลหะผสมทนความร้อนใหม่ที่สามารถทำงานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิ 650–750 °C ขึ้นไป
การทำงานของกังหันแก๊สขึ้นอยู่กับวัฏจักรในอุดมคติซึ่งประกอบด้วยกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่ง่ายที่สุด การศึกษาทางอุณหพลศาสตร์ของวัฏจักรเหล่านี้ตั้งอยู่บนสมมติฐานที่คล้ายกับวัฏจักร ICE กล่าวคือ วัฏจักรสามารถย้อนกลับได้ ความร้อนถูกจ่ายโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของสารทำงานของวัฏจักร การกำจัดความร้อนจะถือว่าผันกลับได้ ไม่มีไฮดรอลิก และการสูญเสียความร้อน สารทำงานเป็นก๊าซในอุดมคติที่มีความจุความร้อนคงที่ ซึ่งแตกต่างจากเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบซึ่งกระบวนการบีบอัด การจ่ายความร้อน และการขยายตัวจะดำเนินการในกระบอกสูบเดียวกัน ในการติดตั้งกังหันแก๊ส กระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นในองค์ประกอบต่างๆ ของการติดตั้ง ซึ่งการไหลของของไหลทำงานจะไหลเข้าตามลำดับ กังหันแก๊สสามารถทำงานด้วยการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ความดันคงที่และปริมาตรคงที่ วัฏจักรในอุดมคติที่สอดคล้องกันนั้นแบ่งออกเป็นวัฏจักร:
ด้วยการจ่ายความร้อนที่ความดันคงที่ ( P = คงที่) เป็นวัฏจักรเบรย์ตัน
ด้วยการจ่ายความร้อนที่ปริมาตรคงที่ ( โวลต์ = const) -- วงจรฮัมฟรีย์;.
วงจรการกู้คืนความร้อน
วัฏจักรที่มีการจ่ายความร้อนที่ความดันคงที่ได้รับการใช้งานจริงมากที่สุด
หน้า= คอสต์(รอบไบรท์ตัน)
แผนผังของโรงงานกังหันก๊าซซึ่งการเผาไหม้เชื้อเพลิงเกิดขึ้นที่ความดันคงที่แสดงในรูปที่ 1 และวัฏจักรที่ย้อนกลับได้แสดงใน pv และ Ts - แผนภาพในรูปที่ 1.1 ในการติดตั้งนี้ อากาศในบรรยากาศจากสิ่งแวดล้อมซึ่งมีความดัน p 1 และอุณหภูมิ T 1 เข้าสู่ทางเข้าของคอมเพรสเซอร์ (1) หมุนบนเพลาเดียวกับกังหันก๊าซ (4) อากาศถูกบีบอัดแบบอะเดียแบติกในคอมเพรสเซอร์ 1-2 ) ถึงความดัน p 2 ซึ่งถูกป้อนเข้าไปในห้องเผาไหม้ (3) ซึ่งเชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซหรือของเหลวเข้ามา ที่ความดันคงที่ การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงจะเกิดขึ้นที่ พี=ไอดี (2-3 ) อันเป็นผลให้อุณหภูมิของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่เป็นก๊าซเพิ่มขึ้นเป็นค่า T 3 . ที่อุณหภูมิและความดัน p 3 = p 2 ก๊าซจะเข้าสู่กังหัน (4) โดยที่การขยายตัวของอะเดียแบติก ( 3-4 ) ถึงความดันบรรยากาศ p 1 ทำงานส่วนหนึ่งใช้ไปกับไดรฟ์คอมเพรสเซอร์และอีกส่วนหนึ่งใช้กับไดรฟ์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้า จากกังหัน (4) ก๊าซที่ความดัน p 4 = p 1 จะถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศโดยรอบ ( 4-1 ) และอากาศสะอาดใหม่จะถูกนำเข้าสู่คอมเพรสเซอร์จากชั้นบรรยากาศ
ต่อไปนี้ได้รับการยอมรับเป็นพารามิเตอร์ที่กำหนดของวัฏจักรในอุดมคติ:
อัตราส่วนความดันอากาศ หรือ (อัตราส่วนกำลังอัด) ;
ระดับของการขยายตัวก่อน
ตัวบ่งชี้ทางอุณหพลศาสตร์หลักของประสิทธิภาพของวัฏจักรคือประสิทธิภาพเชิงความร้อน
และปริมาณความร้อนออก - ตามสูตร
จากนั้นประสิทธิภาพเชิงความร้อนของวัฏจักร
โดยปกติจะแสดงเป็นฟังก์ชันของระดับความดันที่เพิ่มขึ้น y สำหรับ adiabat 1 - 2 เรามี:
สำหรับไอโซบาร์ 2 - 3
สำหรับอะเดียแบติก 3 - 4
แทนค่าอุณหภูมิที่ได้รับ T 2 , T 3 และ T 4 ลงในสมการประสิทธิภาพเชิงความร้อน
จากสูตรที่ว่าประสิทธิภาพเชิงความร้อนของ GTP ที่มีการจ่ายความร้อนที่ความดันคงที่ขึ้นอยู่กับระดับของความดันที่เพิ่มขึ้น y และดัชนีอะเดียแบติก k ซึ่งเพิ่มขึ้นตามค่าเหล่านี้
ขึ้นอยู่กับการพึ่งพา
ดังนั้นสำหรับของไหลในการทำงานเดียวกัน ระดับจะเพิ่มขึ้น
การบีบอัดนำไปสู่การเพิ่มประสิทธิภาพเสมอ
งานวงจร:
แม้ว่าความจริงที่ว่าการเพิ่มขึ้นของระดับความกดอากาศจะส่งผลดีต่อประสิทธิภาพของโรงงานกังหันก๊าซ แต่การเพิ่มขึ้นของค่านี้ทำให้อุณหภูมิของก๊าซเพิ่มขึ้นที่ด้านหน้าของใบพัดกังหัน ค่าของอุณหภูมินี้ถูกจำกัดโดยความต้านทานความร้อนของโลหะผสมที่ใช้ทำใบมีด ปัจจุบัน อุณหภูมิก๊าซสูงสุดที่อนุญาตที่หน้ากังหันคือ 800 - 1,000 ° C และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสามารถทำได้ด้วยการใช้วัสดุทนความร้อนชนิดใหม่เท่านั้น และการออกแบบกังหันด้วยใบพัดระบายความร้อน
โครงการและวงจรของ GTU พร้อมแหล่งจ่ายความร้อนที่วี= คอสต์ (วงจรฮัมฟรีย์)
ในโรงงานกังหันแก๊สที่ทำงานเป็นวัฏจักรโดยมีอินพุตความร้อนที่ปริมาตรคงที่ (V=const) กระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิงจะเกิดขึ้นกับวาล์วทางเข้าและทางออกแบบปิดที่ติดตั้งไว้ในห้องเผาไหม้ คอมเพรสเซอร์ 1 ซึ่งขับเคลื่อนโดยกังหัน 6 จ่ายอากาศอัดไปยังห้องเผาไหม้ 4 ผ่านวาล์วควบคุม 7 วาล์วที่สอง 5 ตั้งอยู่ที่ส่วนท้ายของห้องเผาไหม้และได้รับการออกแบบเพื่อออกจากผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ไปยังกังหัน เชื้อเพลิงถูกส่งไปยังห้องเผาไหม้โดยปั๊ม 2 ซึ่งอยู่บนเพลากังหันผ่านหัวฉีด การจ่ายเชื้อเพลิงจะต้องดำเนินการเป็นระยะ ๆ โดยวาล์วเชื้อเพลิง 3
เมื่อความดันเพิ่มขึ้น วาล์ว 5 จะเปิดขึ้น และผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะเข้าสู่อุปกรณ์หัวฉีดและไปยังใบพัดกังหัน 6 เมื่อผ่านใบพัดกังหัน ก๊าซจะทำงานและถูกปล่อยสู่สิ่งแวดล้อม
วัฏจักรของโรงงานนี้ประกอบด้วยการอัดอะเดียแบติกในคอมเพรสเซอร์ ( เครื่องปรับอากาศ); แหล่งจ่ายความร้อนที่ โวลต์= คอสต์(ซีซี); การขยายตัวแบบอะเดียแบติกของก๊าซในกังหัน ( Z-อี); การถ่ายเทความร้อนแบบไอโซบาริกโดยก๊าซสู่อากาศโดยรอบ ( เอ่อ-ฮะ). วัฏจักรอุณหพลศาสตร์ในพิกัด pv และ Ts แสดงในรูปที่ 2.1 พารามิเตอร์หลักของวัฏจักรคือ:
ระดับความดันที่เพิ่มขึ้นในคอมเพรสเซอร์
ระดับความดันไอโซโคริกเพิ่มขึ้น
ประสิทธิภาพของวัฏจักรกังหันก๊าซที่มีการป้อนความร้อนที่ปริมาตรคงที่ถูกกำหนดเป็น:
พารามิเตอร์ของก๊าซที่จุดคุณลักษณะของวัฏจักรถูกกำหนดผ่านอุณหภูมิเริ่มต้น Ta จากความสัมพันธ์:
แทนที่นิพจน์เหล่านี้สำหรับอุณหภูมิในสูตรประสิทธิภาพเชิงความร้อน เราได้รับ:
ดังนั้นค่าประสิทธิภาพในกังหันก๊าซที่มีการป้อนความร้อนที่ปริมาตรคงที่จึงขึ้นอยู่กับระดับความดันที่เพิ่มขึ้นในคอมเพรสเซอร์และระดับความดันที่เพิ่มขึ้นในห้องเผาไหม้ซึ่งขึ้นอยู่กับปริมาณความร้อนที่จ่าย ( ถาม 1 ) ในกระบวนการไอโซโคริก
งานเฉพาะต่อรอบถูกกำหนดโดย:
การเปรียบเทียบระหว่างรอบที่มีการจ่ายความร้อนที่ p=constและ โวลต์= คอสต์จะเห็น สำหรับการเพิ่มความดันในระดับเดียวกันและปริมาณความร้อนที่เท่ากันออก วัฏจักรที่มีการป้อนความร้อนที่ปริมาตรคงที่จะให้ผลกำไรมากกว่าวัฏจักรที่มีการป้อนความร้อนที่ความดันคงที่ นี่เป็นเพราะระดับการขยายตัวที่มากขึ้นในวัฏจักร โวลต์ = คงที่และด้วยเหตุนี้จึงมีค่าประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูง แม้จะมีข้อได้เปรียบนี้ แต่วัฏจักรที่มีการจ่ายความร้อนที่ปริมาตรคงที่นั้นไม่พบการใช้งานที่กว้างขวางในทางปฏิบัติเนื่องจากความซับซ้อนของการออกแบบห้องเผาไหม้และการเสื่อมสภาพของกังหันในการไหลของก๊าซที่เต้นเป็นจังหวะ แม้ว่างานเพื่อปรับปรุงวงจรนี้จะดำเนินต่อไป .
เนื่องจากการออกแบบที่ซับซ้อนของห้องเผาไหม้ วัฏจักรของเทอร์ไบน์ก๊าซที่มีการจ่ายความร้อนแบบไอโซโคริกจึงไม่ค่อยได้ใช้มากนัก แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับวัฏจักรเบรย์ตันก็ตาม
วัฏจักรกังหันแก๊สพร้อมการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่
หนึ่งในมาตรการในการปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อนของกังหันก๊าซคือการใช้การนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ การกู้คืนความร้อนคือการใช้ความร้อนของไอเสียเพื่อให้ความร้อนแก่อากาศที่เข้าสู่ห้องเผาไหม้ สามารถนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ได้โดยมีเงื่อนไขว่า T 4 >T 2 . ในการทำเช่นนี้จะมีการแนะนำอุปกรณ์เพิ่มเติมซึ่งเป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อนในโครงการติดตั้ง
แผนผังของโรงงานกังหันก๊าซที่มีการเผาไหม้ที่ P = const พร้อมการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่แสดงในรูปที่ 3 ความแตกต่างระหว่างโรงงานกังหันก๊าซที่นำความร้อนกลับมาใช้ใหม่กับโรงงานที่ไม่มีการฟื้นฟู คือ อากาศอัดจะไม่เข้าสู่คอมเพรสเซอร์ 1 ทันทีในห้องเผาไหม้ 4 แต่ก่อนอื่นผ่านเครื่องกำเนิดอากาศ - เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน 3 ซึ่งความร้อนของก๊าซไอเสียจะถูกทำให้ร้อน ดังนั้น ก๊าซที่ออกจากกังหันจะผ่านเครื่องกำเนิดอากาศใหม่ก่อนที่จะปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งจะถูกทำให้เย็นลง และให้ความร้อนแก่อากาศอัด ดังนั้น ความร้อนส่วนหนึ่งซึ่งก่อนหน้านี้ถูกพัดพาไปโดยก๊าซไอเสียสู่ชั้นบรรยากาศ บัดนี้จึงถูกนำมาใช้อย่างเป็นประโยชน์
วัฏจักรของโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซที่มีการงอกใหม่และการจ่ายความร้อนแบบไอโซบาริกในไดอะแกรม P,v - และ T,s - แสดงในรูปที่ 1
ข้าว. 1 แผนภาพความร้อนของกังหันก๊าซพร้อมการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่
วัฏจักรที่พิจารณาประกอบด้วยกระบวนการอะเดียแบติกของการอัดอากาศในคอมเพรสเซอร์ 1 - 2, กระบวนการ 2 - 5 ซึ่งเป็นการให้ความร้อนของอากาศแบบไอโซบาริกในเครื่องกำเนิดใหม่, กระบวนการไอโซบาริก 5 - 3 ซึ่งสอดคล้องกับการจ่ายความร้อนในห้องเผาไหม้ เนื่องจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง กระบวนการขยายตัวของก๊าซอะเดียแบติก 3 - 4 ในกังหัน การระบายความร้อนด้วยไอโซบาริกของก๊าซไอเสียในเครื่องกำเนิดใหม่ 4 - 1
ปริมาณความร้อนที่จ่ายให้กับของไหลทำงานในกระบวนการไอโซบาริก
และนำออกด้วยกระบวนการไอโซบาริก
การแทนที่ q 1 และ |q 2 | ต่ออัตราส่วนทั่วไป
เราจะได้รับ.
อุณหภูมิที่จุดหลักของวงจรถูกกำหนดโดย:
ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของวัฏจักรกังหันก๊าซที่มีการจ่ายความร้อนที่ R = คงที่และการฟื้นฟูที่สมบูรณ์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเริ่มต้น T 1 และอุณหภูมิที่สิ้นสุดของการขยายตัวของอะเดียแบติก T 4 .
ในสภาพจริง ความร้อนของการสร้างใหม่จะไม่ถ่ายเทอย่างสมบูรณ์ เนื่องจากตัวแลกเปลี่ยนความร้อนไม่เหมาะ ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของวัฏจักรจะขึ้นอยู่กับระดับของการฟื้นฟู ระดับของการฟื้นฟูคืออัตราส่วนของปริมาณความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังอากาศที่ได้รับจากอากาศอัดในเครื่องกำเนิดใหม่ต่อปริมาณความร้อนที่สามารถรับได้หากได้รับความร้อนจาก T 2 ถึง T 5 \u003d T 4 ที่ทางออกของ กังหันก๊าซ
ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของวัฏจักรกังหันก๊าซที่มีการงอกใหม่ไม่สมบูรณ์ เช่น ที่ ร<1, определяется следующим образом
ระดับของการฟื้นฟูจะพิจารณาจากคุณภาพและพื้นที่ของพื้นผิวการทำงานของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน (ตัวสร้างใหม่)
ปัจจุบันกังหันก๊าซดังกล่าวถูกนำมาใช้ในการติดตั้งแบบอยู่กับที่เนื่องจากน้ำหนักและขนาดของเครื่องกำเนิดใหม่เช่นโรงไฟฟ้าในเรือ
งาน #1
กำหนดองค์ประกอบปริมาตร, น้ำหนักโมเลกุล, ค่าคงที่ของก๊าซและปริมาตรของส่วนผสมหากองค์ประกอบมวลเป็นดังนี้: โพรเพน - 48.7%, บิวเทน - 16.8%, เฮกเซน - 14.6%, เอทิลีน - 4.7% , ไนโตรเจน - 15.2% ความดันของส่วนผสมคือ 3 บาร์ มวลและอุณหภูมิของส่วนผสมเท่ากันตามลำดับ
|
น้ำหนัก (กิโลกรัม |
อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส |
|
|
ค 4 ชั่วโมง 10 \u003d 16.8% ค 6 ชั่วโมง 14 \u003d 14.6% ค 2 ชั่วโมง 4 \u003d 4.7% P cm = 3 บาร์ เสื้อ cm = 17 0 С |
g ฉัน (C 3 H 8) \u003d 0.487 g ผม (C 4 H 10) \u003d 0.168 g ผม (C 6 H 14) \u003d 0.146 g ผม (C 2 H 4) \u003d 0.047 g ผม (N 2) \u003d 0.152 R ซม. \u003d 3 10 5 ป่า |
ค้นหา: ฉัน - ?, M cm - ?,
R ซม. - ?, V ซม. - ?
1. จากข้อมูลอ้างอิง เราจะกำหนดน้ำหนักโมเลกุลของส่วนประกอบ:
M (C 3 H 8) \u003d 44 กก. / กม.;
M (C 4 H 10) \u003d 58 กก. / กม.;
M (C 6 H 14) = 86 กก. / กม.;
M (C 2 H 4) \u003d 28 กก. / กม.;
M (N 2) \u003d 28 กก. / กม.
2. คำนวณค่าคงที่ของก๊าซโดยใช้ค่าคงที่ของก๊าซสากล R = 8.314 kJ/kmol K:
R(C 3 H 8) = = 0.18895 กิโลจูล/กก. K = 188.9 J/กก. K;
R(C 4 H 10) = = 0.1433 กิโลจูล/กก. K = 143.3 J/กก. K;
R (C 6 H 14) \u003d \u003d 0.09667 kJ / kg K \u003d 96.7 J / kg K;
R (C 2 H 4) \u003d \u003d 0.2969 kJ / kg K \u003d 296.9 J / kg K;
R (N 2) \u003d \u003d 0.2969 kJ / kg K \u003d 296.9 J / kg K.
3. กำหนดค่าคงที่ของก๊าซของส่วนผสม:
ร ซม= ?(ช ผม ร ผม)
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/กก.
4. กำหนดปริมาตรเศษส่วนของส่วนประกอบที่รวมอยู่ในส่วนผสม:
โดยที่ R cm คือค่าคงที่ของแก๊สของส่วนผสม J/(kg K);
R i - ค่าคงที่ของก๊าซของแต่ละส่วนประกอบที่รวมอยู่ในส่วนผสม J/(kg·K)
5. คำนวณน้ำหนักโมเลกุลของส่วนผสม:
M ซม. \u003d 0.488 44 + 0.127 58 + 0.074 86 + 0.073 28 + 0.238 28 \u003d 21.47 + 7.37 + 6.36 + 2.04 + 6.66 \u003d 44 กก. / กม.
6. คำนวณปริมาตรของส่วนผสมของก๊าซโดยแสดงจากสมการ Claiperon:
รวี = ม ร ต,
ม.3/กก.
คำตอบ: ร(C 3 H 8) - 48.8%; r(C 4 H 10) -12.7%;
r(C 6 H 14) - 7.4%; M ซม. - 44 กก. / กม.
r(C 2 H 4) - 7.3%; R cm - 189.43 J / kg K.
r(N 2) - 23.8%; V ซม. - 1.648 ม. 3 / กก.
งาน #2
ส่วนผสมของก๊าซในเครื่องปฏิกรณ์มีองค์ประกอบเชิงปริมาตรดังต่อไปนี้: คาร์บอนมอนอกไซด์ = 14%, ไนโตรเจน = 6%, ออกซิเจน = 75%, ไอน้ำ = 5% ได้รับความร้อนจาก t1 ถึง t2 กำหนดปริมาณความร้อนที่จ่ายให้กับส่วนผสมของแก๊ส ขึ้นอยู่กับความจุความร้อนกับอุณหภูมิตามตัวเลือกของคุณ
|
คงที่ |
|
H 2 O ไอน้ำ \u003d 5% |
r(H 2 O) ไอน้ำ = 0.05 |
ค้นหา: Q - ?
1. ตามเงื่อนไขของปัญหาเป็นไปตามที่ความจุความร้อนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิคงที่นั่นคือไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ดังนั้นความจุความร้อนจะถูกกำหนดโดยสูตร:
โดยที่ C คือความจุความร้อนของก๊าซ kJ/kmol K;
M i - น้ำหนักโมเลกุลของส่วนประกอบ g/kmol
สำหรับก๊าซไดอะตอม (ไนโตรเจน ออกซิเจน) C โวลต์ = 20.93 กิโลจูลต่อกิโลโมล K สำหรับไอน้ำและก๊าซโพลิอะตอมมิกอื่นๆ C โวลต์ = 25 กิโลจูลต่อกิโลเมตร K.
คำนวณความจุความร้อนของส่วนประกอบ:
กิโลจูล/กิโลโมล K;
กิโลจูล/กิโลโมล K;
กิโลจูล/กิโลโมล K;
กิโลจูล/กิโลโมล เค
ให้เราคำนวณความจุความร้อนทั้งหมดของส่วนผสมของก๊าซ:
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. คำนวณปริมาณความร้อนที่ความจุความร้อนคงที่ตามสูตร:
ถาม = มค โวลต์(ต 2 - ต 1 )
ถาม= 4 0.7094 (1073 - 423) \u003d 2.8376 650 \u003d 1844.44 J.
คำตอบ: Q = 1844.44J
งาน #3
อากาศทำงานเป็นวงจรด้วยการจ่ายความร้อนแบบไอโซโคริก กำหนดพารามิเตอร์ของวัฏจักรที่จุดคุณลักษณะและการทำงานที่เป็นประโยชน์ของวัฏจักร หากมวลอากาศ ความดันเริ่มต้น อุณหภูมิเริ่มต้น อัตราส่วนกำลังอัด และปริมาณความร้อนที่จ่ายระหว่างการเผาไหม้เท่ากันตามลำดับ
|
หน้า 1 \u003d 9 10 3 ป่า |
ค้นหา: A = ?
วัฏจักรที่มีการจ่ายความร้อนแบบไอโซโคริก (วัฏจักรออตโต) ประกอบด้วยอะเดียบัตสองตัวและไอโซชอร์สองตัว ลักษณะของวัฏจักรคือ:
อัตราการบีบอัด - ;
ระดับความดันเพิ่มขึ้น - ;
ปริมาณของความร้อนที่จ่ายและเอาออกถูกกำหนดโดยสูตร:
การทำงานของวงจรถูกกำหนดโดย:
1. ให้เรากำหนดพารามิเตอร์ของรอบที่จุดคุณลักษณะ
ก) กำหนดพารามิเตอร์ที่จุดที่ 1
หน้า 1 \u003d 90 10 3 ป่า; T 1 = 298 K; M อากาศ \u003d 28.97 กก. / กม.
ค่าคงที่ของแก๊สในอากาศคือ
เราคำนวณปริมาตรเฉพาะของอากาศ V 1 โดยแสดงจากสมการ Claiperon:
b) กำหนดพารามิเตอร์ที่จุด 2
อัตราส่วนกำลังอัดคือ
ดังนั้น ม.3 / กก.
จากสมการอะเดียแบติก (กระบวนการ 1-2 - การบีบอัดอะเดียแบติก) เราจะแสดงอุณหภูมิ
โดยที่ k คือดัชนีอะเดียแบติก (สำหรับอากาศคือ 1.4)
ความดัน P 2 พบได้จากนิพจน์
c) กำหนดพารามิเตอร์ที่จุด 3
เนื่องจาก 2 - 3 เป็นไอโซชอร์ ดังนั้น V 3 \u003d V 2 \u003d 0.7125 m 3 / kg
อุณหภูมิที่จุด 3 ถูกกำหนดจากความสัมพันธ์
รับ Ms v \u003d 20.98 kJ / kg K, M (อากาศ) \u003d 28.97 kg / kmol เราได้
เพราะเหตุนี้,
ความดัน P 3 ถูกกำหนดจากความสัมพันธ์
d) กำหนดพารามิเตอร์ที่จุด 4
วี 4 = วี 1 \u003d 2.85 ม. 3 / กก.
จากที่นี่เราจะแสดงความกดดันที่จุดที่ 4
2. กำหนดงานที่เป็นประโยชน์ของวงจร
คำนวณปริมาณความร้อนที่ถูกกำจัด:
งานที่เป็นประโยชน์ในวงจรเท่ากับ
ตอบ: ล ค= 680.56 กิโลจูล
งาน #4
ค้นหาอัตราส่วนการอัดสูงสุดในรอบที่มีการจ่ายความร้อนแบบไอโซโคริก หากทราบว่าความดันเริ่มต้นคือ 100 kPa ดัชนีอะเดียแบติกคือ 1.3 และอุณหภูมิเริ่มต้นและอุณหภูมิที่จุดระเบิดได้เองของส่วนผสมที่ติดไฟได้คือ:
|
เสื้อ ตัวเอง \u003d 430 0 C |
หน้า 1 \u003d 10 10 3 ป่า |
เนื่องจากมีการจ่ายความร้อนแบบไอโซโคริก เราจึงสามารถแสดงระดับการบีบอัดได้จากสมการอะเดียแบติก:
ลองคำนวณอัตราส่วนการบีบอัด:
คำตอบ: อัตราส่วนกำลังอัด? สูงสุดในรอบที่มีการจ่ายความร้อนแบบไอโซโคริกเท่ากับ 26.9 ยิ่งอัตราส่วนกำลังอัดสูงเท่าใดประสิทธิภาพของรอบก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
งานหมายเลข 5
อากาศรั่วออกจากถัง ค้นหาค่าของความดันของตัวกลางที่ความเร็วทางทฤษฎีของการไหลออกของอะเดียแบติกจะเท่ากับค่าวิกฤตและค่าของความเร็วนี้หากความดันและอุณหภูมิเริ่มต้นตามลำดับเท่ากัน
|
หน้า 1 \u003d 5 10 6 ป่า |
ค้นหา: P 2 = ?
อากาศเป็นก๊าซไดอะตอม ดังนั้นค่าวิกฤตสำหรับอากาศคือ 0.528
จากอัตราส่วนที่เราแสดงและค้นหาความดันของตัวกลาง Р 2:
ให้เรากำหนดค่าและเปรียบเทียบกับค่าวิกฤติของอากาศ: 0.528 = 0.528
เนื่องจากการไหลของก๊าซอะเดียแบติกเกิดขึ้นที่ ? ใน cr ดังนั้นความเร็วการไหลของก๊าซตามทฤษฎีจะเท่ากับความเร็ววิกฤตและถูกกำหนดโดยสูตร
คำตอบ: P 2 \u003d 2.64 10 6 Pa; ว kr= 321 ม./วินาที
คำถามเชิงทฤษฎี #3
การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนภายใต้การเคลื่อนที่ของของไหลแบบบังคับ การถ่ายเทความร้อนระหว่างการบังคับการเคลื่อนที่ของของไหลผ่านช่องทาง
การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนเป็นกระบวนการร่วมกันของการพาความร้อนและการนำความร้อน เนื่องจากเมื่อของเหลวหรือก๊าซเคลื่อนที่ อนุภาคแต่ละชนิดที่มีอุณหภูมิต่างกันจะสัมผัสกันอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนระหว่างการไหลของของเหลวหรือก๊าซบนพื้นผิวของวัตถุที่เป็นของแข็ง เรียกว่า การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน ซึ่ง
มักมาพร้อมกับการแผ่รังสีความร้อน
ขึ้นอยู่กับสาเหตุที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของของไหล การเคลื่อนไหวสองประเภทมีความแตกต่าง: แบบอิสระ (การพาความร้อนตามธรรมชาติ) และแบบบังคับ (การพาความร้อนแบบบังคับ)
การเคลื่อนที่อย่างอิสระเกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของความหนาแน่นของอนุภาคของไหลที่ร้อนและเย็น ซึ่งทำให้เกิดแรงยกขึ้น อนุภาคของของไหลที่สัมผัสกับพื้นผิวที่ร้อนของร่างกายจะร้อนขึ้นและเบากว่าอนุภาคเย็นที่อยู่เหนือพวกมัน การจัดเรียงตัวของอนุภาคดังกล่าวไม่เสถียร: อนุภาคเย็นมีแนวโน้มที่จะลงมาและแทนที่อนุภาคความร้อนที่เบากว่า ซึ่งจะต้องเคลื่อนที่ขึ้นไปหาอนุภาคเย็นที่เคลื่อนลงมา มีการเคลื่อนไหวที่ไม่แน่นอนที่ซับซ้อนซึ่งกระแสน้ำขึ้นและลงจะชนกัน ยิ่งมีการถ่ายเทความร้อนมากเท่าไหร่ การเคลื่อนที่อิสระของของไหลก็จะยิ่งรุนแรงมากขึ้นเท่านั้น ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทจะแปรผันตามพื้นผิวของร่างกายและความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวที่ปล่อยความร้อน (หรือรับความร้อน) กับของเหลว ความแตกต่างของอุณหภูมิจะเป็นตัวกำหนดแรงยกของการเคลื่อนที่ และพื้นผิวจะเป็นตัวกำหนดโซนการกระจายของกระบวนการถ่ายเทความร้อน
การเคลื่อนที่แบบบังคับเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงที่กระทำต่อของเหลวจากภายนอก - โดยปั๊ม ลม พัดลม คอมเพรสเซอร์ อีเจ็คเตอร์ ฯลฯ ในกรณีนี้ ความแตกต่างของแรงดันของเหลวจะถูกสร้างขึ้นที่ทางเข้าและทางออกของช่อง ซึ่งของเหลวจะเคลื่อนที่ผ่าน แรงขับจะพิจารณาจากความแตกต่างของแรงดันเป็นหลัก ความเข้มของการถ่ายเทความร้อนระหว่างการเคลื่อนที่แบบบังคับของของเหลวขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ ชนิดและคุณสมบัติทางกายภาพของของเหลว อุณหภูมิ รูปร่างและขนาดของช่องที่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนเกิดขึ้น
ความเข้มของกระบวนการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนถูกจำกัดโดยกระบวนการนำความร้อนที่ขอบเขตของของเหลวที่มีพื้นผิวเป็นของแข็งและในชั้นขอบเขตที่เกี่ยวกับอนุภาคที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ของของเหลวที่อยู่ติดกับพื้นผิวของแข็ง ความเข้มของการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเพิ่มความเร็วของของไหลที่สัมพันธ์กับพื้นผิวของแข็ง ซึ่งทำให้ความหนาของชั้นขอบเขตลดลง กระบวนการนี้ประกอบด้วยสองขั้นตอนและการถ่ายโอนพลังงานความร้อนสองประเภท:
การถ่ายโอนพลังงานความร้อนโดยการพาความร้อนในปริมาตรของของเหลวหรือก๊าซ
การถ่ายโอนพลังงานความร้อนโดยการนำความร้อนในชั้นบาง ๆ ของของเหลวหรือก๊าซที่เคลื่อนที่ช้า ติดกับผนังทึบโดยตรงและเรียกว่าชั้นขอบเขตหรือชั้นย่อยแบบลามินาร์
การถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อนโดยการสัมผัสโดยตรงของอนุภาคของเหลวหรือก๊าซกับอนุภาคของผนังทึบโดยตรงที่ขอบของพื้นผิวของแข็ง
จากบทบัญญัติข้างต้น จะได้สมการพื้นฐานของการพาความร้อนแบบพาความร้อนที่เรียกว่าสมการนิวตัน-ริชมันน์:
โดยที่ q คือฟลักซ์ความร้อนจำเพาะระหว่างการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน W/m 2 ;
Q - ฟลักซ์ความร้อนทั้งหมด, W;
F - พื้นผิวของการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน ม. 2 ;
l w - ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของของเหลว (ก๊าซ) ในชั้นขอบเขต W / m 2 K;
d p.sl. คือความหนาของชั้นขอบเขตของของเหลว (ก๊าซ) ที่อยู่ติดกับพื้นผิวการแลกเปลี่ยนความร้อน m;
b - ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่แสดงลักษณะการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างของเหลวกับผนังทึบ W / m 2 K.
ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน ข -ลักษณะสำคัญของกระบวนการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนและเป็นฟังก์ชันที่ซับซ้อนของปริมาณอิสระจำนวนมากที่แสดงลักษณะของปรากฏการณ์
หนึ่งในภารกิจหลักของการพาความร้อนคือการหาค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ ตามกฎแล้วการวิเคราะห์หาค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนนั้นเป็นไปไม่ได้เพราะ ค่าของมันขึ้นอยู่กับตัวแปรหลายอย่าง: พารามิเตอร์ของกระบวนการ ค่าคงที่ทางกายภาพ มิติทางเรขาคณิต และเงื่อนไขขอบเขต ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนถูกกำหนดโดยสูตรเชิงประจักษ์ซึ่งรวบรวมในรูปแบบเกณฑ์ตามกฎของทฤษฎีความคล้ายคลึงกัน กระบวนการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนสองกระบวนการถือว่าคล้ายคลึงกันหากพารามิเตอร์ทั้งหมดที่แสดงลักษณะการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนมีความคล้ายคลึงกัน
เพื่อให้กระบวนการสร้างความคล้ายคลึงกันง่ายขึ้น จึงมีการใช้คอมเพล็กซ์ไร้มิติของพารามิเตอร์ทางกายภาพ - ตัวเลขหรือเกณฑ์ความคล้ายคลึงกัน มีเลขใกล้เคียงกันหลายตัว สำหรับการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน
ใช้ตัวเลขความเหมือนห้าตัวต่อไปนี้
หมายเลขเรย์โนลด์แสดงลักษณะของระบบการไหลของของเหลวหรือก๊าซและแสดงอัตราส่วนของแรงเฉื่อย (หัวความเร็ว) ต่อแรงเสียดทานหนืด:
ที่ไหน ว- ความเร็วเฉลี่ยของของเหลวหรือก๊าซ m/s
ล- ลักษณะขนาด ม.
โวลต์- ค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดจลนศาสตร์ m 2 / s
ที่ Reynolds ตัวเลขน้อยกว่า 2,000 ระบอบการปกครองจะถือว่าเป็น laminar ที่ค่ามากกว่า 10,000 ระบอบการเคลื่อนไหวจะปั่นป่วน ด้วยค่าของตัวเลขตั้งแต่ 2,000 ถึง 10,000 - โหมดเปลี่ยนผ่าน
เบอร์โทรกำหนดอัตราส่วนระหว่างความหนา
ชั้นขอบเขตไดนามิกและความร้อน:
โดยที่ a คือค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายความร้อน m 2 / s;
n - ค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดจลนศาสตร์ m 2 / s
หมายเลขนัสเซลท์ลักษณะความเข้มของการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนระหว่างของเหลว (ก๊าซ) และพื้นผิวของวัตถุที่เป็นของแข็ง:
โดยที่ b คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน W / (m 2 CHK);
ล. - ขนาดลักษณะ m;
ล. - ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของก๊าซหรือของเหลว W / (mChK)
หมายเลขกราสฮอฟลักษณะความเข้มของการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนอิสระ:
โดยที่ g \u003d 9.81 m / s 2 - ความเร่งของการตกอย่างอิสระ
b - ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของปริมาตร: สำหรับของเหลว b ระบุไว้ในหนังสืออ้างอิง (ภาคผนวก L) สำหรับก๊าซ - b = 1 / T, 1 / K;
ล. - ขนาดลักษณะ m;
Dt - ความแตกต่างของอุณหภูมิของอนุภาคของเหลว (ก๊าซ)
n - ความหนืดจลนศาสตร์ m 2 / s
หมายเลขออยเลอร์แสดงลักษณะอัตราส่วนของแรงดันตกต่อความเร็วหัว:
โดยที่ DP คือแรงดันตกในส่วนช่อง Pa;
r - ความหนาแน่นของของเหลว (ก๊าซ) กก./ม. 3 ;
w - ความเร็วของของเหลว (ก๊าซ), m/s
เมื่อออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน จำเป็นต้องกำหนดพารามิเตอร์สองตัว: ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน b และแรงดันตก DP รวมอยู่ในตัวเลข Nusselt และ Euler เช่น นี่คือตัวเลขความเหมือนที่กำหนด ตัวเลข Reynolds, Grashof และ Prandtl เป็นตัวชี้ขาด สมการความเหมือน- ความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนความคล้ายคลึงที่กำหนดและจำนวนความคล้ายคลึงที่กำหนด ดังนั้น เมื่อสร้างแบบจำลอง เป้าหมายหลักคือการค้นหาสมการ:
สมการความคล้ายคลึงกันทั่วไปสำหรับการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนมีรูปแบบ
ที่ไหน ค, n, ม, ง- ค่าสัมประสิทธิ์ที่กำหนดโดยการศึกษาทดลอง
ในสมการเกณฑ์ ปัจจัยจะคำนึงถึงทิศทางของการไหลของความร้อนตามอัตราส่วน ในขณะที่ Pr คือหมายเลข Prandtl สำหรับของเหลว (ก๊าซ) ที่อุณหภูมิ Prst - หมายเลข Prandtl สำหรับของเหลว (ก๊าซ) ที่อุณหภูมิผนัง
พารามิเตอร์ทางกายภาพที่รวมอยู่ในสูตรต้องนำมาที่อุณหภูมิที่กำหนด ซึ่งระบุไว้สำหรับแต่ละกรณีของการถ่ายเทความร้อน และใช้อุณหภูมิที่กำหนดต่อไปนี้:
เสื้อ ST - อุณหภูมิผนังเฉลี่ย
เสื้อ W - อุณหภูมิเฉลี่ยของของเหลวหรือก๊าซ
t PL - อุณหภูมิเฉลี่ยของชั้นขอบเขต (ฟิล์ม) ถูกกำหนดเป็นค่าเฉลี่ยเลขคณิตระหว่าง t W และ t ST
อุณหภูมิเฉลี่ยของของเหลว (ก๊าซ) สามารถกำหนดโดยประมาณเป็นค่าเฉลี่ยเลขคณิตระหว่างอุณหภูมิเริ่มต้นและอุณหภูมิสุดท้ายของของเหลว
กระบวนการถ่ายเทความร้อนระหว่างการไหลของของไหลในท่อมีความซับซ้อนมากกว่ากระบวนการถ่ายเทความร้อนเมื่อล้างพื้นผิวเรียบด้วยการไหลไม่จำกัด ซึ่งของเหลวที่ไหลออกจากร่างกายจะไม่ได้รับผลกระทบจากกระบวนการที่เกิดขึ้นใกล้กับผนัง ส่วนตัดขวางของท่อมีขนาดที่จำกัด เป็นผลให้ในท่อที่เริ่มต้นจากระยะทางที่แน่นอนจากทางเข้า ของเหลวทั่วส่วนตัดขวางทั้งหมดจะประสบกับแรงหนืดที่หน่วงไว้ เนื่องจากขนาดท่อที่จำกัด อุณหภูมิของของเหลวจึงเปลี่ยนแปลงทั้งตามภาพตัดขวางและตามความยาวของช่อง ทั้งหมดนี้ส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อน
การไหลของของไหลในท่ออาจเป็นแบบราบเรียบ ช่วงเปลี่ยนผ่าน และแบบปั่นป่วน
ด้วยการเคลื่อนไหวแบบราบเรียบหรือเป็นชั้น สงบนิ่ง เจ็ตของเหลวจะทำซ้ำโครงร่างของช่องหรือผนัง กล่าวคือ พวกมันจะไม่ผสมกัน การแพร่กระจายของความร้อนในทิศทางที่ตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่นั้นเกิดจากการนำความร้อนเพียงอย่างเดียว
ในการเคลื่อนที่แบบปั่นป่วน ของไหลจะผสมกันตลอดเวลา ความเร็วของอนุภาคของไหล ณ ช่วงเวลาใดๆ จะแปรผันตามขนาดและทิศทาง ในระบบการปกครองแบบปั่นป่วน ความร้อนจะถูกถ่ายโอนโดยการนำความร้อนเฉพาะในชั้นย่อยที่มีความหนืด และภายในแกนกลางปั่นป่วน กระบวนการนี้ดำเนินการโดยการผสมอนุภาคของไหลอย่างเข้มข้น
การเปลี่ยนจากลามินาร์เป็นปั่นป่วนและในทางกลับกันเกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขบางประการ พารามิเตอร์การเปลี่ยนถูกกำหนดโดยหมายเลขเรย์โนลด์ ตัวอย่างเช่น สำหรับท่อเรียบ ตัวเลขนี้จะเท่ากับ 2300 โดยประมาณ
ในการเคลื่อนที่แบบลามินาร์ของของไหล มีสองระบบที่แตกต่างกัน: หนืดและหนืด-ความโน้มถ่วง
โหมดความหนืดคือโหมดการเคลื่อนที่เมื่อแรงหนืดมีชัยเหนือแรงยกในของไหล ระบอบการเคลื่อนไหวดังกล่าวเกิดขึ้นพร้อมกับการเคลื่อนที่แบบบังคับของของไหลที่มีความหนืดและผลกระทบเล็กน้อยของการเคลื่อนที่อย่างอิสระ กฎการเคลื่อนที่ของความหนืดมักจะสังเกตได้ระหว่างการเคลื่อนที่แบบราบเรียบของของเหลวที่มีความหนืดสูงในท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กและที่อุณหภูมิต่ำ
ระบอบความโน้มถ่วงที่มีความหนืดคือระบอบการเคลื่อนที่ของของไหลเมื่อแรงยกมีขนาดใหญ่พอ: การเคลื่อนไหวที่ถูกบังคับนั้นถูกทับด้วยการเคลื่อนไหวอิสระซึ่งไม่สามารถละเลยอิทธิพลที่มีต่อการถ่ายเทความร้อนได้ ในกรณีนี้ การกระจายความเร็วเหนือส่วนท่อจะขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของความหนืดเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับความเข้มและทิศทางของการเคลื่อนที่อย่างอิสระของของเหลวด้วย เนื่องจากความแตกต่างของความหนาแน่นของอนุภาคของเหลวที่มีความร้อนน้อยกว่าและมากกว่า
ด้วยระบอบการปกครองแบบปั่นป่วนที่พัฒนาแล้ว (Re> 10,000) จะใช้สมการต่อไปนี้:
โดยที่ e l เป็นปัจจัยการแก้ไขที่คำนึงถึงอิทธิพลของส่วนเริ่มต้นของการไหลที่มีต่อค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนในท่อ
อุณหภูมิที่กำหนดคืออุณหภูมิเฉลี่ยของของเหลวหรือก๊าซ ลักษณะขนาด l คือ: สำหรับท่อกลม - เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ d; สำหรับท่อที่มีรูปร่างโดยพลการ - เส้นผ่านศูนย์กลางเทียบเท่า d เทียบเท่า
F - พื้นที่หน้าตัดของช่อง m 2 ;
P คือเส้นรอบวงทั้งหมดของส่วนโดยไม่คำนึงว่าส่วนใดของเส้นรอบวงนี้เกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อน m
สำหรับก๊าซ สูตรจะง่ายขึ้นเพราะ ในกรณีนี้ เกณฑ์ Pr เป็นค่าคงที่จริง ๆ โดยไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ Pr = 0.67…1.0 (กำหนดโดยจำนวนอะตอมในโมเลกุล): .
ในระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อนในท่อที่โค้งงอ (ขดลวด) เนื่องจากผลกระทบจากแรงเหวี่ยง การไหลเวียนทุติยภูมิจะเกิดขึ้นในส่วนตัดขวางของท่อ ซึ่งจะทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนเพิ่มขึ้น ดังนั้นควรคูณค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนด้วยปัจจัยแก้ไข e zm:
โดยที่ d - เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ m; D - เส้นผ่านศูนย์กลางคอยล์คอยล์, ม.
ในกรณีของไหลลามินาร์ (เรื่อง<2320) вынужденное перемещение ее частиц сопровождается также и свободным движением.
ค่าเฉลี่ยของค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนถูกกำหนดจากสูตร:
เมื่อคำนวณเกณฑ์ Gr ค่าของ Dt จะแสดงถึงความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างของเหลว (ก๊าซ) และผนัง
หากตัวพาความร้อนเป็นแก๊ส สูตรจะง่ายขึ้น: .
ด้วยการจัดเรียงท่อในแนวตั้งจะมีการแนะนำการแก้ไข 0.85 หากการเคลื่อนไหวแบบอิสระและแบบบังคับเกิดขึ้นพร้อมกันและการแก้ไข 1.15 จะถูกนำมาใช้ในทิศทางตรงกันข้าม
หากตัวพาความร้อนเป็นของเหลวที่มีค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดสูง การพาความร้อนแบบอิสระจะไม่ส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อน สมการความคล้ายคลึงกันสำหรับระบอบความหนืด -
อุณหภูมิเฉลี่ยของของเหลวถือเป็นอุณหภูมิกำหนด และเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อทำหน้าที่เป็นมิติเชิงเส้นลักษณะเฉพาะ
ในช่วงของตัวเลขเรย์โนลด์ตั้งแต่ 2320 ถึง 10,000 จะมีการสังเกตการเปลี่ยนแปลงของการเคลื่อนที่ของของเหลว ในการหาค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนในโหมดการเคลื่อนที่ชั่วคราว สามารถใช้สมการเกณฑ์การออกแบบต่อไปนี้:
โดยที่ K 0 เป็นฟังก์ชันของเลขเรย์โนลด์
ใช้อุณหภูมิเฉลี่ยของของเหลวเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิในสมการ และใช้เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อเป็นตัวกำหนดขนาด ง ต่อ หรือ ง เท่ากับ
การถ่ายเทความร้อนในโหมดชั่วคราวของการเคลื่อนที่ของของไหลในช่องและท่อคำนวณเมื่อแก้ปัญหาจากการฝึกดับเพลิง
สูตรการคำนวณสำหรับการกำหนดค่าเฉลี่ยของค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่ได้รับจากข้อมูลการทดลองโดยทั่วไปมีรูปแบบ:
ดัชนี ฉด้วยตัวเลข Nu, Re, Pr หมายความว่าพารามิเตอร์ทางกายภาพทั้งหมดถูกคำนวณที่อุณหภูมิเฉลี่ยของของเหลว ในกรณีนี้ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อจะถูกกำหนด ง ต่อหรือ ง เท่ากับ=4 ฉ/ ยูสำหรับช่องของส่วนที่ไม่เป็นวงกลม โดยที่ F คือพื้นที่หน้าตัดของช่อง และ U คือเส้นรอบวงของส่วนนี้
ตัวคูณ e l \u003d 1 ด้วย l / d out? 50 และด้วย l / d out<50, его принимают в зависимости от числа Рейнольдса для данных условиях
ค่าของ e l ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของของเหลวที่เข้าสู่ท่อ
บ่อยครั้ง เพื่อแก้ปัญหาความปลอดภัยจากอัคคีภัย มีการใช้สมการที่อธิบายการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนระหว่างการเคลื่อนที่ของของไหลที่ถูกบังคับ
คำถามเชิงทฤษฎีหมายเลข 4
รังสีความร้อน กฎพื้นฐานของการถ่ายเทความร้อนจากการแผ่รังสี
การแผ่รังสีความร้อนเป็นวิธีการถ่ายเทความร้อนในอวกาศ ซึ่งเป็นผลมาจากการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า พลังงานที่เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับสสารจะถูกแปลงเป็นความร้อน การถ่ายเทความร้อนด้วยการแผ่รังสีมีความเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานสองเท่า: ในขั้นต้น พลังงานภายในร่างกายจะถูกแปลงเป็นพลังงานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า และจากนั้น หลังจากการถ่ายโอนพลังงานในอวกาศด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลงครั้งที่สองของพลังงานการแผ่รังสีเป็น พลังงานภายในของร่างกายอื่นเกิดขึ้น
การแผ่รังสีความร้อนของร่างกายขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ (ระดับความร้อนของร่างกาย)
ความหนาแน่นฟลักซ์ของรังสีเอง อี ร้องไห้, W / m 2 ร่างกายเรียกว่าความสามารถในการแผ่รังสี (แผ่รังสี) พารามิเตอร์การแผ่รังสีในส่วนมูลฐานของความยาวคลื่น dl เรียกว่าความหนาแน่นสเปกตรัมของฟลักซ์การแผ่รังสีภายใน E l, W / m 3 หรือค่าการแผ่รังสีสเปกตรัมของร่างกาย หรือความเข้มสเปกตรัมของรังสี
พลังงานของการแผ่รังสีความร้อนที่ตกกระทบในร่างกายตามกฎการอนุรักษ์พลังงานสามารถถูกดูดซับ สะท้อนโดยร่างกายหรือผ่านเข้าไปได้:
Q ดูดซับ + Q ลบ + Q prop = แผ่น Q
อัตราส่วนของส่วนที่ดูดซับของพลังงานต่อพลังงานที่ตกกระทบของรังสีความร้อนเรียกว่าความสามารถในการดูดซับของร่างกายและแสดงด้วยตัวอักษร A อัตราส่วนของส่วนที่สะท้อนของพลังงานต่อพลังงานที่ตกกระทบของรังสีความร้อนเรียกว่า การสะท้อนแสงของร่างกายและแสดงด้วยตัวอักษร R อัตราส่วนของพลังงานที่ส่งผ่านร่างกายต่อพลังงานตกกระทบของรังสีความร้อนเรียกว่าการส่งผ่านของร่างกายและแสดงด้วยตัวอักษร D ดังนั้นตามกฎของ การอนุรักษ์พลังงาน เราเขียน:
วัตถุที่ดูดซับพลังงานรังสีทั้งหมดที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวเรียกว่าวัตถุสีดำ (วัตถุสีดำ) สำหรับวัตถุสีดำสนิท ค่าการดูดซับ A = 1
วัตถุที่สะท้อนพลังงานรังสีทั้งหมดที่ตกกระทบบนพื้นผิวเรียกว่าวัตถุสีขาวล้วน (หากการสะท้อนเกิดขึ้นภายในซีกโลกหนึ่ง) หรือวัตถุสเปกกูลาร์ (หากมุมของลำแสงตกกระทบเท่ากับมุมของลำแสงสะท้อน) ในกรณีนี้ ค่าการสะท้อนแสง R = 1
ร่างกายที่ส่งผ่านพลังงานรังสีทั้งหมดที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวเรียกว่าโปร่งใสหรือไดเทอร์มิก ในกรณีนี้ ปริมาณงาน D = 1
ร่างกายที่เป็นของแข็งจะไม่ส่งผ่านพลังงานของการแผ่รังสีความร้อนที่ตกกระทบบนพื้นผิว ดังนั้น
ผลรวมของการแผ่รังสีในตัวเองและพลังงานส่วนหนึ่งที่ตกกระทบ ซึ่งสะท้อนจากพื้นผิวของร่างกาย เรียกว่า การแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพของร่างกาย:
E eff = E เหตุการณ์ + E ลบ
การไหลของรังสีความร้อนที่เกิดขึ้นคือความแตกต่างระหว่างการแผ่รังสีของตัวเองและส่วนหนึ่งของพลังงานตกกระทบที่ร่างกายดูดซับโดยร่างกาย:
E res = เหตุการณ์ E? E การดูดซึม = Eff? แผ่นอี.
ขึ้นอยู่กับลักษณะของการไหล กระบวนการถ่ายเทความร้อนจะเกิดขึ้นในโหมดคงที่ (นิ่ง) เมื่ออุณหภูมิที่จุดทั้งหมดคงที่ตามเวลา และในโหมดไม่คงที่ (ไม่คงที่)
ได้รับกฎของการถ่ายเทความร้อนจากการแผ่รังสีสำหรับวัตถุสีดำสนิทภายใต้สภาวะนิ่ง
พิจารณากฎพื้นฐานของการแผ่รังสี
กฎของสเตฟาน-โบลต์ซมันน์กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างการเปล่งรังสีและอุณหภูมิของวัตถุดำ:
โดยที่ E o คือค่าการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิท W / m 2;
y o \u003d 5.67Ch10- 8, - ค่าคงที่การแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิท W / m 2 ChK 4; 61
C o \u003d 5.67-emissivity ของวัตถุสีดำสนิท W / m 2 ChK 4;
T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ของวัตถุที่แผ่รังสี K
สำหรับตัวสีเทา:
E คือค่าการแผ่รังสีของวัตถุสีเทา W / m 2;
C - การแผ่รังสีของร่างกายสีเทา W / (m 2 ChK 4)
ถ้าเราแบ่งพลังงานการแผ่รังสีของวัตถุสีเทาด้วยพลังงานการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิท เราจะได้:
โดยที่ e คือระดับการแผ่รังสีของร่างกาย
หากเราถือว่า C=C0Che พลังงานการแผ่รังสีของวัตถุสีเทาสามารถเขียนเป็น:
ระดับความดำสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ 0 ถึง 1 ไม่เพียงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของร่างกายเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับสถานะของพื้นผิวหรือความขรุขระด้วย
ดังที่เห็นได้จากสูตร การพึ่งพาพลังงานที่อุณหภูมิสัมบูรณ์มีการพึ่งพาสี่ส่วน ดังนั้นส่วนหลักของความร้อนระหว่างเกิดไฟไหม้จึงถูกถ่ายโอนโดยการถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสี
กฎของเคอร์ชอฟฟ์ระบุว่าอัตราส่วนของค่าการแผ่รังสีของวัตถุต่อความสามารถในการดูดซับจะเท่ากันสำหรับพื้นผิวของวัตถุสีเทาทั้งหมด (ที่อุณหภูมิเดียวกัน) และเท่ากับค่าการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิทที่อุณหภูมิเดียวกัน:
โดยที่ E และ A คือค่าการแผ่รังสีและการดูดซับของร่างกาย
ผลสามประการตามมาจากกฎของ Kirchhoff:
1) ในธรรมชาติไม่มีพื้นผิวใดที่จะเปล่งพลังงานได้มากกว่าวัตถุสีดำสนิท (ที่อุณหภูมิเดียวกัน)
2) ร่างกายที่มีความสามารถในการดูดซับสูงกว่าจะมีความหนาแน่นของรังสีสูงกว่า และในทางกลับกัน
3) ความสามารถในการดูดซับและระดับการแผ่รังสีของวัตถุจริง (สีเทา) มีค่าเท่ากับตัวเลข (A=e)
กฎของแลมเบิร์ตกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณพลังงานที่แผ่ออกมาและทิศทางของรังสี:
อี ชมคือปริมาณพลังงานที่แผ่ออกมาในทิศทางปกติ
ได้รับกฎของแลมเบิร์ตสำหรับวัตถุสีดำสนิท สำหรับวัตถุสีเทาที่มีพื้นผิวขรุขระ กฎหมายนี้ใช้ได้ที่< 60 0 .
สำหรับพื้นผิวที่ขัดเงา กฎของแลมเบิร์ตใช้ไม่ได้ สำหรับพื้นผิวเหล่านี้ การแผ่รังสีที่มุมจะมากกว่าในทิศทางปกติที่ส่งถึงพื้นผิว
กฎหมายไวน์ระบุว่าความเข้มของรังสีสูงสุดสอดคล้องกับค่าความยาวคลื่นต่อไปนี้:
จะเห็นได้จากสูตรที่ว่าค่าสูงสุดของการแผ่รังสีจะเลื่อนไปทางคลื่นสั้นพร้อมกับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น (มิฉะนั้น กฎของ Wien จะเรียกว่ากฎการกระจัด)
...เอกสารที่คล้ายกัน
>การเตรียมก๊าซสำหรับการแปรรูป การทำให้บริสุทธิ์จากส่วนผสมเชิงกล การแยกก๊าซผสม การกลั่นและการควบแน่นที่อุณหภูมิต่ำ รูปแบบเทคโนโลยีของการติดตั้งการแยกส่วนก๊าซ ลักษณะเฉพาะของการแปรรูปก๊าซของแหล่งก๊าซคอนเดนเสท
วิทยานิพนธ์, เพิ่ม 02/06/2014
การตรวจสอบอิทธิพลของสารทำแห้งประเภทต่างๆ ต่อประสิทธิภาพของการอบแห้งทรายขึ้นรูปและแกน การคำนวณหน่วยการอบแห้งในขั้นตอนการอบแห้งแท่งด้วยอากาศที่ผ่านเครื่องอบแห้ง ฐานเทอร์โมเทคนิคอลของกระบวนการทำให้แห้ง การถ่ายเทความร้อน
ภาคนิพนธ์ เพิ่ม 11/04/2554
การแก้ไขสารผสมไบนารีเป็นระยะ โรงงานกลั่นแบบต่อเนื่องสำหรับการแยกสารผสมไบนารี การคำนวณตู้เย็นของ VAT ตกค้าง ความสูงของชั้นแก๊ส-ของเหลวของของเหลว การกำหนดความเร็วไอน้ำและเส้นผ่านศูนย์กลางของคอลัมน์
ภาคนิพนธ์ เพิ่มเมื่อ 20/08/2554
การก่อตัวของส่วนผสมของการบดเป็นวิธีการรักษาคุณสมบัติทางเทคโนโลยีของเมล็ดพืชให้คงที่ ข้อกำหนดสำหรับการเตรียมการบดผสมเมล็ดพืช การคำนวณองค์ประกอบของส่วนประกอบของส่วนผสมของการบด, ลักษณะของเมล็ดข้าวสาลีแต่ละชุดสำหรับการเตรียม
ทดสอบเพิ่ม 05/07/2012
เคมีพื้นฐานของคาร์บอนแบล็ค วิธีการผลิต การเตรียมสารประกอบยางที่มีความแข็งระดับหนึ่งที่มีคาร์บอนแบล็ค คุณสมบัติการเลือกใช้ยี่ห้อยางคอมปาวด์ให้เหมาะสม การประมวลผลของสารประกอบยางที่เติมด้วยคาร์บอนแบล็ค
ภาคนิพนธ์ เพิ่ม 05/16/2013
ปรากฏการณ์ทางกายภาพและเคมีในกระบวนการแปรรูปยางและยางผสม คุณสมบัติของเทคโนโลยีสมัยใหม่สำหรับการเตรียมส่วนผสมของยาง การเตรียมส่วนผสมจากยางไอโซพรีน การแปรรูปยางผสมบนเครื่องโรลเลอร์
ภาคนิพนธ์ เพิ่ม 01/04/2010
การแก้ไขส่วนผสมของน้ำมัน ระบบแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับการติดตั้งการกลั่นเบื้องต้นของน้ำมันและการแก้ไขก๊าซไฮโดรคาร์บอน การประเมินความเป็นไปได้ในการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบแลกเปลี่ยนความร้อน การพิจารณารูปแบบที่เหมาะสมที่สุดจากมุมมองของระบบไฮดรอลิกส์
วิทยานิพนธ์, เพิ่ม 10/20/2012
การคำนวณใบมีดทำงาน ปริมาณหนึ่งส่วนของครีบ การผลิตใบมีดโดยใช้การสร้างต้นแบบ 3 มิติ พารามิเตอร์ความแม่นยำในการหล่อและค่าเผื่อการประมวลผล การเตรียมทรายขึ้นรูปในเครื่องผสมพายแบบแรงเหวี่ยงต่อเนื่อง
วิทยานิพนธ์, เพิ่ม 05/27/2014
ลักษณะและขอบเขตของวัสดุฉนวนความร้อน โครงสร้าง และคุณสมบัติของวัสดุ ประสิทธิภาพและข้อเสียของฉนวนกันความร้อนแบบผงหลายชั้นแบบสุญญากาศ เทคโนโลยีการแยกในอุปกรณ์ของการติดตั้งสำหรับการแยกส่วนผสมของก๊าซที่อุณหภูมิต่ำ
รายงาน เพิ่ม 11/24/2010
ข้อกำหนดสำหรับส่วนผสมแอสฟัลต์คอนกรีต ลักษณะของวัสดุที่ใช้ในการเตรียม การเลือกส่วนประกอบของส่วนผสมแอสฟัลต์คอนกรีตตามลักษณะงาน เทคโนโลยีและลำดับอุปกรณ์ในการเตรียมส่วนผสมของแอสฟัลต์
