Upang maisagawa ang mga thermodynamic na kalkulasyon ng mga system na may mga mixtures ng gas o solusyon, kinakailangang malaman ang kanilang komposisyon. Ang komposisyon ng halo ay maaaring matukoy:
Sa mass fractions, kung saan
- molar mass i-ika bahagi, kg/mol; M i- kamag-anak na molekular na timbang i-ika bahagi; n i- dami i-th substance, nunal;
para sa bawat yugto
;
Mga fraction ng nunal
, Saan
- dami ng pinaghalong sangkap, mol; para sa bawat yugto ang kabuuan ng mga fraction ng nunal ng mga sangkap ng pinaghalong
;
Mga fraction ng volume, na katumbas ng mga fraction ng mole
, Saan
- dami i ang ika-na bahagi ng pinaghalong, na sa temperatura at presyon ng pinaghalong gas ay tinatawag na pinababang dami;
, m 3 /mol – dami ng molar ng i-th na bahagi ng pinaghalong. Alinsunod sa batas ni Avagadro, ang mga molar volume ng lahat ng bahagi ng pinaghalong gas ay pantay at
, Saan
. Ang kabuuan ng mga pinababang volume ng mga bahagi ng isang halo ng gas ay katumbas ng dami ng pinaghalong (Amag's law), i.e.
.
Ang komposisyon ng isang halo ng mga ideal na gas ay maaari ding tukuyin ng mga bahagyang presyon r i, mga konsentrasyon ng masa at mga konsentrasyon ng molar
.
Kapag tinukoy ang komposisyon ng mga solusyon, ginagamit ang mga konsentrasyon ng masa at molar.
Bahagyang presyon r i - ito ay presyon i ika bahagi ng pinaghalong gas, sa kondisyon na ito ay sumasakop sa buong volume na inilaan para sa pinaghalong sa temperatura ng pinaghalong.
3.2. Mga ugnayan para sa mga pinaghalong ideal na gas. Batas ni Dalton
>Ang average na molar mass ng isang halo ng mga gas ay tinutukoy ng expression
, kg/mol, kung saan
- masa ng pinaghalong;
- ang dami ng sangkap sa pinaghalong. Pagkatapos
.
Tukoy na gas constant ng isang pinaghalong gas
, J/(kgK),
saan
J/(molK) – molar gas constant; - molar mass ng pinaghalong.
Batas ni Dalton:
, Pa,
mga. ang kabuuan ng mga bahagyang presyon ng mga indibidwal na gas na kasama sa pinaghalong ay katumbas ng kabuuang presyon ng pinaghalong. Kaya, ang bawat gas sa sisidlan ay sumasakop sa buong dami sa temperatura ng pinaghalong, na nasa ilalim ng sarili nitong bahagyang presyon.
Ang equation ng estado para sa isang halo ng mga ideal na gas ay may anyo:
.
Para sa bahagyang presyon at para sa pinababang dami i- ika bahagi ng pinaghalong, ang mga equation ng estado ay may anyo:
Pagkatapos, hinahati ang mga equation na ito sa pamamagitan ng termino, ang una sa pangalawa, mayroon tayo
.
Paghahati sa equation
sa equation
termino sa pamamagitan ng termino, nakukuha natin ang:
.
Kabanata 4. Kapasidad ng init
>4.1. Mga uri ng kapasidad ng init
>Ang kapasidad ng init ay ang pag-aari ng mga katawan upang sumipsip at maglabas ng init kapag ang temperatura ay nagbabago ng isang degree sa iba't ibang mga prosesong thermodynamic. Ang isang pagkakaiba ay ginawa sa pagitan ng kabuuang average at kabuuang tunay na kapasidad ng init.
Ang kabuuang average na kapasidad ng init ng isang thermodynamic na proseso (TP) ay ang kapasidad ng init ng isang katawan na may mass m, kg para sa huling bahagi ng TP:
,[J/K].
Ang kabuuang tunay na kapasidad ng init ng isang TP ay ang kapasidad ng init ng isang katawan na may masa m, kg sa bawat ibinigay na sandali TP:
, [J/K].
Isaalang-alang ang isang arbitrary na TP 1-2 sa mga coordinate
, Saan Q– input ng init sa [J]; t
– temperatura sa [0 C]. Pagkatapos
,
.
Kung ang sasakyan ay isang homogenous working fluid, kung gayon ang mga kamag-anak na kapasidad ng init ay ginagamit sa mga kalkulasyon:
Tiyak na kapasidad ng init - kapasidad ng init bawat 1 kg ng sangkap c=C/m, J/kgK;
Kapasidad ng init ng molar - kapasidad ng init bawat 1 mole ng isang sangkap
, J/molK;
Volumetric heat capacity - kapasidad ng init bawat 1m3 ng substance
, J/m 3 K.
Ang kapasidad ng init ay isang function ng proseso at depende sa uri ng working fluid, ang kalikasan ng proseso at mga parameter ng estado. Kaya, ang kapasidad ng init sa isang proseso na may pare-parehong presyon ay tinatawag na isobaric heat capacity:
,
saan H, J – enthalpy.
Ang kapasidad ng init sa isang proseso na may pare-parehong dami ay tinatawag na isochoric heat capacity:
,
saan U, J – panloob na enerhiya.
Ang kapasidad ng init ng isang perpektong gas ay hindi nakasalalay sa temperatura at presyon at nakasalalay lamang sa bilang ng mga antas ng kalayaan ng paggalaw ng mga molekula at, alinsunod sa batas ng pantay na pamamahagi ng enerhiya sa mga antas ng kalayaan ng paggalaw ng mga molekula, ang kapasidad ng init ay:
, Saan
- rotational degrees ng kalayaan na katumbas ng zero para sa isang monatomic gas
, para sa isang diatomic gas -
=2 at para sa mga triatomic na gas
=3;
J/molK – molar gas constant. Kapasidad ng init tinutukoy ng equation ni Mayer:
.
Para sa monatomic gas
At
, para sa diatomic gas
At
, para sa tatlo o higit pang mga atomic na gas
At
.
Ang kapasidad ng init ng mga tunay na gas ay nakasalalay sa presyon at temperatura. Sa ilang mga kaso, maaari nating pabayaan ang epekto ng presyon sa kapasidad ng init at ipagpalagay na ang kapasidad ng init ng mga tunay na gas ay nakasalalay lamang sa temperatura: C= f(t). Ang pag-asa na ito ay tinutukoy sa eksperimentong paraan.
Ang empirical na pag-asa ng tiyak na tunay na kapasidad ng init sa temperatura ay maaaring katawanin bilang isang polynomial:
saan
sa temperatura t=0 0 C. Para sa mga diatomic na gas, maaari nating limitahan ang ating sarili sa dalawang termino:
, o
, Saan
.
Para sa huling seksyon ng proseso 1-2, ang halaga ng init ay katumbas ng:
Pagkatapos ang average na kapasidad ng init sa seksyong ito ng proseso ay magiging katumbas ng:
, J/kgK.
Sa rehiyon ng mababang temperatura sa T<100К прекращается вращательное движение молекул и колебательное движение атомов, а при температуреT→0K humihinto din ang translational motion ng mga molekula, i.e. sa T=0K SA r = C v=0 at huminto ang thermal na paggalaw ng mga molekula (pang-eksperimentong data mula sa Nernst et al., 1906-1912). Sa temperatura T→0K ang mga katangian ng mga sangkap ay huminto sa pagdepende sa temperatura, gaya ng inilalarawan sa itaas na graph ng pagdepende ng kapasidad ng init sa ganap na temperatura.
1. Mga pangunahing uri ng mapagkukunan.
>Mga pangunahing bahagi ng likidong gasolina
panggatong- pinagmumulan ng enerhiya; isang nasusunog na sangkap na gumagawa ng malaking halaga ng init sa panahon ng pagkasunog.
Ayon sa kanilang estado ng pagsasama-sama, ang solid, likido at gas na mga gasolina ay nakikilala.
SA solidong natural na gasolina isama ang kahoy na panggatong, kayumanggi at matitigas na uling, pit, anthracite; para sa solid artificial fuel - coke, charcoal, briquettes at dust mula sa brown at hard coal, thermoanthracite. Walang mga natural na likidong panggatong. Ang iba't ibang mga resin at langis ng gasolina ay ginagamit bilang artipisyal na likidong gasolina. Ang gas na panggatong ay maaaring natural, tulad ng natural na gas. Ang mga gas na ginawa sa mga coke oven (coke ovens), blast furnace (blast furnace o top furnace) at gas generator (generators) ay ginagamit bilang mga artipisyal na gas na panggatong.
Mga likidong panggatong- Ang mga ito ay pangunahing mga sangkap ng organikong pinagmulan, ang mga pangunahing elemento ng bumubuo nito ay carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen at sulfur.
Ang Carbon (C) ay ang pangunahing tagadala ng init. Kapag nasunog ang 1 kg ng carbon, 34,000 kJ ng init ang inilalabas. Ang carbon ay maaaring nilalaman sa langis ng gasolina hanggang sa 85%, na bumubuo ng mga compound.
Ang hydrogen (H) ay ang pangalawang pinakamahalagang elemento ng gasolina: ang pagkasunog ng 1 kg ng hydrogen ay naglalabas ng humigit-kumulang 125,000 kJ ng init. Ang nilalaman ng hydrogen sa mga likidong gasolina ay 10%.
Ang likidong gasolina ay naglalaman din ng moisture (W) at hanggang 0.5% ash (A).
Ang nitrogen (N) at oxygen (O) ay bahagi ng kumplikadong mga organikong acid at phenol at nakapaloob sa gasolina sa maliit na dami (mga 3%).
Ang sulfur (S) sa panahon ng pagkasunog ay naglalabas ng isang malaking halaga ng init, gayunpaman, ang mga sulfur compound, kapag nakikipag-ugnayan sa mga tinunaw o pinainit na mga metal, ay lumalala ang kanilang kalidad: ang mga produktong pagkasunog na naglalaman ng mga sulfur compound ay nagpapataas ng kaagnasan ng mga bahagi ng metal ng mga hurno, ang bakal na puspos ng asupre ay tumaas. pulang brittleness. Karaniwang kasama ang sulfur sa mga hydrocarbon (hanggang 4% o higit pa).
Gumagamit na komposisyon ng gasolina:
C p +H p + O p + N p +S p + A p = 100 %.
Ang pinatuyong gasolina na walang moisture ay tinatawag na dry mass (c):
C Sa +H Sa + O c + N Sa + S c + A c = 100%. Ang organikong masa ng gasolina na naglalaman ng asupre ay tinatawag na nasusunog na masa (g):
SA G + N G + O G + N G +S G = 100.
2. Pangunahing bahagi ng mga gas na panggatong
>Mga gas na panggatong- Ito ay karaniwang pinaghalong iba't ibang mga gas tulad ng methane, ethylene, at iba pang hydrocarbon. Kasama rin sa gas na gasolina ang carbon monoxide, carbon dioxide o carbon dioxide, nitrogen, hydrogen, hydrogen sulfide, oxygen at iba pang mga gas, pati na rin ang singaw ng tubig.
Ang natural na gas ay ginawa mula sa purong gas field o kasama ng langis (kaugnay na gas). Sa unang kaso, ang pangunahing sangkap na nasusunog ay mitein, ang nilalaman nito ay maaaring umabot ng hanggang 95-98%. Ang mga nauugnay na gas, bilang karagdagan sa methane, ay naglalaman ng maraming iba pang hydrocarbon: ethane (C2H6), propane (C 3 H 8), butane (C 4 H 10), pentane (C 5 H 12), atbp. Ang mga nauugnay na gas ay may mataas na calorific value, ngunit bihira itong ginagamit bilang gasolina. Ang mga ito ay pangunahing ginagamit sa industriya ng kemikal.
Gamit ang mga instrumento na tinatawag na gas analyzers, natutukoy ang komposisyon ng gaseous fuel.
Ang komposisyon ng dry gaseous fuel ay kinabibilangan ng:
CH 4 + C 2 H 4 + CO 2 + H 2 + H 2 S + C m H n+ N 2 + O 2 +… = 100.
Ang methane (CH4) ay ang pangunahing sangkap ng maraming natural na gas. Kapag nasunog ang 1 m 3 ng methane, 35,800 kJ ng init ang inilalabas. Ang methane sa mga natural na gas ay maaaring maglaman ng hanggang 93-98%.
Ethylene (C2H4) - kapag nasunog ang 1 m 3 ng ethylene, 59,000 kJ ng init ang inilalabas. Ang mga gas ay maaaring maglaman ng maliit na halaga.
Hydrogen (H 2) – ang pagkasunog ng 1 m 3 ng hydrogen ay naglalabas ng 10,800 kJ ng init. Maraming nasusunog na gas, maliban sa coke gas, ay naglalaman ng medyo maliit na halaga ng hydrogen. Gayunpaman, sa coke oven gas ang nilalaman nito ay maaaring umabot sa 50-60%.
Propane (C 3 H 8), butane (C 4 H 10) - ang pagkasunog ng mga hydrocarbon na ito ay naglalabas ng mas maraming init kaysa sa pagkasunog ng ethylene, ngunit ang kanilang nilalaman sa mga nasusunog na gas ay hindi gaanong mahalaga.
Carbon monoxide (CO) - ang pagkasunog ng 1 m 3 ng gas na ito ay naglalabas ng 1 2 770 kJ ng init. Ang carbon monoxide ay ang pangunahing nasusunog na bahagi ng blast furnace gas. Ang gas na ito ay walang kulay o amoy at napakalason.
Hydrogen sulfide (H 2 S) – kapag nasunog ang 1 m 3 ng hydrogen sulfide, 23,400 kJ ng init ang inilalabas. Ang pagkakaroon ng hydrogen sulfide sa gaseous fuel ay nagdaragdag ng kaagnasan ng mga bahagi ng metal ng furnace at gas pipeline. Sa sabay-sabay na presensya ng oxygen at kahalumigmigan sa gas, ang kinakaing unti-unti na epekto ng hydrogen sulfide ay tumataas. Ang hydrogen sulfide ay isang mabigat na gas na may hindi kanais-nais na amoy at lubhang nakakalason.
Ang natitirang mga gas (CO 2, N 2, O 2) at singaw ng tubig ay mga bahagi ng ballast. Ang kanilang presensya sa gasolina ay humahantong sa pagbaba sa temperatura ng pagkasunog nito. Habang tumataas ang nilalaman ng mga gas na ito, bumababa ang nilalaman ng mga nasusunog na sangkap. Ang isang gasolina na naglalaman ng higit sa 0.5% libreng oxygen ay itinuturing na mapanganib ayon sa mga regulasyon sa kaligtasan.
3. Init ng pagkasunog ng gasolina
>Init ng pagkasunog ng gasolina– ito ang dami ng init Q (kJ) na inilalabas sa panahon ng kumpletong pagkasunog ng 1 kg ng likido o 1 m 3 ng gas na gasolina.
Depende sa pinagsama-samang estado ng kahalumigmigan sa mga produkto ng pagkasunog, mayroong isang dibisyon sa mas mataas at mas mababang mga halaga ng calorific.
Ang kahalumigmigan sa mga produkto ng pagkasunog ng likidong gasolina ay nabuo sa panahon ng pagkasunog ng nasusunog na masa ng hydrogen H, pati na rin sa panahon ng pagsingaw ng paunang kahalumigmigan ng gasolina w. Ang mga produkto ng combustion ay naglalaman din ng moisture mula sa hangin na ginagamit para sa combustion. Gayunpaman, kadalasan ay hindi ito isinasaalang-alang. Kapag ang gasolina ay naglalaman ng hydrogen na may nasusunog na masa H p kg, 9H P kg ng kahalumigmigan ay nabuo sa panahon ng pagkasunog. Kasabay nito, ang mga produkto ng pagkasunog ay naglalaman ng (9H P + W P) kg ng kahalumigmigan. Ito ay tumatagal ng humigit-kumulang 2500 kJ ng init upang ma-convert ang 1 kg ng kahalumigmigan sa isang estado ng singaw. Ang init na ginugol sa pagsingaw ng kahalumigmigan ay hindi gagamitin kung ang paghalay ng singaw ng tubig ay hindi mangyayari. Sa kasong ito, nakakakuha kami ng mas mababang calorific value.
Q p H =Q p B -25(H p +W p).
Ang init ng pagkasunog ay tinutukoy ng dalawang pamamaraan: pang-eksperimentong at kinakalkula.
Kapag eksperimento na tinutukoy ang init ng pagkasunog, ginagamit ang mga calorimeter.
Paraan ng pagpapasiya: ang isang bahagi ng gasolina ay sinusunog sa isang aparato (calorimeter), ang init na inilabas sa panahon ng pagkasunog ng gasolina ay hinihigop ng tubig. Alam ang masa ng tubig, ang init ng pagkasunog ay maaaring kalkulahin sa pamamagitan ng pagbabago ng temperatura nito. Ang pamamaraang ito ay mabuti dahil ito ay simple. Upang matukoy ang calorific value, sapat na magkaroon ng data ng teknikal na pagsusuri.
Paraan ng pagkalkula. Dito, ang init ng pagkasunog ay tinutukoy ayon sa pormula ng D. I. Mendeleev:
Q p H = 339С p +1030Н p -109(О p -S p) – 25 W p kJ/kg,
kung saan ang C p, H p, O p, S p at W p ay tumutugma sa nilalaman ng carbon, hydrogen, oxygen, sulfur at moisture sa gumaganang gasolina, %.
Kondisyon na gasolina ay isang konsepto na ginagamit upang i-standardize at isaalang-alang ang pagkonsumo ng gasolina.
Ang conventional fuel ay karaniwang tinatawag na fuel na may mas mababang calorific value (29,310 kJ/kg). Upang i-convert ang anumang gasolina sa maginoo na gasolina, dapat mong hatiin ang calorific value nito sa pamamagitan ng 29,310 kJ/kg, ibig sabihin, hanapin ang katumbas ng gasolina na ito: para sa langis ng gasolina ito ay 1.37-1.43, para sa mga natural na gas - 1.2-1.4 .
4a
4. Pangunahing panggatong para sa mga hurno
Panggatong na langis ay isang produkto ng pagdadalisay ng langis, ito ay ginagamit upang mag-apoy ng mga kalan. Ang init ng combustion ng fuel oil ay 39-42 MJ/kg. Tinatayang komposisyon ng langis ng gasolina: 85-80% C; 10-12.5% HP; 0.5-1.0% (O P + N P); 0.4–2.5% S P ; 0.1-0.2% A R; 2% W P . Ang moisture content ng fuel oil ay hindi dapat lumampas sa 2% kapag umaalis sa refinery. Ang langis ng gasolina ay naglalaman din ng asupre, depende sa porsyento kung saan nahahati ang langis ng gasolina sa mababang asupre (<0,5% Sp), сернистый (0,5-1% Sp) и высокосернистый (>1% Sp).
Ang langis ng gasolina ay nahahati din ayon sa nilalaman ng paraffin nito at ang paraan ng pagdadalisay ng langis. Mayroong straight-distilled fuel oil (low-viscosity) at cracked fuel oil, na may mataas na lagkit. Depende sa lagkit, ang langis ng gasolina ay inuri sa mga grado. Ang fuel oil brand number ay nagpapakita ng conditional lagkit sa temperatura na 50 o C (VU50). Natutukoy ang lagkit gamit ang mga instrumento - viscometer. Ang conditional viscosity ay kinuha bilang ratio ng oras ng daloy ng 200 cm 3 ng produktong langis sa temperatura ng pagsubok sa oras ng daloy ng parehong dami ng tubig na may temperatura na 20 o C. Kaugnay ng tagapagpahiwatig na ito, gasolina nahahati ang langis sa mga grade 40, 100, 200 at MP (fuel oil para sa open-hearth furnaces) .
Habang tumataas ang numero ng tatak ng gasolina, tumataas ang density nito, na 0.95-1.05 g/cm 3 sa 20 o C; Habang tumataas ang temperatura, bumababa ang density.
Kapag naghahanda ng langis ng gasolina para sa pagkasunog, kinakailangang isaalang-alang ang density at grado nito. Ang paghahanda ay binubuo ng sedimentation at pagsasala ng fuel oil upang paghiwalayin ang tubig at mga mekanikal na dumi (clay, buhangin, atbp.), na nagaganap sa mataas na temperatura, na nagreresulta sa paghihiwalay ng fuel oil mula sa tubig: bumababa ang lagkit at density ng fuel oil kapag pinainit, bilang isang resulta kung saan ito lumulutang. Naiipon ang kahalumigmigan sa ilalim ng tangke, at ang dehydrated na langis ng gasolina ay naipon sa itaas.
Kapag nag-draining mula sa mga tangke ng tren, kapag nagpapakain sa pamamagitan ng mga pipeline mula sa mga tangke ng pabrika at pagawaan hanggang sa mga hurno, pati na rin kapag nag-spray ng mga nozzle (ang langis ng gasolina ay karaniwang sinusunog sa isang atomized na estado), ang lagkit ng langis ng gasolina ay napakahalaga. Kung mas mababa ang lagkit, mas kaunting enerhiya ang ginugugol sa pagbomba at pag-spray ng langis ng gasolina. Samakatuwid, mas mataas ang temperatura, mas mababa ang lagkit. Ang temperatura ay pinili ayon sa mga graph ng lagkit, batay sa pagtiyak ng isang kondisyon na lagkit ng langis ng gasolina na 5-10 mga yunit.
Ang flash point ng langis ng gasolina, i.e. ang temperatura ng pag-init, kapag naabot kung saan nagsisimula ang masinsinang pagpapalabas ng mga pabagu-bagong bahagi na maaaring mag-apoy mula sa isang spark o apoy, ay dapat isaalang-alang kapag nagpainit. Karaniwang nag-iiba ang flash point sa loob ng 80-190 o C. At hindi dapat malito ang flash point at temperatura ng pag-aapoy, na nauunawaan bilang temperatura ng pag-init, kapag naabot kung alin (temperatura ng pag-aapoy ng langis ng gasolina ay 530-600 o C , mga gas - 500-700 o C) ang langis ng gasolina ay kusang nagniningas at, sa ilalim ng paborableng mga kondisyon, patuloy na nasusunog.
5. Mga pangunahing prinsipyo ng teorya ng pagkasunog
>Nasusunog ay ang proseso ng mabilis na kemikal na kumbinasyon ng mga nasusunog na elemento ng gasolina na may isang oxidizer (karaniwang oxygen sa hangin), na sinamahan ng paglabas ng init at liwanag.
Tanglaw- isa sa mga uri ng apoy na nabubuo kapag ang gasolina at hangin ay ibinuhos sa hurno. Sa isang tanglaw, na may mga tiyak na hugis at sukat, ang mga proseso ng direktang pagkasunog, pag-init ng pinaghalong sa temperatura ng pag-aapoy at paghahalo ay nangyayari nang sabay-sabay.
Sa teorya ng pagkasunog, ang pagkakaiba ay ginawa sa pagitan ng homogenous at heterogenous na pagkasunog. Ang homogenous na pagkasunog ay nangyayari sa dami, at ang heterogenous na pagkasunog ay nangyayari sa ibabaw ng mga droplet, at pagkatapos, pagkatapos ng pagsingaw ng mga pabagu-bagong bahagi, sa mga particle ng soot. Kung mas maliit ang laki ng butil ng likidong gasolina, mas malaki ang tiyak na lugar sa ibabaw ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng bahagi ng likido at ng bahagi ng gas. Samakatuwid, ang pag-spray ng likidong gasolina ay nagpapahintulot sa iyo na magsunog ng mas maraming gasolina bawat dami ng yunit, ibig sabihin, palakasin ang pagkasunog.
Maaaring mangyari ang homogenous combustion sa dalawang kaso, na tinatawag na kinetic at diffusion. Sa kinetic case, ang isang pre-prepared fuel-air mixture ay ibinibigay sa combustion zone (sabihin, sa working space ng furnace). Ang pangunahing bahagi ng proseso ay ang direktang pag-init ng pinaghalong at ang oksihenasyon ng mga nasusunog na bahagi ng gasolina at pagkasunog. Sa kasong ito, ang tanglaw ay nagiging maikli at mataas ang temperatura. Ang paunang pag-init ng mixture o pagpapayaman sa hangin na may oxygen ay nagpapabilis sa proseso ng pagkasunog: ang pag-init ng halos lahat ng gas-air mixture sa 500 °C ay nagpapataas ng rate ng pagkasunog ng halos 10 beses.
Ngunit ang temperatura ng preheating ng timpla ay hindi dapat lumampas sa temperatura ng pag-aapoy nito. Sa diffusion combustion, ang mga proseso ng pag-init, paghahalo ng halo at pagkasunog ay isinasagawa nang sabay-sabay sa sulo. Ang pinakamabagal na yugto ay ang counter diffusion ng mga molecule ng micro- at macrovolumes ng gas at hangin, sa madaling salita, mixture formation. Samakatuwid, ang sulo ay magiging mas mahaba kaysa sa unang kaso. Sa pagsisikap na bawasan ang haba ng tanglaw, ang mga daloy ng gas at hangin ay nahahati sa magkahiwalay na mga sapa. Gayundin, ang pagtaas ng bilis ng mga jet at pagdidirekta sa mga daloy ng gas at hangin sa isang anggulo sa bawat isa, atbp., ay nakakatulong upang mabawasan ang sulo.
Ang pag-aapoy ng pinaghalong nasusunog na gas at hangin ay posible lamang sa isang tiyak na ratio. Ang kanilang mga limitasyon sa ratio ay tinatawag na mga limitasyon sa konsentrasyon. Mayroong mas mababa at itaas na mga limitasyon na tinutukoy ng maximum na nilalaman ng nasusunog na gas sa pinaghalong, %. Para sa hydrogen, ang mga limitasyon ay 4.1 - 75; carbon monoxide - 12.5-75; mitein – 5.3-14; coke oven gas - 5.6-30.4, at para sa natural na gas - 4-13.
Sa heating engineering, ang konsepto ng thermal stress ay kadalasang ginagamit, na nangangahulugang ang dami ng init na inilabas kapag nagsusunog ng gasolina bawat yunit ng oras, bawat 1 m 3 ng pugon o nagtatrabaho na espasyo ng pugon. Para sa likidong gasolina umabot ito sa 600 kW / m 3, at para sa gas na gasolina ito ay dalawang beses na mas marami.
6. Analytical na pagkalkula ng fuel combustion
>Ang mga sumusunod na ratios at dami ay ginagamit para sa mga kalkulasyon:
1) ang ratio ng volumetric na nilalaman ng nitrogen sa oxygen sa ordinaryong hangin na hindi pinayaman ng oxygen, k= 3,76;
2) molekular na bigat ng mga elemento ng kemikal (para sa hydrogen ito ay humigit-kumulang katumbas ng 2, para sa nitrogen - 28, oxygen at sulfur - 32 kg / mol);
3) dami ng mga produkto ng hangin at pagkasunog sa ilalim ng normal na mga kondisyon (temperatura 0 °C, presyon 101.3 kPa).
Isaalang-alang ang komposisyon ng likidong gasolina:
Kasama si P + N P + O P + N P + S p + A p + W p = 100.
Ang mga nasusunog na bahagi ay carbon, hydrogen at sulfur. Kapag gumagamit ng tuyong hangin, ang mga reaksyon ng kumpletong pagkasunog ng mga sangkap ay may anyo:
C + O 2 + kN 2=CO2+kN 2 + Q 1 ;
2H 2 + O 2 + kN 2=2H 2 O + kN 2+ Q 2 ;
S + O 2 + kN 2= KAYA 2+ kN 2+Q 3 .
Kapag nasunog ang 1 mole ng carbon at sulfur, 1 mole ng oxygen ang natupok. Kapag nasunog ang 2 moles ng hydrogen, 1 mole ng oxygen ang natupok din. Para sa bawat nunal ng oxygen, k moles ng nitrogen ay ipinapasok sa pugon. Ang nitrogen ay napupunta sa mga produkto ng pagkasunog. Samakatuwid, halimbawa, kapag nasunog ang 1 mole ng carbon, nakuha ang 1 mole ng carbon dioxide at 3.76 moles ng nitrogen. Kapag nasusunog ang carbon gamit ang reaksyong ito 6b tion, ang dami ng init na Qt ay inilabas. Kapag nasusunog ang hydrogen, ang sarili nitong komposisyon ng mga produkto ng pagkasunog ay nabuo at ibang halaga ng init ang inilalabas.
Ang pagkasunog ng 1 mole ng carbon ay nangangailangan ng 1 kmol ng oxygen na may dami na 22.4 m 3. Kung kailangan mong kalkulahin ang pagkonsumo ng oxygen sa bawat 1 kg ng carbon, kung gayon ang dami ng 1 kmol ng oxygen ay nahahati sa molecular weight ng carbon na katumbas ng 12. Samakatuwid, 22.4 / 12 = 1.867 m 3 / kg ng oxygen ay natupok bawat 1 kg ng carbon. Nangangatuwiran din, nalaman namin na ang pagkasunog ng 1 kg ng hydrogen ay nangangailangan ng 22.4 / /(2 O2) = 5.5 m 3 ng oxygen (ang produkto sa denominator ay nangangahulugan na ang dalawang molekula ng hydrogen na may molecular weight na 2 ay nakikibahagi sa reaksyon ng pagkasunog. ). Ang pagkasunog ng 1 kg ng asupre ay kumonsumo ng 22.4 / 32 = 0.7 m 3 ng oxygen.
Ang ratio ng aktwal na daloy ng hangin sa teoretikal na kinakailangang daloy ay tinatawag na air flow coefficient:
? = L a /L 0 , o L a = ?L 0 ,
saan L a At L 0– aktwal at teoretikal na mga rate ng daloy ng hangin, m 3 /kg o m 3 /m 3. Ang air consumption coefficient ay depende sa uri ng gasolina, ang disenyo ng fuel-burning device (burner o nozzle) at ang temperatura ng pag-init ng hangin at gas.
7. Kontrol sa bilis ng daloy ng hangin
>Kung may kakulangan ng hangin o hindi perpektong mga kagamitan sa pagkasunog ng gasolina, maaaring hindi kumpleto ang pagkasunog.
Ang pagkakaroon ng mga nasusunog na sangkap (carbon monoxide, hydrogen, methane o itim na carbon) sa mga produktong combustion ay nagdudulot ng hindi kumpletong pagkasunog ng kemikal o, gaya ng madalas nilang sinasabi, chemical underburning ng gasolina. Ang huli ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkawala ng init bilang isang porsyento ng mas mababang calorific na halaga ng gasolina.
Kung mas mataas ang rate ng daloy ng hangin, mas kumpleto ang proseso ng pagkasunog. Gayunpaman, ang pagtaas sa koepisyent na ito ay humahantong sa pagtaas ng pagkonsumo ng hangin at makabuluhang pagkawala ng init sa mga gas na umaalis sa pugon. Ang temperatura sa pugon ay bumababa, na humahantong sa isang pagkasira sa paglipat ng init sa lugar ng pagtatrabaho at pagtaas ng oksihenasyon ng mga metal. Samakatuwid, sa pagsasagawa ng mga operating furnace, nagsusumikap silang piliin ang pinakamainam na rate ng daloy ng hangin a.
Kontrolin a isinasagawa sa pamamagitan ng dalawang pamamaraan. Gamit ang isa sa mga ito, ang pagkonsumo ng gasolina at hangin ay sinusukat at ang isang ay tinutukoy gamit ang mga paunang nakalkula na mga talahanayan, gayunpaman, ang pamamaraang ito ay hindi nagpapahintulot na isinasaalang-alang ang hangin na pumapasok sa hurno sa pamamagitan ng mga gumaganang bintana at mga pagtagas sa pagmamason ng mga hurno. Samakatuwid, ang rate ng daloy ng hangin ay pana-panahong sinusuri batay sa komposisyon ng mga produkto ng pagkasunog gamit ang mga gas analyzer. Tinutukoy ng pagsusuri ng kemikal ang nilalaman ng RO2, CO, H2, CH4 at O2 sa mga produkto ng pagkasunog, at pagkatapos ay ang paggamit ng formula ng S. G. Troiba ay tumutukoy sa isang:
? = 1+ UO 2 kubo/ ?RO 2 .
Dito O 2 labis = O 2 – 0.5CO – 0.5H 2 – 2CH 4 ang nilalaman ng labis na oxygen.
RO 2 = RO 2 + CO + CH 4 +…,%;
U– koepisyent depende sa uri ng gasolina.
Para sa gasolina ng langis U= 0.74, para sa natural na gas - 0.5.
Tingnan natin ang mga halimbawa.
Gawain.
Tukuyin a, kung RO 2 14%, CO 4%, CH 4 0.5%; H 2 1%, O 2 2%.
O 2 g = 2 – 0.5(4 + 1) – 2 O 0.5 = -1.5%;
RO 2 = 14 + 4 + 0.5 = 18.5%;
a= 1 – 0.5 O 1.5 / 18.5 = 0.96.
8. Paggamit ng enerhiya
>Ang ilang mga probisyon sa larangan ng thermal operation ng mga furnace ay maaaring makuha nang direkta mula sa klasikal na thermodynamics ng mga nababaligtad na proseso.
Ang thermal na gawain ng isang pugon ay nauunawaan bilang ang kabuuan ng mga thermal na proseso na nagaganap dito, ang pangwakas na layunin kung saan ay ang pagkumpleto ng isa o isa pang teknolohikal na proseso.
Isipin natin ang isang pugon bilang isang kumbinasyon ng mga zone ng teknolohikal na proseso ZHT at init henerasyon ZHT, protektado mula sa kapaligiran sa pamamagitan ng pagmamason (lining) K. Ang materyal M ay puro sa teknolohikal na proseso ng zone Ayon sa unang batas ng thermodynamics, ang mga sumusunod ang equation ay maaaring isulat:
Q eh? K.I.E =Q M + Q k
saan Q e– ipinakilala na kapangyarihan, W/kg;
? K.I.E– koepisyent ng paggamit ng enerhiya sa loob ng working space ng furnace;
Q M , Q k– ayon sa pagkakabanggit, ang kapangyarihan na hinihigop ng materyal M at pagmamason SA, W/kg.
Ang lahat ng mga halaga sa equation (1) ay nauugnay sa 1 kg ng materyal na masa M.
Salik sa paggamit ng enerhiya ? K.I.E pangunahing nakasalalay sa uri ng enerhiya. Kaya, ang elektrikal na enerhiya ay maaaring ganap na ma-convert sa init na hinihigop ng materyal (kapaki-pakinabang) at pagmamason, samakatuwid ? K.I.E= 1. Kapag ginamit ang chemical fuel energy sa mga furnace, ang energy utilization coefficient ? K.I.E laging mas mababa sa isa. Sa mga kalan ng gasolina ay tinatawag ang koepisyent na ito kadahilanan ng paggamit ng init? K.I.T Ang koepisyent ay nagpapakilala sa pinakamahalagang konsepto ng kahusayan ng enerhiya sa ilalim ng mga partikular na kondisyon. Sa pangkalahatan, ang halaga ng bkie ay maaaring isulat tulad ng sumusunod:
? K.I.E= (Q e – Q? e)/Q e=1 – Q? e/Q e,
saan Q3– kapangyarihan, na sa anyo ng kemikal at pisikal na init ng gas phase ay lumampas sa working space ng furnace, W/kg.
Magnitude ? K.I.E ay tinutukoy, sa isang banda, sa pamamagitan ng pagkakumpleto ng pagkasunog ng gasolina sa isang naibigay na koepisyent ng pagkonsumo ng oxygen, ibig sabihin, sa pamamagitan ng bilis ng paghahalo ng gasolina at oxygen, at, samakatuwid, sa pamamagitan ng pagiging perpekto ng mga proseso ng paglipat ng masa. Sa kabilang banda, ang halaga ? K.I.E depende sa temperatura ng mga gas na umaalis sa pugon, i.e. sa pagiging perpekto ng mga proseso ng pagpapalitan ng init.
Ang kahusayan ng init at kemikal na enerhiya ay nakasalalay sa ibinigay na mga kondisyon ng teknolohikal na proseso at samahan ng init at mga proseso ng paglipat ng masa at samakatuwid ay kumakatawan sa isang dami na ang halaga ay hindi matagpuan gamit ang thermodynamics ng nababaligtad na mga proseso, dahil ito ay nauugnay sa mga kinetics ng init at mass transfer.
9. Temperatura at thermal kondisyon
>Ang panloob na enerhiya ng isang sistema ay binubuo ng kinetic at potensyal na enerhiya. Kinetic energy– ang enerhiya ng random na paggalaw ng mga atomo at molekula, potensyal na enerhiya – ang enerhiya ng kanilang kapwa pagkahumaling at pagtanggi.
Alinsunod sa kinetic theory ng mga gas (Maxwell-Boltzmann law), ang thermodynamic na konsepto ng equilibrium temperature para sa isang ideal na gas ay maaaring matukoy gamit ang equation:
T=2NEn/3R= Nmw n 2 / 3R,
saan E p– enerhiya n mga particle na may mass m sa isang makitid na hanay ng kanilang mga bilis;
N– numero ni Avogadro;
R- pare-pareho ang gas.
Ang epektibong temperatura ay isang tiyak na kondisyon (nabawasan) na temperatura ng bahagi ng pag-init ng pugon, kung saan ang parehong density ng radiation heat flux sa ibabaw ng pag-init ay sinisiguro lamang mula sa heating na bahagi ng furnace, na aktwal na naroroon sa pugon. pinag-uusapan.
Ang mga aktwal na temperatura ng apoy (heater) at ang panloob na ibabaw ng lining ay nakadepende sa temperatura ng heating surface at heat generation at, sa pangkalahatan, din sa lokasyon sa furnace at sa oras. Ang mga pagbabago sa mga halagang ito sa haba ng pugon at sa paglipas ng panahon T = f(l, t) ay nagpapakilala sa temperatura ng rehimen ng pugon.
Ang dami ng init na nabuo, na ipinahayag sa watts, ay tinatawag na thermal power Q T.M. . Sa nakatigil na mode, ang thermal power ay isang pare-parehong halaga na hindi nakasalalay sa oras ( Q T.M. = const). Sa non-stationary mode Q T.M. = f(t). Ang ratio ng maximum na thermal power sa average na kapangyarihan ay tinatawag minsan boost factor:
Ф = ( Q T.M.) max /( Q T.M.) cp
Kung gagamitin namin ang Dt upang tukuyin ang tagal ng isang teknolohikal na operasyon:
(Q T.M. ) av = Q? / ? t.
Mga kumbinasyon ng temperatura at thermal na rehimen.
1. Halos pare-pareho ang temperatura at mga thermal na kondisyon sa paglipas ng panahon
(T n (t) = const; Q T.M. (r) = const).
2. Variable temperature at pare-pareho ang thermal regimes sa paglipas ng panahon
(T n (t) = const; Q T.M. (t) = const).
3. Time-variable na temperatura at mga thermal na rehimen
(T n (t) = const; Q T.M. (t) = const), halimbawa mga balon ng pagpainit para sa mga ingot.
4. Time-constant na temperatura at variable na thermal regimes
(T n (t) = const; Q T.M. (t) = const).
10. Balanse ng init. Mga papasok na item sa balanse
>Minsan tinatawag ang balanse ng init na pinagsama-sama sa maikling panahon instant. Pagtatalaga ng instant na balanse– paglilinaw ng dynamics ng pagkonsumo ng enerhiya para sa teknolohikal na proseso, kung ang proseso ay nangyayari sa hindi nakatigil na mga kondisyon ng thermal (batch furnaces).
Para sa mga batch furnace, ang pagsasama-sama ng mga balanse ng init ay naiiba dahil ang lahat ng mga item ng balanse ng init ay nagbabago sa paglipas ng panahon (para sa tuluy-tuloy na mga furnace sila ay pare-pareho sa paglipas ng panahon), samakatuwid, kapag nag-iipon ng balanse para sa isang tiyak na tagal ng panahon, kailangan mong kunin ang average na mga halaga para sa tinukoy na panahon. Ang pangalawang tampok ay ang presensya sa heat loss article ng isang component para sa heat accumulation ng Qakk masonry, na maaaring magkaroon ng ibang senyales: positive kapag tumaas ang temperatura sa furnace at negatibo kapag bumababa ito sa panahon ng teknolohikal na proseso.
Sa karamihan ng mga kaso, ang mga equation ng balanse ng init ay nalulutas sa paggalang sa pagkonsumo ng gasolina B.
Ang reverse heat balance, kabilang ang mga instantaneous, ay kadalasang ginagamit kapag nag-aaral ng mga operating furnace. Ang mga reverse heat balance equation ay kadalasang nireresolba nang may kinalaman sa kapaki-pakinabang na init Qm at ginagamit ito para hanapin ito batay sa mga eksperimentong pagpapasiya ng lahat ng iba pang item ng balanse.
Kapag nag-iipon ng balanse ng init, kinakailangan upang matiyak na ang lahat ng dami ng input at output na ginamit sa balanse ng init ay kinuha para sa mga hangganan ng bahaging iyon ng bagay kung saan ang balanse ng init ay pinagsama-sama. Upang maiwasan ang mga posibleng pagkakamali sa pagpili ng isang halaga para sa pagguhit ng balanse ng init, maginhawang gamitin ang diagram ng kaukulang bagay. Kinakailangan na gumuhit ng mga auxiliary contours sa diagram na ito na bumalandra sa mga linya ng daloy ng materyal sa mga naaangkop na lugar.
Ang mga item sa balanse ay maaaring ipahayag sa dami ng init sa joules sa isang tiyak na tagal ng panahon o sa mga katumbas na halaga ng thermal power.
Mga papasok na item sa balanse
1. Enerhiya ng kemikal ng gasolina Q XT o enerhiyang elektrikal Q e. Kung SA– pagkonsumo ng gasolina, kg/s o m 3/s, at Q p H – init ng pagkasunog nito, pagkatapos:
Q XT = SA Q p H
2. Init na ipinakilala ng pinainit na gasolina, Q FT.
3. Ang nagreresultang thermal effect ng mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa panahon ng teknolohikal na proseso, Q TECHN. Kung negatibo ang epekto, ililipat ang item na ito sa bahagi ng gastos ng balanse.
4. Init na ipinakilala ng hangin na ipinakilala upang magsunog ng gasolina para sa mga layuning pang-teknolohiya, Q PV, sa.
5. Heat na ipinakilala ng pinainit na solid at liquid charge na materyales, Q FM.
11. Mga item sa gastos sa balanse
>1. Init ng solid at likidong mga produkto ng teknolohikal na proseso Q FP
2. Init ng mga maubos na gas (kemikal at pisikal), kabilang ang mga gas na produkto ng teknolohikal na proseso at hangin na sinipsip mula sa atmospera, Q yx.
3. Mga pagkawala ng init (kabuuan) mula sa mekanikal na underburning sa pamamagitan ng pagmamason (thermal conduction at accumulation), radiation sa pamamagitan ng mga butas na may cooling water Q na pawis.
Ang pagbubuod ng mga papasok at papalabas na item ng balance sheet, na tinutumbasan ang mga halagang ito, nakakakuha tayo ng equation ng heat balance na pantay na balido para sa anumang klase at uri ng furnace, at, siyempre, hindi lahat ng item sa bawat partikular na balanse ay maaaring maganap:
Q XT + Q ee + Q FT ± Q TECH + Q FB + Q FM = Q FP + Q yx + Q pawis
Ang kanang bahagi ng equation ay kumakatawan sa kapaki-pakinabang na ginamit na init qm, at ang kaliwang bahagi ay nagpapakita ng pagpapahayag nito sa pamamagitan ng mga thermotechnical na dami, na medyo madaling sukatin sa mga praktikal na kondisyon.
Ang ratio ng kapaki-pakinabang na ginamit na init sa pagdating ng init na may gasolina at hangin ay tinatawag na koepisyent ng kapaki-pakinabang na paggamit ng init:
? KPT =Q M /(Q XT + Q FT + Q ФB).
Ang halagang ito ay katulad ng kahusayan, isang konseptong ginagamit sa pagtatasa ng pagganap ng mga makina at mekanismo. Ang koepisyent ng kapaki-pakinabang na paggamit ng init ay nagpapakilala sa kahusayan ng thermal operation ng furnace at nagbibigay-daan sa iyo na ihambing ang kahusayan ng enerhiya ng iba't ibang mga furnace. Ipagpalagay natin na ang mga numero ng tubig W (ang numero ng tubig W ay katumbas ng produkto ng kapasidad ng init at ang rate ng daloy ng masa) ng mga produkto ng pagkasunog at mga paunang sangkap (gatong at hangin) ng pagkasunog ay pantay, pagkatapos ay palitan qyx sa equation ng balanse ng init at paghahati sa W, nakukuha natin:
saan ? balyena. - koepisyent ng kahusayan ng gasolina;
saan T theor iT f theor– theoretical combustion temperature ng gasolina nang wala at isinasaalang-alang ang pisikal na init ng gasolina at combustion air; Т agr х - temperatura ng mga maubos na gas mula sa yunit.
Dahil si T agr. uh at O in. Ang pawis ay medyo mababa, sa lawak na ang teoretikal na temperatura ng pagkasunog kapag nagpainit ng hangin dahil sa init ng mga gas na tambutso ay nakasalalay (sa isang ibinigay na teoretikal na temperatura ng pagkasunog ng gasolina sa malamig na hangin) sa koepisyent ng paggamit ng init sa puwang ng pagtatrabaho ng hurno:
12. Thermodynamic na mga prinsipyo ng pagsusuri at disenyo ng mga hurno
>Ang pagtatasa ng pagpapatakbo ng mga hurno mula sa punto ng view ng thermodynamics ay ginagawang posible na magtatag ng ilang mga pangkalahatang prinsipyo na nagpapakilala sa mga huling resulta ng pagpapatakbo ng mga hurno.
Ang aplikasyon ng una at pangalawang batas ng thermodynamics ay nagpapahintulot sa amin na suriin ang mga resulta ng enerhiya ng nakumpletong proseso ng paglipat ng init o tinukoy na mga elemento ng naturang proseso, at sa parehong oras ay hindi nagpapahintulot sa amin na matukoy ang pagiging produktibo ng mga thermal device at, sa partikular, mga hurno.
Ang pagtatasa ng enerhiya ay nagbibigay-daan sa amin upang hatulan ang pagkakumpleto ng paggamit ng enerhiya sa isang partikular na thermal device at walang sinasabi tungkol sa pagganap ng inilipat na enerhiya. Sa kabaligtaran, ang pagtatasa ng exergy ay ginagawang posible upang hatulan ang hindi na mababawi na pagkalugi ng enerhiya, ang mga katangian ng husay ng inilipat na enerhiya at hindi nagpapahintulot sa amin na hatulan ang pagkakumpleto ng paggamit ng enerhiya sa isang partikular na aparato.
Para sa parehong pagkonsumo ng enerhiya, ang proseso ng paglipat ng init ay, sa prinsipyo, mas mahusay, mas mataas ang temperatura ng daluyan na tumatanggap ng init, dahil mas mababa ang depreciation ng enerhiya. Sa parehong exergy ng heating medium, lumalala ang paggamit ng enerhiya sa thermal device habang tumataas ang heating surface temperature na kinakailangan para sa mga teknolohikal na dahilan. Kung mas mataas ang kinakailangang temperatura ng ibabaw ng pag-init, mas mataas ang exergy ng medium ng pag-init ay dapat at mas mataas ang mga kinakailangan para sa kalidad ng gasolina at ang mga kondisyon para sa pagkasunog nito. Sa kabaligtaran, sa mababang temperatura ng heating surface o heated medium, ang paggamit ng heating medium na may mataas na exergy ay hindi praktikal, dahil ang proseso ng energy depreciation ay nangyayari pa rin.
Ang mga hurno ay kinakalkula at idinisenyo upang makamit ang pinakamataas na posibleng kahusayan sa enerhiya ? k at e.
Para makuha ang maximum ? agrigate whale ? Ang workspace kit ay dapat mayroong ilang pinakamainam, ngunit hindi maximum, na halaga.
Pagsusuri ng mga gasolina sa pamamagitan ng pagkalkula ng mga posibleng halaga ? balyena. Ang yunit sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ng pagkasunog ng gasolina ay napakahalaga para sa disenyo ng mga hurno at ang pagtatatag ng mga makatuwirang mode ng kanilang operasyon.
13. Mga kinakailangan para sa tanglaw ng mga open-hearth furnaces
>Aerodynamic contours– ito ang geometric na lokasyon ng mga punto kung saan ang bilis ng jet ay lumalapit sa zero. Ang mga contour ng combustion ay tinutukoy ng dami ng kemikal na underburning ng gasolina, habang ang longitudinal coordinate na tumutugma sa haba ng combustion contour ay ang haba ng apoy L f.
Upang mapadali ang matematikal na paglalarawan ng mga proseso ng pagkasunog sa isang tanglaw at ang kanilang pagkalkula, ipinapayong magtakda ng ilang pinakamababang halaga ng underburning, na magpapakita ng tabas ng tanglaw at ang haba nito. Upang mapag-isa ang laki na ito, ang figure ay dapat na 0.5% CO o ang katumbas na halaga q 3. Para sa mga high-calorie fuel (gaya ng fuel oil, natural at coke oven gas) ang halaga ng 0.5% CO sa mga produktong combustion sa a=1 ay tumutugma sa pagkawala ng init q з =1.3-1.8%. Samakatuwid, upang matantya ang haba ng apoy ng mga panggatong na ito, maaaring kunin ang isang halaga na humigit-kumulang 2% (isinasaalang-alang ang isang tiyak na halaga ng hydrogen sa mga produkto ng pagkasunog).
Haba ng tanglaw. Bilang isang patakaran, ang isang open-hearth furnace ay nangangailangan ng isang maikling tanglaw. Sa panahon ng pagpuno, ang nakikitang bahagi nito ay dapat magtapos ng humigit-kumulang sa gitna ng pugon na nagtatrabaho na espasyo, at sa panahon ng pagtatapos ay ipinapayong pahabain ang sulo upang ito ay sumasakop sa 3/4 ng haba ng paliguan. Ngunit palaging kinakailangan na ang huling window ng pagpuno sa kahabaan ng landas ng sulo ay malinis at walang mga palatandaan ng pagkasunog ng gasolina.
Hugis ng tanglaw. Sa mga open hearth furnaces, ang hugis ng torch ay pinakamahalaga. Kinakailangan na ito ay patag - takpan ang bathtub nang hindi maaaring hawakan ang harap at likurang mga dingding, at maging malayo hangga't maaari mula sa pangunahing arko, ibig sabihin, ayon sa mga visual na obserbasyon, dapat itong maging manipis at walang prominente. Ang ganitong uri ng tanglaw ay karaniwang tinatawag patag at matigas.
Ito ang dahilan kung bakit kailangan ang mga espesyal na nozzle para magpainit ng mga open-hearth furnace. Ang anggulo ng pagkahilig ng nozzle sa salamin ng paliguan ay dapat piliin upang matiyak ang kinakailangang hugis ng tanglaw at ang pagpapapangit nito ay hindi nangyayari nang labis.
Ang laki ng tanglaw at ang hugis nito ay madalas na hinuhusgahan ng topograpiya ng pagkawasak ng pagmamason ng mga open-hearth furnaces (mga vault at dingding). Bilang isang patakaran, ang lokal na pagkawasak ay nangyayari kasama ang tabas ng sulo.
Mga katangian ng bilis. Siyempre, upang matiyak ang flatness at rigidity ng torch, ang mga aerodynamic na katangian nito ay dapat na sapat na mataas, ibig sabihin, ang paunang bilis ng jet outflow mula sa nozzle at ang bilis ng pagpapalawak ng torch malapit sa paliguan kasama ang buong haba nito ay dapat na sapat na malaki upang ang tanglaw ay hindi humiwalay sa paliguan at itinaas ito sa arko.
Tinutukoy ng mga katangian ng bilis ang haba ng tanglaw at ang kakayahang mag-oxidize. Bilang karagdagan, sinasalamin nila ang antas ng direktang mekanikal na epekto ng sulo sa paliguan ng pugon, na kinakailangan upang mabawasan ang foaming at mapabuti ang pagkulo ng paliguan.
14. Oxidizing kapasidad, radiation katangian ng tanglaw
>Kapasidad ng oxidizing. Ang daloy ng mga proseso na napakahalaga para sa teknolohiya, lalo na ang proseso ng carbon oxidation, ay higit na nakasalalay sa organisasyon ng sulo sa isang open-hearth furnace. Ang mga proseso ng oksihenasyon ng mga dumi sa paliguan ay pangunahing tinutukoy ng mga proseso ng paglipat ng masa, tulad ng ipinapakita sa teknikal na panitikan.
Upang paigtingin ang paglipat ng init sa lugar ng pagtatrabaho ng mga open-hearth furnace (lalo na ang mga malalaking sukat na tumatakbo sa likidong cast iron), kinakailangang gawin ang lahat ng mga hakbang upang mapabilis ang pagsasakatuparan ng enerhiya ng kemikal ng mga impurities sa paliguan at ang afterburning ng carbon monoxide direkta sa ibabaw ng paliguan. Ang prosesong ito ay nagpapabilis sa sarili: ang paglikha ng mga kondisyon para sa matinding pagkasunog ay nagsisiguro ng pagkulo ng paliguan, na kung saan ay nagtataguyod ng paglipat ng init at oxygen mula sa kapaligiran ng hurno patungo sa paliguan. Samakatuwid, ang anumang pagpapabuti sa supply ng hangin na pinainit sa mga regenerator sa ibabaw ng paliguan ay lumilikha ng mga kondisyon para sa pagpapabilis ng smelting. Ang mass transfer ay maaaring paigtingin sa pamamagitan ng paglikha ng isang maikli at nakadirekta na tanglaw at paggamit ng mga intensifier. Hindi natin dapat kalimutan ang tungkol sa pangangailangan para sa wastong pamamahagi ng init at oxidizer sa ibabaw ng paliguan upang ang paliguan ay kumukulo nang pantay-pantay at walang bula ang slag. Ang pangangailangang ito ay maaaring matugunan sa pamamagitan ng pagpili ng isang tanglaw na may naaangkop na haba at pagtiyak sa mga tiyak na katangian ng radiation nito, na, natural, ay imposible nang walang paraan ng pagkontrol sa tanglaw.
Mga katangian ng radiation. Ang tanglaw ng isang open-hearth furnace ay dapat na maliwanag, ibig sabihin, may pinakamataas na posibleng antas ng kadiliman (sa sapat na mataas na temperatura). Ang prinsipyong ito, na walang pag-aalinlangan sa mga praktikal na kondisyon, ay tinanong sa teorya paminsan-minsan, simula sa mga gawa ni E. K. Wensthrom. Gayunpaman, sa bawat oras na ang mga resulta ng pananaliksik at ang karanasan sa pagpapatakbo ng mga hurno ay pinabulaanan ang gayong mga pag-aalinlangan, tulad ng, halimbawa, nangyari kamakailan kapag nagko-convert ng mga open-hearth furnace sa pagpainit gamit ang natural na gas at pinapatakbo ang mga ito sa magaan na langis ng gasolina. Malinaw na sa pagsasama-sama ng huling dalawang kinakailangan para sa isang tanglaw ("maikli" at sa parehong oras "maliwanag"), mayroong isang tiyak na pagkakasalungatan, dahil mas mabilis ang mga proseso ng paghahalo ng gasolina sa hangin at mga proseso ng pagkasunog, mas kaunti. ang mga pagkakataon ay nilikha para sa pagpapalabas ng mga carbonaceous compound na nagbibigay ng ningning ng sulo.
Ang teoretikal na pananaliksik ay tiyak upang matulungan ang mga taga-disenyo at manggagawa sa produksyon na mahanap ang pinakamabisang tanglaw. Dahil ang intensity ng init at mass transfer process at furnace life ay higit na tinutukoy ng haba ng torch, ang mga researcher ay pangunahing naghahanap ng sagot sa pinakamahalagang tanong: ano ang haba ng torch at sa anong mga salik ito nakasalalay.
15. Thermal engineering studies ng open hearth furnaces
>Sa panahon ng paghahanap para sa mga bagong paraan ng pagpainit ng mga open-hearth furnaces na may fuel oil, ang mga thermal engineering studies ay isinagawa at ang pag-uugali ng asupre sa working space ng furnace ay pinag-aralan. Isang gas-oil furnace, mga furnace na pinainit gamit ang fuel oil na na-spray sa working space nito, at mga furnace na pinainit ng gasified fuel oil ay pinag-aralan.
Kapag nagsasagawa ng mga pag-aaral ng thermal engineering, ang mga furnace ay pangunahing pinainit gamit ang magaan, mababang lagkit na mga langis ng gasolina na nagmumula sa mga refinery ng langis sa timog. Sa panahon ng pagtatapos, ang lahat ng mga hurno ay nagpapanatili ng parehong thermal load: ang pagkonsumo ng langis ng gasolina ay 2400 kg / h, at k = 1.3.
Upang makontrol ang pagkakumpleto ng pag-aalis ng uling, ang isang sumisipsip na lana na filter ay na-install sa likod ng pangunahing filter ng lana ng salamin.
Ang temperatura ng gas sa span ng gas (sa layo na 150 mm bago lumabas ang gas sa caisson) ay sinusukat gamit ang isang tungsten-rammolybdenum bayonet thermocouple na naka-mount sa isang water-cooled na casing. Ang nagtatrabaho junction ng thermocouple ay protektado ng isang quartz tip.
Ang pag-aaral ng mga katangian ng radiation ng mga sulo ay nagsimula sa pagsukat ng mga temperatura ng radiation ng sulo at pagmamason sa haba ng pugon na nagtatrabaho sa espasyo. Para sa layuning ito, ginamit namin ang RAPIRA total radiation pyrometer na may TERL-50 telescope. Limang pyrometer ang permanenteng na-install at itinuro sa sulo sa pamamagitan ng mga tuyer na pinalamig ng tubig na naka-install sa likurang dingding ng pugon. Ang pag-install ng mga pyrometer sa likurang dingding ng hurno ay naging posible na magsagawa ng mga eksperimento sa buong proseso ng pagtunaw.
Upang sukatin ang mga daloy ng init, ginamit ang isang VNIIMT thermal probe, na ipinakilala sa working space ng furnace sa pamamagitan ng mga peepholes ng charging windows.
Para sa isang mas kumpletong pag-aaral ng mga katangian ng radiation ng mga sulo, ang kanilang mga antas ng kadiliman at mga temperatura ng Schmidt ay natukoy. Dami vf tinutukoy sa apat na punto sa kahabaan ng pugon na nagtatrabaho na espasyo.
Ang mga heat flux ay sinusukat gamit ang isang acute-angle radiation pyrometer.
Kapag na-calibrate ang end radiometer, kasabay ng pagtukoy ng mga halaga ng sandali ng pag-off ng fuel oil, kinuha ang mga sample ng gas mula sa working space ng furnace. Ang pagsusuri ng kemikal ng mga sample na ito ay nagpakita na ang mga sumisipsip na bahagi ng furnace atmosphere ay hindi maaaring magkaroon ng anumang kapansin-pansing epekto sa mga resulta ng pagkakalibrate (CO 2 content<0,1%).
Ang likas na katangian ng pag-asa ng TC at PM sa mga pagbabasa ng radiometer ay naging halos pareho para sa lahat ng mga furnace na pinag-aralan.
16. Pag-aaral ng mga katangian ng radiation ng sulo
>Temperatura ng pagkasunog ng tanglaw:
saan L R f.k.– haba ng apoy M;
x– moisture content ng fuel oil, kg/kg.
Nakuha sa pamamagitan ng pagpainit ng mga hurno na may gasified fuel oil.
Sa mga hurno na pinainit ng gasified fuel oil, ang mataas na halaga ng wf ay nakuha. Ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng matinding soot emission sa panahon ng oxidative cracking ng fuel oil, pati na rin ang mas malaking kapal ng radiating layer ng torch. Sa unang kalahati ng puwang na nagtatrabaho sa pugon, ang antas ng emissivity ay nasa hanay na e f = 0.7-0.95 at medyo maliit ang pagkakaiba sa haba ng tanglaw. Malapit sa gitna ng working space, ef ay bumababa nang husto at sa dulo ay naabot nito ang pinakamababang halaga nito ( e f = 0.13-0.18).
Ang isang malinaw na kapansin-pansin na epekto ng uri ng langis ng gasolina sa mga katangian ng radiation ng sulo ay naobserbahan sa isang dalawang-channel na hurno ng langis ng gasolina. Ang pagtaas ng lagkit ng langis ng gasolina ay sinamahan ng pagtaas ng mga halaga ng e f sa buong haba ng pugon. Kaya, kapag gumagamit ng langis ng gasolina ng grade 40 laban sa pangalawang window ng pagpuno sa kahabaan ng flare, ang halaga ay e f = 0.67, at kapag nasusunog ang langis ng gasolina ng grade 80 e f = 0.76. Habang tumaas ang numero ng grado ng langis ng gasolina, tumaas din ang paglipat ng init.
Ang tibay ng pugon ay nauugnay din sa lagkit ng langis ng gasolina, dahil habang tumataas ang lagkit, bumaba ang pinakamataas na temperatura ng apoy sa dulo ng lugar ng pagtatrabaho.
Ayon sa mga visual na obserbasyon, kapag pinainit ang isang pugon na may mataas na lagkit na langis ng gasolina, ang ningning ng tanglaw ay pinananatili hanggang sa 2/3 ng haba ng lugar ng pagtatrabaho, ang slag ay bumubula nang mas kaunti at ang metal ay uminit nang mas mabilis.
Kapag nagpainit ng dalawang-channel na hurno na may fuel oil grade 80, ang sobrang init na singaw sa ilalim ng presyon ng 11 atm at naka-compress na hangin sa ilalim ng presyon ng 5.5-6.0 atm ay ginamit bilang isang spray. Sa kaso ng atomizing fuel oil na may compressor air, ang isang bahagyang pagtaas sa antas ng itim ng sulo, pati na rin ang q fc, ay naobserbahan.
Ang mga resulta ng mga pag-aaral ng thermal operation ng mga hurno ay nagpapahintulot sa amin na gumuhit ng mga sumusunod na konklusyon:
1) ang komposisyon at temperatura ng kalahating gas ng langis ng gasolina ay tinutukoy ng halaga ng pangunahing koepisyent ng pagkonsumo ng hangin sa panahon ng gasification ng langis ng gasolina; ang pinakamainam na halaga nito ay isang 1 tungkol sa 0.4;
2) kapag gumagamit ng light at low-viscosity fuel oil, ang pinakamataas na halaga ng heat absorption heat fluxes na insidente sa paliguan, isang mataas na halaga sa ugat ng sulo at sa unang kalahati ng pugon, at ang pinakamababang halaga malapit sa ulo ng paglilinis ay nakuha para sa mga hurno na pinainit ng gasified fuel oil;
3) kapag nagsusunog ng mabibigat na langis ng gasolina, ang pagkakaiba ay pareho sa ganap at kamag-anak na mga halaga.
17. Mga pangunahing thermodynamic na parameter ng estado ng gas
>Presyon
R– isang sukat ng puwersa na kumikilos sa ibabaw ng yunit:
R= lim ?Fn / ?S = dFn/ dS,
kung saan DS -> 0; ?Fn – puwersa na nakadirekta patayo sa surface area.
Tiyak na dami
V ay ang reciprocal ng density r mga sangkap:
v = 1 / r = dV / dm,
saan dV- walang katapusang elemento ng dami;
dm– masa ng sangkap.
nunal
Ang halaga ng isang sangkap na naglalaman ng isang bilang ng mga molekula na katumbas ng bilang ng mga atomo na nasa 12 g ng carbon isotope 12 C ay tinatawag nagdarasal kami.
Numero ni Avogadro
N A= 6.02 h 10 23 mol -1. Ang halaga na kinakailangan para sa mga kalkulasyon. Ipinapakita kung gaano karaming mga molekula ang nasa isang nunal ng anumang sangkap.
Molar mass
M– masa ng isang nunal:
M = N A m x 1a. e.m.
saan N A– numero ni Avogadro;
m– molekular na timbang.
Molar mass [M] = kg/mol at molar volume = m 3 /mol.
Dami ng isang nunal – dami ng molar:
V M = M / r
saan M- molar mass;
r- density ng sangkap.
Ang mga formula para sa pagtukoy ng bilang ng mga moles ng isang substance at ang bilang ng mga molecule ng isang substance ay ang mga sumusunod:
u= m /M= V/ V M ,
N = uN A = (m / M)NA = (V/ V M)N A .
Temperatura
Nakaugalian na kunin ang average na kinetic energy ng translational motion ng mga molekula bilang sukatan ng temperatura. Kung ang dalawang katawan na nakikipag-ugnayan ay hindi nagpapalitan ng enerhiya sa pamamagitan ng pagpapalitan ng init, masasabi nating ang mga katawan na ito ay may parehong temperatura at ang thermal equilibrium ay umiiral sa system.
18. Mga estado ng katawan. Thermodynamic system. Proseso ng adiabatic
>Mayroong tatlong estado ng pagsasama-sama: solid, likido at gas.
Kung ang mga parameter ng system ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon, maaari nating pag-usapan ang thermodynamic equilibrium ng system.
Ang isang hanay ng mga katawan at mga patlang na maaaring makipagpalitan ng enerhiya hindi lamang sa bawat isa, kundi pati na rin sa panlabas na kapaligiran ay tinatawag na thermodynamic system. Kung ang isang pagbabago sa panloob na enerhiya ay nangyayari sa isang thermodynamic system, maaari nating pag-usapan ang tungkol sa gawaing ginagawa ng system na ito at tungkol sa pagpapalitan ng init sa pagitan ng mga bahagi ng system.
Mga parameter ng estado ng thermodynamic
Ang presyon, temperatura, density, konsentrasyon, dami ng system ay mga thermodynamic na parameter ng estado.
Ang isang proseso kung saan walang pagpapalitan ng init sa pagitan ng system at ng panlabas na kapaligiran ay tinatawag adiabatic. Ang unang batas ng thermodynamics sa dQ = 0 ganito ang hitsura:
C v dT + PdV= 0,
at kapag isinasaalang-alang dT= (PdV + VdP) / R
dP/ P= -gdV/ V,
saan g- adiabatic index;
R- presyon;
V- dami.
Ang equation na ito ay may solusyon sa anyo:
PV g= const.
Ito ay tinatawag Ang equation ni Poisson. Isinasaalang-alang ang Mendeleev-Clayperon equation, ang Poisson equation ay magiging ganito:
Tv g-1 = const,
T g p 1-g = const.
Ang mga equation ni Poisson ay naglalarawan ng mga quasi-static na proseso ng adiabatic. Ang adiabatic compression ay nagiging sanhi ng pag-init ng gas; sa kaso ng adiabatic expansion, lumalamig ito.
Hindi tulad ng isang isothermal na proseso, ang isang adiabatic na proseso ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mas mabilis na pagbaba ng presyon sa pagtaas ng volume. Ang gawaing ginagawa ng isang gas sa panahon ng proseso ng adiabatic ay palaging mas mababa kaysa sa gawaing ginawa sa panahon ng isang isothermal na proseso, kung ipagpalagay natin na ang pagbabago sa volume ay pareho para sa parehong mga kaso. Sa isang proseso ng adiabatic, mayroong dependence ng trabaho sa adiabatic exponent. Nagdidirekta g -> 1, nakukuha namin ang halaga ng trabaho sa panahon ng isang isothermal na proseso, ibig sabihin, isang adiabatic transition ang magaganap (Q = const) sa isotherm (T= const).
19. Proseso ng polytropic
>Ang proseso ay tinatawag polytropic, kung ipagpalagay natin na ang kapasidad ng init ay nananatiling pare-pareho. Ang unang batas ng thermodynamics sa C = const ay ang mga sumusunod:
(C– Cv)dT = PdV,
at kapag isinasaalang-alang dT= (PdV + VdP)/ R nakukuha namin ang sumusunod na notasyon:
ndV/ V= -dP/ P,
n= (C– CP)/ (C– CV),
Ang equation ay may solusyon sa anyo:
PVn= const,
saan P- presyon ng gas;
V- dami ng gas.
Ang isang polytropic na proseso ay nailalarawan sa pamamagitan ng bahagyang pagpapalitan ng init sa pagitan ng system at ng panlabas na kapaligiran. Ang curve ng polytropic na proseso ay matatagpuan sa PV diagram sa pagitan ng isotherm (Г = const) at ng adiabatic ( Q= const) at tinatawag polytrope. Isinasaalang-alang ang Mendeleev-Clayperon equation, ang polytropic equation ay magiging ganito:
TV n-1 = const,
T n P n-1= const.
Alamin natin ang gawaing ginawa ng isang gas sa panahon ng prosesong polytropic:
A 12 = (m / M)R(T 1 – T 2) / (n – 1),
saan m- masa ng gas;
M- molar mass ng gas;
R
n- polytropic index;
T 1 At T 2– paunang at panghuling temperatura.
Case T 2 > T 1 at 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. Prosesong adiabatic: SA= 0, n= g= C/C at Pg = const, dU= C v dT= -dA, d/ = C p dT= -gdA.
2. Isothermal na proseso: SA= Ґ, n =1 at PV = const, T = const, dA= PdV, dU= 0, dl = 0, dQ= dA.
3. Isobaric na proseso: C = C p, n= 0 at V/T = const, R= const, dA = PdV, dU = C V dT, dl= dU+ PdV= dQ = C p dT.
4. Isochoric na proseso: C = C, n= Ґ at P/T= const, V= const, dA= 0, dU= C V dT = dQ, dl = dU + PdV = C p dT.
20. init
init ay ang proseso ng pagbabago ng panloob na enerhiya na may pare-parehong panlabas na mga parameter h = = const. Ang mga katawan ay maaaring maglipat ng enerhiya sa isa't isa nang direkta sa pakikipag-ugnay o sa pamamagitan ng pag-radiate nito. Ang init ay tinatawag na microscopic transformation ng enerhiya. Ang proseso ng paglipat ng init ay tinutukoy ng gawaing isinagawa ng mga molekula sa panahon ng magulong thermal motion. Ang dami ng init ay may sumusunod na dimensyon sa SI: [Q]= J. Gumagamit din sila ng mga yunit ng init - calories, 1 cal = 4.1868 J. Kung ang isang katawan na nakikilahok sa proseso ay tumatanggap ng isang halaga ng init, pagkatapos ito ay nakasulat na may plus sign, at kung ito ay magbibigay, kung gayon ang halaga ng may minus sign ang init.
Formula para sa pagtukoy ng elementarya na dami ng init na ibinibigay sa katawan upang baguhin ang temperatura nito:
dQ= CDT,
saan SA– kapasidad ng init ng katawan.
SA= dQ/dT.
Pisikal na kahulugan ng kapasidad ng init- ito ay isang halaga na katumbas ng dami ng init na dapat ilipat sa katawan upang mabago ang temperatura nito ng 10K. Kapasidad ng init SA tinutukoy ng masa ng katawan, komposisyon ng kemikal nito at estado ng thermodynamic.
Ang konsepto ng kapasidad ng init ay kinabibilangan ng mga konsepto ng tiyak at molar na kapasidad ng init. Ang kapasidad ng init sa bawat yunit ng masa ng isang sangkap ay tinatawag tiyak na kapasidad ng init. Sa kaso ng isang homogenous na katawan ito ay katumbas ng:
c = C/m
saan m– masa ng gas.
Ang kapasidad ng init ng isang nunal ng isang sangkap ay tinatawag molar o molekular na kapasidad ng init(tinutukoy MAY). Ang mga molar at tiyak na kapasidad ng init ay nauugnay sa kaugnayan:
c = C/M,
saan M– molar mass ng substance.
Sa SI, ang mga tiyak at molar na kapasidad ng init ay may mga sumusunod na sukat: [s] = J/kgK, [C] = J/molK.
Ang konsepto ng kapasidad ng init ay kinabibilangan ng dalawang uri ng kapasidad ng init: sa pare-parehong dami at sa pare-parehong presyon. Ang kapasidad ng init (specific at molar) sa pare-parehong volume ay natutukoy sa pamamagitan ng pag-init ng katawan sa V= const at ipinapahiwatig ng c v at C v. Ang kapasidad ng init (tiyak at molar) sa pare-pareho ang presyon ay natutukoy sa pamamagitan ng pag-init ng katawan sa R= const at ipinapahiwatig may p at C p
21. Trabaho
Trabaho ay ang proseso ng pagbabago ng panloob na enerhiya dahil sa mga pagbabago sa mga panlabas na parameter kapag dQ= 0. Gawaing elementarya ay ang gawaing isinagawa ng system sa panahon ng isang infinitesimal quasistatic expansion, bilang isang resulta kung saan ang volume ng system ay tumataas ng dV:
dA= Fdx = PSdx = PdV,
saan Sdx= dV- pagtaas ng dami;
S– ibabaw na lugar patayo kung saan kumikilos ang puwersa F;
R- presyon.
Ang isang idealized na proseso kung saan ang isang sistema ay maaaring lumipat mula sa isang equilibrium na estado patungo sa isa pang equilibrium na estado ay tinatawag parang static. Ang isang katangian ng quasi-static na proseso ay ang pagkakapantay-pantay ng panloob na presyon ng gas sa panlabas na presyon: P = P", at d A"= -dA= -P"dV– gawain ng mga panlabas na puwersa. Para sa isang may hangganang proseso, ang kabuuang gawain ay maaaring kalkulahin tulad ng sumusunod:
kung gayon ang gawain ng A 12 ay hindi nakasalalay sa inisyal at panghuling estado ng system at natutukoy sa paraan ng paglipat ng system mula sa isang estado patungo sa isa pa. Ang trabaho ay hindi isang function ng kondisyon.
Sa kaso kapag ang sistema ay may ilang antas ng kalayaan, at ang panloob na estado nito ay tinutukoy ng mga panlabas na parameter x n at temperatura T, Magsasagawa ang system ng elementarya sa mga panlabas na katawan:
dA = X 1 dx 1 + X 2 dx 2 + … + X n dx n,
kung saan ang x 1 ,x 2 ,…,x n ay mga function ng mga panlabas na parameter ng estado ng system x (generalized forces). Kung ang mga pagbabago sa temperatura sa panlabas na kapaligiran ay walang epekto sa estado ng system, kung gayon ang ganitong sistema ay karaniwang tinatawag adiabatically isolated. Ang panloob na enerhiya ng isang adiabatically isolated system ay maaaring tukuyin bilang isang tiyak na function ng estado ikaw, Bukod dito, ang pagtaas ng function na ito ay dapat na katumbas ng gawaing ginagawa sa system sa panahon ng paglipat nito mula sa paunang estado hanggang sa huling estado, anuman ang landas:
A 12 = U 2 - U 1,
saan U 2 At U 1– panloob na enerhiya ng system sa mga estado 2 at 1.
22. Batas ng Boyle-Mariotte
>Ang isa sa mga ideal na batas sa gas ay Batas ng Boyle-Marriott, na nagsasabing: produkto ng presyon P bawat volume V gas sa pare-pareho ang masa ng gas at temperatura palagi. Ang pagkakapantay-pantay na ito ay tinatawag isotherm equation. Ang isotherm ay inilalarawan sa PV diagram ng estado ng gas sa anyo ng isang hyperbola at, depende sa temperatura ng gas, sumasakop sa isang posisyon o iba pa. Ang proseso ay nangyayari T= const, tinatawag isothermal. Gas sa T= const ay may pare-parehong panloob na enerhiya U. Kung ang isang gas ay lumawak nang isothermally, ang lahat ng init ay napupunta sa paggawa. Ang gawaing ginagawa ng isang gas kapag lumalawak nang isothermally ay katumbas ng dami ng init na kailangang ibigay sa gas upang maisagawa ito:
dA= dQ= PdV,
saan d A- pangunahing gawain;
dV- dami ng elementarya;
P- presyon. Kung V 1 > V 2 at P 1< P 2 , то газ сжимается, и работа принимает отрицательное значение. Для того чтобы условие T= const ay natupad, ito ay kinakailangan upang ipagpalagay na ang mga pagbabago sa presyon at lakas ng tunog ay walang hanggan mabagal. Mayroon ding kinakailangan para sa kapaligiran kung saan matatagpuan ang gas: dapat itong magkaroon ng sapat na mataas na kapasidad ng init. Ang mga formula ng pagkalkula ay angkop din sa kaso ng pagbibigay ng thermal energy sa system. Compressibility Ang pag-aari ng isang gas na magbago sa volume kapag nagbabago ang presyon ay tinatawag. Ang bawat sangkap ay mayroon kadahilanan ng compressibility, at ito ay katumbas ng:
c = 1 / V O(dV/CP)T,
dito kinukuha ang derivative sa T= const.
Ang compressibility coefficient ay ipinakilala upang makilala ang pagbabago sa volume na may pagbabago sa presyon. Para sa isang perpektong gas ito ay katumbas ng:
c = -1 / P.
Sa SI, ang compressibility coefficient ay may sumusunod na dimensyon: [c] = m 2 /N.
23. Batas ni Gay-Lussac
>Batas ni Gay-Lussac nagsasaad: ang ratio ng dami ng isang gas sa temperatura nito sa pare-parehong presyon ng gas at ang masa nito ay pare-pareho.
V/ T= m/ M TUNGKOL SA R/ P= const
sa P= const, m= const.
Ang pagkakapantay-pantay na ito ay tinatawag mga equation ng isobar.
Ang isobar ay inilalarawan sa PV diagram sa pamamagitan ng isang tuwid na linya na parallel sa axis V. Ang proseso ay nangyayari P= const, tinatawag isobaric. Kung V 1 At T 1– inisyal, at V 2 At T 2 ay may hangganan na dami at temperatura, pagkatapos ay ang mga sumusunod na pagkakapantay-pantay ay hawak:
V 1 / T 1 = V 2 / T 2.
Ang gawaing ginawa ng gas sa panahon ng pagpapalawak ay madaling mahanap sa pamamagitan ng pagkalkula ng lugar ng tatsulok sa PV diagram:
A12 = PDV= m/ M Tungkol sa RDT,
kung saan DV= V 2 – V 1 – pagbabago sa volume;
DT = T 2 – T 1 – pagbabago ng temperatura.
Sa isang VT diagram, ang isang isobar ay inilalarawan bilang isang tuwid na linya na umaabot mula sa pinanggalingan. Ang batas ni Gay-Lussac ay maaaring isulat sa sumusunod na anyo:
V= V 0 (1+ isang v t),
saan V- dami sa temperatura t, binibilang mula 0 o C;
V 0– dami ng ideal na gas sa temperatura T 0= 273.j6 K.
pangalanan ang dami:
isang v = V/ V 0 T = 1 / T 0 = 1/ 273.16 K - 1.
Sa pangkalahatang kaso ng anumang sangkap, ang koepisyent ng volumetric expansion ay tinukoy bilang:
a= 1 / V.O./ (dV/dT) p.
Ang koepisyent ng volumetric expansion ng isang ideal na gas ay katumbas ng:
a= 1/ T.
Kung T= 0 o C, pagkatapos ay a =a V
Para sa mga tunay na gas, ang batas ng Gay-Lussac ay hindi totoo sa rehiyon ng mababang temperatura (i.e., malapit sa absolute zero). Kapag pinalamig sa absolute zero, ang lahat ng gas maliban sa helium ay natunaw.
24. Batas ni Charles
>Batas ni Charles nagsasaad na ang ratio ng presyon ng gas sa temperatura nito ay pare-pareho kung ang dami at masa ng gas ay pare-pareho:
P/ T= m/ M TUNGKOL SA R/ V= const
sa V= const, m= const.
Ang pagkakapantay-pantay na ito ay tinatawag isochore equation.
Ang isang isochore ay inilalarawan sa isang PV diagram bilang isang tuwid na linya na parallel sa P axis, at sa isang PT diagram ito ay isang tuwid na linya na umaabot mula sa pinanggalingan. Ang proseso ay nangyayari V= const, tinatawag isochoric. Ang isang katangian ng proseso ng isochoric ay ang gas V= hindi gumagana ang const. Kapag ang thermal energy ay ibinibigay sa gas, ang panloob na enerhiya nito ay tumataas dahil sa ibinibigay na init:
DU = m/ M TUNGKOL SA Cv D.T.
saan M- molar mass;
CV- kapasidad ng init ng molar;
D.T. = T 2 – T 1 – pagbabago ng temperatura.
Kung ang P 1 at T 1 ay inisyal, at ang P 2 at T 2 ay panghuling presyon at temperatura, kung gayon:
P 1 / T 1 = P 2 / T 2
Ang batas ni Charles ay maaaring isulat sa sumusunod na anyo:
P = P 0 (1 + isang p t)
saan R– presyon sa temperatura t, sinusukat mula 0 o C;
P 0– perpektong presyon ng gas sa temperatura Т0=273.16 K.
Koepisyent ng temperatura ng pagbabago ng presyon, o simpleng thermal pressure coefficient, ang sumusunod na parameter ay tinatawag na:
a р = Р / Р 0 T = 1 / T 0 .
25. Equation ng estado ng isang ideal na gas
>Tamang gas equation ng estado inilalarawan ang kaugnayan sa pagitan ng temperatura at presyon nito. Dahil ang presyon ng isang perpektong gas sa isang closed system P= 1/3 O mn
P = NkT,
saan N– bilang ng mga molekula na nasa volume V.
PV = m/ M x NkT,
PV= m/ M x RT,
saan M- molar mass;
Na– numero ni Avogadro;
k– Boltzmann pare-pareho;
R- pangkalahatang gas constant.
Equality ang tawag Mga equation ng Mendeleev-Clayperon. Sa kaso kapag ang halaga ng gas substance ay 1 mol, ang Mendeleev-Clayperon equation ay kukuha ng form PV = RT. Maaaring isaalang-alang ang gas perpekto, kung ang estado nito ay inilalarawan ng Mendeleev-Clayperon equation o isa sa mga kahihinatnan nito.
F(P, V, t 0) ay tinatawag mga equation ng estado. Sa PV diagram, isang set ng mga estado na may t 0 = const ay ipinakita sa anyo ng isang hyperbola. Ang hanay ng mga hyperbola na naaayon sa iba't ibang temperatura ay tinatawag isotherms. Ang proseso kung saan nagbabago ang isang gas mula sa isang estado patungo sa isa pa kapag t 0= const, tinatawag isothermal.
Kung sakali P= const (1) mayroong isang linear na pag-asa ng dami ng isang tiyak na masa ng gas sa temperatura:
V= V 0 (1 + sa 0).
Kinakatawan nito ang batas ni Gay-Lussac. Gayundin para sa V= const:
P = P 0 (1 + sa 0).
Mula sa mga equation na ito ay sumusunod na ang lahat ng isobar at isochor ay nagsalubong sa axis t 0 sa isang solong punto na tinutukoy mula sa kondisyon 1 + sa 0= 0. Solusyon sa equation na ito:
t 0 = -1 / a= -273.15 o C.
R= 8.31 h 10 3 J/(deg. h kmol) – pare-pareho ang unibersal na gas.
PV = m/m x RT.
26. Universal equation ng estado ng isang ideal na gas
>ratio ng masa m gas (substance) sa dami ng gas (substance) v ang sistemang ito ay tinatawag molar mass ng gas (substance):
M = m/ v.
Ang dimensyon ng molar mass ay ang mga sumusunod: [M]= 1 kg / 1 mol.
Ang corollary mula sa batas ni Avogadro ay nagpapahintulot sa amin na mahanap ang ratio ng mga partikular na volume:
v 2 / v 1 = M 1 / M 2
v 1 M 1 = M 2 v 2 .
Ang huling ratio ay sumasalamin sa isang mahalaga ari-arian ng perpektong gas: sa ilalim ng parehong mga pisikal na kondisyon, ang produkto ng tiyak na dami ng isang gas at ang molar mass nito ay isang pare-parehong halaga na hindi nakasalalay sa likas na katangian ng gas, i.e. vM= idem. Trabaho vM kumakatawan sa dami ng 1 mole ng isang perpektong gas, at ang huling pagkakapantay-pantay ay nangangahulugan ng pagkakapantay-pantay ng mga volume ng molar ng lahat ng mga gas sa parehong mga presyon at temperatura.
Ang equation ng estado para sa isang mole ng gas ay ang mga sumusunod:
PV m = MRT,
saan MR = Rm= PV m/ T.
Ang produkto MR ay unibersal (molar) gas constant. Ang pisikal na kahulugan ng unibersal na gas constant ay ito ay ra 26b higit sa isang nunal ng perpektong gas na may pagbabago sa temperatura na 1 o at pare-pareho ang presyon ng proseso. Hindi ito nakasalalay sa likas na katangian ng gas. R= = 8.314/m. Equation ng form
PV m = 8,314T
tinawag unibersal na equation ng estado.
Ang unibersal na equation ng estado ng isang perpektong gas maaari nating isaalang-alang ang equation ng Mendeleev–Cliperon:
PV = uRT.
Kung pananatilihin mong pare-pareho ang volume at kunin ang gas pressure bilang indicator ng temperatura, maaari kang makakuha ng thermometer na may perpektong linear na sukat. Ito ay tinatawag perpektong sukat ng temperatura ng gas. Maginhawang kumuha ng hydrogen bilang isang thermometric substance. Ang iskala na itinatag para sa hydrogen ay tinatawag na empirical temperature scale.
27. Mga pangunahing katangian ng mga pinaghalong gas
>Ang isang hanay ng maraming iba't ibang mga gas sa pagitan ng kung saan imposibleng magsagawa ng pakikipag-ugnayan ng kemikal ay tinatawag isang halo ng mga ideal na gas. Ang presyon ay kinakalkula gamit ang formula:
P i = N i kT/ V,
saan i= 1, 2, r, tinatawag bahagyang,
r– bilang ng mga gas sa pinaghalong;
Ang N ay ang bilang ng mga molekula ng i-th gas;
V- dami ng pinaghalong;
k– Boltzmann pare-pareho;
T- temperatura.
Batas ni Dalton sumasalamin sa ugnayan sa pagitan ng presyon ng isang pinaghalong ideal na gas at ang kanilang mga partial pressure. Mababasa nito: "Ang presyon ng halo r ang mga ideal na gas at ang kabuuan ng kanilang mga partial pressure ay pantay sa isa't isa." Ang mathematical formulation ng batas ni Dalton ay ang mga sumusunod:
P = P1+ P2 +… + Pr = NkT/V
saan N = N 1+ N 2+. + Nr– bilang ng mga molekula sa pinaghalong r mga gas
Batas ni Amag. Sinasalamin nito ang ugnayan sa pagitan ng dami ng pinaghalong ideal na gas at ng mga partial volume nito. Ang batas ni Amag ay nagsasaad: "Ang dami ng isang timpla r ang mga ideal na gas at ang kabuuan ng kanilang mga partial volume ay katumbas ng bawat isa":
V = V 1 + V 2 + … + V r.
Ang mga parameter ng pinaghalong gas ay matatagpuan sa pamamagitan ng pag-alam Batas ni Clapeyron:
PV = mRT,
Ang ratio ng masa ng bawat gas sa kabuuang masa ng pinaghalong ay tinatawag mass fraction:
g 1 = m 1 / m; g 2 = m 2 / m; ...; g n = m n / m,
saan g 1 , g 2 , g n– mass fractions;
m 1, m 2, m n– magkahiwalay na masa ng mga gas;
m– masa ng pinaghalong.
Ang kabuuan ng mga mass fraction ng lahat ng mga gas sa pinaghalong ay katumbas ng pagkakaisa.
Ang masa ng isang halo ay ang kabuuan ng mga masa ng mga gas na kasama sa pinaghalong ito.
Ang ratio ng bahagyang dami sa dami ng buong halo ay tinatawag bahagi ng dami:
r 1= V 1/ V, r 2= V 2/ V,., r n = V n/ V,
saan r 1 , r 2 , r n- mga fraction ng dami;
V 1, V 2,., Vn- bahagyang dami ng mga gas ng pinaghalong;
V– dami ng pinaghalong gas.
28. Average na molar mass ng pinaghalong mga gas
>Ang equation para sa paghahanap ng tiyak na gas mixture constant ay:
R = еg i R i = 8314.2(g 1 / M 1 + g 2 / M 2 +… + g n / M n)
Ang pag-alam sa molar mass ng pinaghalong, maaari mong mahanap ang pare-pareho ng gas ng pinaghalong:
Alam ang volumetric na komposisyon ng pinaghalong, nakuha namin ang mga sumusunod na formula:
g i = (R/ R i),
hal i= Re(r i/R i) = 1.
Ang formula para sa pagkalkula ng tiyak na gas constant ay kukuha ng anyo:
R= 1 / e(r i/R i) = 1 / (r 1 / R 1 + R 2 +… + r n / R n).
Average na molar mass ng pinaghalong mga gas ay isang medyo karaniwang halaga:
M= 8314,2 / (g 1 R 1 + g 2 R 2 +. + g n R n).
Kung papalitan mo ang mga tiyak na gas constants R 1, R 2,…, Rn gamit ang kanilang mga halaga mula sa Clayperon equation, makikita natin ang average na molar mass ng isang halo ng mga gas kung ang timpla ay tinutukoy ng mga mass fraction:
M= 1 / (r 1/ M 1+ r 2/ M 2+. + r n/ Mn).
Sa kaso kapag ang timpla ay natutukoy sa pamamagitan ng mga fraction ng dami, nakukuha namin ang sumusunod na expression:
R= 1 / er i R i= 8314,2 / e r i M i .
Alam na R= 8314.2 / M, nakukuha namin:
M= er i M i= r 1 M 1 + r 2 M 2 +. + r n M n .
kaya, average na molar mass ng isang halo ng mga gas ay tinutukoy ng kabuuan ng mga produkto ng mga fraction ng volume at molar mass ng mga indibidwal na gas na bumubuo sa pinaghalong.
29. Partial pressures
>Presyon, nakasulat bilang: P i =N i kT/ V,
saan i= 1,2,..., r, ay tinatawag bahagyang. Dito r– bilang ng mga gas sa pinaghalong;
N i– bilang ng mga molekula ng i-th gas;
V- dami ng pinaghalong;
k– Boltzmann pare-pareho;
T- temperatura.
Ito ay matatagpuan kung ang lahat ng mga pangunahing parameter ng gas ay kilala:
P i = m i R i T/ V =m i R i/ mR = Pg i R i/R = Pg at M/M i
Kung ang timpla ay tinukoy ng mga fraction ng volume, pagkatapos ay upang makuha ang bahagyang presyon ng bawat gas, ang isa ay bumaling sa batas ng Boyle-Mariotte, kung saan makikita ng isa na sa T = const:
P i V = P V i At P i = P V i/ V = r i P.
Bahagyang presyon ng anumang gas ay kinakalkula bilang produkto ng kabuuang presyon ng isang halo ng mga gas at ang volume fraction nito. Ang huling equation ay ginagamit kapag nilulutas ang mga teknikal na problema at kapag sinusuri ang mga thermal installation. Ang mga volume fraction ng mga gas ay nakukuha sa eksperimento gamit ang mga gas analyzer.
Pisikal na kahulugan ng bahagyang presyon Pi ay na ito ay ang presyon ng i-th gas, sa kondisyon na ito ay sinasakop ang lakas ng tunog V.
Batas ni Dalton sumasalamin sa ugnayan sa pagitan ng presyon ng isang pinaghalong ideal na gas at ang kanilang mga partial pressure. Ito ay nagbabasa: presyon ng timpla r ang mga ideal na gas at ang kabuuan ng kanilang mga partial pressure ay katumbas ng bawat isa. Ang mathematical formulation ng batas ni Dalton ay ang mga sumusunod:
R= Р 1 + Р 2 + ...+ P r= NkT/V
saan N= N 1+ N 2+... + Nr– bilang ng mga molekula sa pinaghalong r gas.
Ang presyon na ginawa ng mga molekula ng bawat isa r mga ideal na gas, ay hindi nakadepende sa pressure na ginagawa ng mga molekula ng iba pang mga gas. Ang dahilan para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang mga molekula sa isang perpektong gas ay hindi nakikipag-ugnayan. Ipinakita sa eksperimento na sa mataas na presyon (sa pagkakasunud-sunod ng 10 6 Pa) ang batas ni Dalton ay hindi nasiyahan.
30. Batas ng konserbasyon at pagbabago ng enerhiya
>Ang unang batas ng thermodynamics ay batay sa unibersal na batas ng konserbasyon at pagbabago ng enerhiya, na nagsasaad na ang enerhiya ay hindi nilikha o nawasak.
Ang mga katawan na kalahok sa isang thermodynamic na proseso ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa sa pamamagitan ng pagpapalitan ng enerhiya. Kasabay nito, sa ilang mga katawan ang enerhiya ay bumababa, habang sa iba ito ay tumataas. Mayroong dalawang mga pagpipilian para sa paglilipat ng enerhiya ng mga pisikal na katawan: pagpapalitan ng init at mekanikal na trabaho.
Sa pagsasagawa, ang yunit ng trabaho ay din ang joule, ang dami ng trabaho ay tinutukoy ng L, at ang tiyak na trabaho sa bawat yunit ng masa (P kg) ay tinutukoy ng /.
Mayroong ilang mga pangunahing probisyon ng unang batas ng thermodynamics.
L Ang anumang uri ng enerhiya ay hindi bumangon sa kanilang sarili, ngunit kapwa na-convert sa isa't isa, at ang kanilang mga dami ay palaging pareho.
2. Imposibleng bumuo ng isang panghabang-buhay na makina ng paggalaw ng unang uri.
3. Kung ang sistema ay ganap na nakahiwalay, kung gayon ang panloob na enerhiya nito ay nananatiling pare-pareho.
Ipagpalagay natin na Q- ang dami ng init na ibinibigay sa katawan, na dapat gastusin sa pagsasagawa ng trabaho at pag-convert ng panloob na enerhiya:
Q= ?U +L,
saan L = ml- dami ng trabaho;
ДU = mДu - pagkakaiba sa pagitan ng panloob na enerhiya ng paunang at panghuling estado;
Sa kaso ng timbang ng katawan na katumbas ng 1 kg:
q =?u+l,
saan l, q, Du - mga tiyak na halaga ng trabaho, init, pagkakaiba sa panloob na enerhiya ng una at huling mga estado. Kung ang proseso ay infinitesimal, kung gayon
dq = du + dl.
Ang resultang ratio ay mathematical model ng unang batas ng thermodynamics. Kaya't ang sumusunod na pormulasyon ng batas ay sumusunod: "Ang buong dami ng init na natatanggap ng isang pisikal na katawan ay ginugugol sa paggawa at pagpapalit ng panloob na enerhiya ng katawan."
Mayroong tinatawag na sign rule para sa mga parameter: q> 0, kung ang init ay ibinibigay sa pisikal na katawan, at q<0, если отводится; l> 0 kung ang gawain ay ginagawa ng katawan mismo (pagpapalawak), at l< 0, если работу совершают над телом извне (сжатие); Du> 0 – kung tumaas ang panloob na enerhiya ng katawan, D u< 0 – если внутренняя энергия уменьшается.
31. Panloob na enerhiya
>Panloob na enerhiya binubuo ng panloob na kinetic at potensyal na enerhiya. Ang panloob na kinetic energy ay nilikha ng magulong paggalaw ng mga molekula ng isang sangkap.
Ang kinetic energy ng buong macrosystem ay kinakalkula:
saan m- masa ng sistema;
w– ang bilis ng paggalaw nito sa kalawakan.
Ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga molekula ng isang sangkap sa bawat isa ay tumutukoy sa panloob na potensyal na enerhiya ng katawan.
Panloob na enerhiya Ito ang enerhiya na nakapaloob sa system mismo at may dalawang bahagi - kinetic energy.
Pagbabago sa tiyak na potensyal (panloob) na enerhiya ng parehong katawan. Ang pagbabago sa kabuuang tiyak (panloob) na enerhiya sa panahon ng isang thermodynamic na proseso ay magiging ganito:
U – Uk– at R.
Ang panloob na enerhiya ng isang gumaganang likido ng arbitrary na masa ay kinakalkula gamit ang formula:
?v-V k – V p .
Ipagpalagay natin na ang gumaganang likido ay dumadaan mula sa unang estado hanggang sa pangalawa kapag ang init ay ibinibigay mula sa labas. Kung gayon ang dami ng init na ito ay ipapahayag bilang:
q 1, 2 – u 2 - U 1.
Ang proseso ay nagpapatuloy ayon sa isochoric na batas, mayroon kaming:
q 1.2 = ? v(T 2 -T 1).
Sa pangkalahatan, para sa anumang sangkap na may masa m:
v 2 -v 1 – m? v (T 2 – T 1),
kung saan ang T 1 ay ang paunang temperatura ng proseso ng thermodynamic;
T 2- huling temperatura;
u 1 – paunang halaga ng panloob na enerhiya;
u 2 – panghuling halaga ng panloob na enerhiya;
? – average na tiyak na kapasidad ng init (isochoric).
32. Pagkalkula ng gawaing gas
>Ang gas ay tumatanggap ng init mula sa isang tiyak na pinagmulan sa labas ng system. tukuyin natin ang presyon ng gas sa pamamagitan ng titik p, ang lugar ng piston sa pamamagitan ng S, pagkatapos ay sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na puwersa F = pS sa piston ito ay hindi gumagalaw. Kapag bumababa ang panlabas na puwersa F, ang pagkakaiba sa pagitan ng dalawang puwersang ito pS–F ililipat ang piston sa kanan. Ang gas sa ilalim ng piston ay lalawak at malalampasan ang mga panlabas na puwersa, na gumagawa ng trabaho sa proseso. Para sa proseso ng ekwilibriyo mayroon tayong sumusunod.
1. Ang piston ay dapat gumalaw sa kahabaan ng silindro nang walang katapusan na mabagal (i.e., sa isang napakaliit na bilis). Gagawin nitong posible na ipagpalagay na ang presyon ng gas sa buong volume sa anumang oras ay pareho.
2. Ang temperatura ng pinagmumulan ng init ay halos hindi naiiba sa temperatura ng gumaganang likido (kung saan ginagamit namin ang gas), ibig sabihin, ang pagkakaiba sa kanilang mga temperatura ay napakaliit. Ginagawa nitong posible na ipagpalagay na ang temperatura sa buong dami ng gas ay pareho sa anumang oras.
Sa ilalim ng ganitong mga kondisyon, ang proseso ng pagpapalawak ng gumaganang likido sa anumang oras ay magkakaroon ng parehong temperatura, density at presyon sa buong volume, ibig sabihin, ang estado nito ay magiging balanse din.
Analytical na solusyon sa problema ng pagkalkula ng gawaing ginawa ng isang gas dahil sa pagpapalawak nito. Ang bilis ng piston habang gumagalaw sa silindro ay infinitesimal. Samakatuwid, upang pag-aralan ang proseso ng pagpapalawak, hinahati namin ang buong haba ng landas na nilakbay ng piston sa mga infinitesimal na bahagi dl. Pagkatapos dA(elementarya na gawain) sa anumang elementarya na segment dl ay tinutukoy ng produkto:
dA = pSdl,
saan pS– lakas;
dl- landas.
Gamit ang pagkakapantay-pantay
Sdl = dv,
nakukuha namin
dA = pdv.
Nagbibigay ng expression:
saan A ay ang gawaing ginawa ng isang gas na may mass j kg sa panahon ng pagpapalawak.
Ang gawaing ginagawa ng gas sa panahon ng pagpapalawak ay tinatawag din teknikal.
33. Nababaligtad at hindi maibabalik na mga proseso
>Kung ang isang thermodynamic system, sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na puwersa, ay dumaan sa isang serye ng mga sunud-sunod na estado, kung gayon ang kanilang kabuuan ay tinatawag na prosesong thermodynamic. Ang prosesong ito ay isinasagawa ng gumaganang likido, at ang estado nito ay nagbabago sa paraan na ang masa ay nananatiling pare-pareho. Ang pangunahing pag-aari ng isang pinasimple na perpektong proseso ay ang nito reversibility.
Nababaligtad ay mga prosesong nagaganap sa parehong pasulong at pabalik na direksyon, at kung saan ang mga natitirang pagbabago ay hindi nagaganap alinman sa gumaganang likido o sa nakapalibot na espasyo. Bukod dito, ang gumaganang likido ay dumadaan sa magkabilang direksyon sa pamamagitan ng parehong equilibrium elementarya na estado at sa pagtatapos ng proseso ay bumalik sa paunang punto.
Ang anumang nababaligtad na proseso ay ekwilibriyo. Ang proseso ay tinatawag ekwilibriyo, kung ang magkakasunod na nagsasaad na pinagdadaanan ng sistema ay ekwilibriyo rin. Ang isang proseso na nagpapatuloy nang napakabagal at sa gayon ay lumalapit sa ekwilibriyo sa anumang punto ng oras ay tinatawag parang static(ito ay nababaligtad din).
Sa graphically, ang equilibrium state ay inilalarawan bilang isang punto sa isang spatial coordinate system na may tatlong parameter. v, p, T, at ang proseso ng ekwilibriyo mismo ay isang kurba na dumadaan sa isang bilang ng mga naturang punto.
Ang estado ng sistema ay tinatawag ekwilibriyo, kung sa anumang sandali sa oras sa buong volume na inookupahan ng gas, ang mga halaga v, p, T(mga parameter ng estado) ay pareho, bagama't nagbabago ang mga ito sa paglipas ng panahon kung magbabago ang estado. Sa kaso ng isang nakahiwalay na sistema, sa kalaunan ay babalik ito sa isang estado ng ekwilibriyo at hindi ito maaaring iwanan mismo. Sa pagsasagawa, ang mga nababaligtad na proseso ay posible sa ilalim ng ilang mga kundisyon.
1. Ang working fluid ay nagbabago ng estado nito nang walang katapusan nang dahan-dahan.
2. Ang working fluid ay may walang katapusang bilang ng mga estado ng ekwilibriyo.
3. Ang pagpapalitan ng init sa panlabas na kapaligiran (hindi maibabalik na proseso), panlabas na alitan, panloob na alitan ng mga particle ng katawan laban sa isa't isa ay wala.
4. Walang mga pagbabagong kemikal sa gumaganang substance.
Ang mga prosesong hindi nakakatugon sa reversibility property ay hindi maibabalik.
Anumang tunay na proseso kung saan ang gumaganang fluid ay nagbabago sa estado nito ay hindi maibabalik.
Anumang tunay na proseso ay hindi rin equilibrium. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang proseso ay may isang may hangganan na bilis at ang estado ng balanse sa gumaganang sangkap ay walang oras upang maitatag. Ang mga tunay na proseso ay maaaring lumapit sa rehiyon ng ekwilibriyo, ngunit hindi tumutugma sa mga proseso ng ekwilibriyo, maaari lamang itong mangyari sa pasulong na direksyon, at sa kabaligtaran na direksyon lamang kapag naiimpluwensyahan mula sa labas.
34. Mga pangunahing probisyon ng ikalawang batas ng thermodynamics
>Ang pangalawang batas ng thermodynamics ay nagpapahintulot sa amin na sagutin ang mga tanong: kung ang pag-unlad ng prosesong isinasaalang-alang ay posible o hindi, kung aling direksyon ng proseso ang magiging nangingibabaw kapag ang ekwilibriyo ay itinatag sa thermodynamic system. Tinutulungan din ng batas na ito na matukoy ang mga kondisyon kung saan gagawin ng system ang maximum na dami ng trabaho.
Ang kakanyahan ng batas na ito ay unang ipinahayag ng isang Pranses na siyentipiko at inhinyero Sadi Carnot(1824). Isinulat niya na saanman mayroong pagkakaiba sa temperatura, maaaring lumitaw ang puwersang nagtutulak. Bukod dito, nakasalalay lamang ito sa mga temperatura ng mga nakikipag-ugnayang katawan at hindi nakasalalay sa uri ng mga katawan na ito. Upang makakuha ng malalaking halaga ng naturang puwersa sa pagmamaneho, ang paunang temperatura ng gumaganang likido ay dapat na makabuluhan, at naaayon ang paglamig ay malaki din. Bilang karagdagan, hindi kailanman magiging posible na gamitin ang puwersa sa pagmamaneho (enerhiya) ng gasolina sa kabuuan nito sa pagsasanay.
Tinutukoy ng mga pahayag na ito ng siyentipiko ang mga kondisyon para sa pag-convert ng init ng makina sa kapaki-pakinabang na trabaho at sa kung anong mga parameter ang kalidad ng conversion na ito ay nakasalalay. Batay sa itinatag na mga probisyon, dapat nating pag-usapan ang pangangailangan para sa dalawang proseso na mangyari nang sabay-sabay sa mga thermal device - ang pangunahing isa, kung saan ang init ay na-convert sa trabaho, at ang karagdagang isa - ang kasamang proseso ng paglipat ng init sa isang malamig na pinagmulan.
Sa thermodynamics kusang-loob tinatawag nila ang mga ganitong proseso kung saan masasabi nating nangyayari ito sa kanilang sarili, ibig sabihin, nang nakapag-iisa. Ayon sa pangalawang batas, ang mga kusang proseso ay nangyayari lamang kapag walang equilibrium sa thermodynamic system. Bukod dito, ang direksyon ng paglitaw ng mga naturang proseso ay tumutugma sa direksyon kung saan ang sistema ay lumalapit sa punto ng ekwilibriyo.
Ang batayan ng ikalawang batas ng thermodynamics ay postulates. Ang unang postulate ng Aleman na siyentipiko R. Clausius(1850) ay nagpapakita ng pangkalahatang pormulasyon ng pangalawang batas sa sumusunod na anyo: "Ang init ay hindi kusang lumilipat mula sa isang katawan (hindi gaanong pinainit) patungo sa isa pa (mas pinainit), ngunit sa tulong lamang ng kabayaran." Isa pang postulate (ng Panginoon Kelvin-Thomson, 1852) ay nagsasaad na imposibleng lumikha ng isang heat engine - isang panghabang-buhay na makina ng paggalaw ng pangalawang uri (kung saan ang init ay ganap na na-convert sa trabaho). Ito ay sumusunod na ang isang heat engine ay gagana lamang sa pagkakaroon ng hindi bababa sa dalawang pinagmumulan ng init na may magkaibang temperatura. Bukod dito, bahagi lamang ng kabuuang init na inilabas ng heat transmitter (isang pinagmumulan ng init sa mataas na temperatura) ang maaaring gawing kapaki-pakinabang na gawain. Ang natitirang init ay inililipat sa heat sink.
Sa pagsasagawa, ang mga kusang proseso (paglipat ng init mula sa mainit hanggang sa malamig na katawan, pagsasabog, dissolution phenomena at marami pang iba) ay hindi maibabalik. Samakatuwid mayroong isa pang pagbabalangkas pangalawang batas ng thermodynamics:"Kung ang isang tunay na proseso ay kusang-loob, kung gayon ito ay hindi maibabalik."
35. Thermodynamic na kahusayan at koepisyent ng pagpapalamig ng mga cycle
>Mga mapagkukunan ng mataas na temperatura (T 1) at ang pagbibigay ng init sa gumaganang likido ay tinatawag mga sensor ng init. Mga mapagkukunan ng mababang temperatura (T 2) at ang pagtanggap ng init mula sa gumaganang sangkap ay tinatawag bumababa ang init.
Sa isang EN diagram, ang kapaki-pakinabang na gawain ng isang pabilog na proseso ay katumbas ng lugar na nabuo ng pasulong at pabalik na mga kurba ng proseso at nasa loob ng cycle. Kung sa graph ang linya ng pagpapalawak ay matatagpuan sa itaas ng linya ng compression, ang direksyon ng cycle ay nangyayari sa clockwise at ang gawaing ginawa sa proseso ay natupok ng mga panlabas na device, ang naturang cycle ay direkta. Kung sa diagram ang linya ng compression ay matatagpuan sa itaas ng linya ng pagpapalawak, ang direksyon ng cycle ay counterclockwise at ang trabaho ay ginagawa sa tulong ng isang panlabas na mapagkukunan, ang naturang cycle ay reverse.
Ang kapaki-pakinabang na trabaho sa makina ay maaari lamang makuha kapag ang pagpapalawak ay mas malaki kaysa sa compression. Ang pagbabago ng init sa gawaing mekanikal ay isang hindi kusang proseso at dapat na sinamahan kabayaran.
Isinasaalang-alang ang mga thermal device perpekto, kung walang pagkalugi. Ang isang cycle ay itinuturing ding perpekto kung ito ay nabuo lamang sa pamamagitan ng nababaligtad na mga phenomena. Sa mga heat engine, ang pagtatantya ng kahusayan ng isang perpektong direktang cycle ay tinatawag thermal kahusayan. Ito ay katumbas ng ratio ng init na na-convert sa trabaho sa panahon ng cycle sa lahat ng init na ibinibigay at tinutukoy h t(“ito”, liham na Griyego):
saan 1 c- kapaki-pakinabang na gawain;
q1 - ibinibigay ng init;
q 2– inalis ang init. Ang panlabas na gawain sa panahon ng reverse cycle ay katumbas ng:
1 c = q 1 – q2,
saan q 1 – init na tinanggihan sa mainit na bukal;
q 2 – inalis ang init mula sa malamig na pinagmumulan.
Mayroong termino para sa reverse ideal cycle kahusayan sa pagpapalamig, alin ang ipinahiwatig? t :
Maaaring mabuo pangalawang batas ng thermodynamics kaya: "Sa isang makinang pang-init, ang pag-convert ng init sa gawaing mekanikal ay 100% imposible."
36. Baliktad at nababaligtad na ikot ng Carnot
>Sa thermodynamic na pananaliksik, hindi lamang ang pasulong na direksyon, kundi pati na rin ang reverse na direksyon ng Carnot cycle ay nakatanggap ng praktikal na aplikasyon. Reverse cycle na pagkakaiba ay ang init ay inalis mula sa pinagmumulan na may mababang temperatura at ibinibigay sa pinagmumulan na may mataas na temperatura. Ang cycle na ito ay perpekto para sa mga yunit ng pagpapalamig.
Ang gumaganang likido na kasangkot sa reverse cycle ay tinatawag nagpapalamig. Sa panahon ng adiabatic expansion, bumababa ang temperatura mula sa halagang 71 tungo sa isang halaga T t Pagkatapos nito, kapag tumatanggap ng init R2 mula sa isang malamig na pinagmulan (T2), ang gas ay isothermally compressed. Sa susunod na proseso, nangyayari ang adiabatic compression, at ang temperatura ng working fluid ay tumataas mula sa halaga T 2 hanggang sa halaga T 1. Sa panahon ng isothermal compression, init q 1 ay inalis mula sa gumaganang sangkap at napupunta sa mainit na bukal.
Ang makina ng pagpapalamig ay nagpapatakbo sa isang reverse cycle, ang paglikha nito ay nangangailangan ng isang tiyak na dami ng trabaho (I). Sa kasong ito, ang q ay inililipat mula sa isang malamig patungo sa isang mainit na pinagmulan 2 (dami ng init), at ang mainit na bukal ay tumatanggap pa rin ng init ayon sa bilang na katumbas ng gawaing ginawa I. Kaya, ang kabuuang halaga ng init na inilipat sa mainit na bukal ay katumbas ng:
q 1 = q 2 + 1
Ang trabaho sa panahon ng proseso ng pagpapalawak ay positibo, at ang trabaho sa panahon ng proseso ng compression ay negatibo. Ang kabuuang gawaing kinakailangan upang ilipat ang init mula sa malamig patungo sa mainit na pinagmumulan ay:
at negatibo.
Koepisyent ng pagganape nagpapakilala sa pagganap ng mga aparato sa pagpapalamig at tinutukoy ng ratio:
saan q 2 – ang dami ng init na inalis mula sa malamig na pinagmumulan at natanggap ng mainit na pinagmumulan;
Ako - perpektong trabaho.
Para sa isang baligtad at nababaligtad na Carnot cycle, ang koepisyent ng pagganap ay kinakalkula gamit ang kaugnayan:
37. Carnot's theorem
>Suriin natin sa madaling sabi ang formula para sa kahusayan ng Terminian ng isang nababaligtad na direktang ikot ng Carnot:
Mula sa pagkakapantay-pantay na ito ay sumusunod:
1) ang thermal efficiency ay nakasalalay lamang sa mga temperatura ng mainit at malamig na pinagmumulan;
2) h t(para sa Carnot cycle) mas mataas ang temperatura ng hot spring (71) at mas mababa ang temperatura ng cold spring (72);
3) sa Carnot cycle, ang thermal efficiency ay dapat na mas mababa kaysa sa pagkakaisa. kasi h t Ang = 1 ay maaari lamang sa kaso ng T 2 / T 1 = 0, kapag T 1 = 0, o T 2 = 0 (o T 2 = -273.15 o C). Ang malamig na pinagmumulan ng temperatura 72 sa mga tunay na makina ng init ay karaniwang isang temperatura T 2 = 260 – 300 K(kapaligiran). Ang temperatura ng pampainit sa pugon ng mga steam power plant ay humigit-kumulang 2000 K, at sa mga panloob na combustion engine ay humigit-kumulang 2500 K, dahil ang mga dingding ng mga piston cylinder ng mga makina na ito ay pinalamig, at ang mga produkto ng pagkasunog ay nagiging gumaganang sangkap. Ito ay nagpapahiwatig ng parehong pahayag na ang lahat ng init na ibinibigay sa gas sa panahon ng pag-ikot ay hindi maaaring ganap na ma-convert sa kapaki-pakinabang na gawain ay dapat na sinamahan ng pagkawala ng bahagi ng init (ito ay hinihigop ng malamig na pinagmulan);
4) sa Carnot cycle ang thermal efficiency ay zero sa kaso ng T 1 = T 2 . Ito ay sumusunod mula dito na kung ang thermal equilibrium ay pinananatili sa system, ibig sabihin, ang temperatura ng lahat ng mga katawan sa system ay pareho, kung gayon ang pag-convert ng init sa kapaki-pakinabang na gawain ay imposible. Para sa Carnot cycle (direkta) ito ay totoo: h t= 1 – T 2 / T 1 = 1 – 1 = 0 sa T 1 = ? t = T 2 (sa kaso ng pantay na temperatura ng parehong mga mapagkukunan);
5) thermal kahusayan? t nailalarawan ang isang nababalikang Carnot cycle (circular process). Ang lahat ng mga tunay na proseso ay hindi maibabalik, ito ay ipinaliwanag ng mga pagkalugi ng enerhiya (dahil sa paglipat ng init, alitan, atbp.). Samakatuwid, ang thermal efficiency ng isang tunay na Carnot cycle (irreversible) ay palaging mas mababa sa 1 – T 2 /T 1 . Ang pangunahing tampok ng siklo na ito ay pareho ito para sa parehong perpekto at ordinaryong mga tunay na gas, kung ang mga temperatura ay ibinigay ( T 1 , T 2) pinagmumulan. Ang pahayag na ito ay ang kakanyahan Ang teorama ni Carnot, na nagsasabing: "Sa isang heat engine para sa anumang nababaligtad na cycle, ang thermal efficiency ay hindi magdedepende sa likas na katangian ng cycle o sa uri ng substance (working fluid)." Matutukoy lamang ito sa ratio ng mga temperatura ng heater (heat transmitter) at refrigerator (heat receiver). Sa madaling salita, sa isang heat engine, para sa bawat reversible cycle, ang thermal efficiency ay kinakalkula gamit ang parehong formula na tinukoy para sa reversible Carnot cycle.
38. Pagbabago sa entropy sa mga proseso
>Entropy ay isang parameter ng estado na nakasalalay sa pinababang init (ratio q/ T). Ang pagbabago sa entropy ay kinakalkula gamit ang formula:
kung saan ang q 1.2 ay ang dami ng init na ibinibigay sa working fluid o inalis mula dito;
Tav – average na temperatura ng ibinibigay (o inalis) na init.
Tinutukoy ng ugnayang ito ang pagbabago sa entropy mula sa paunang halaga ng entropy S 1 hanggang sa panghuling halaga S 2
1) sa q 1.2 > 0 (ang init ay ibinibigay sa gumaganang likido), ang pagbabago sa entropy ay positibo: S 2 – S 1 > 0, S 2 > S 1, dahil ang average na thermodynamic na temperatura ay dapat palaging positibo, i.e. T avg> 0. Sa madaling salita, tumataas ang entropy ng katawan;
2) sa 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) sa q 1.2 = 0 (adiabatic process), ang pagbabago sa entropy ay zero: S 2 – S 1 = 0, S 2 = S 1 i.e. ang entropy ng katawan ay nananatiling pare-pareho. Ang isang proseso kung saan ang halaga ng entropy ay hindi nagbabago ay tinatawag na isentropic.
Para sa isang perpektong gas ay nakukuha natin ang mga sumusunod na konklusyon.
1. Sa isang isothermal na proseso, sa halip na T av sapat na upang palitan ang mga halaga ng temperatura T sa entropy equation, dahil T 1 = T 2 = const.
2. Ang pagbabago sa entropy sa panahon ng isochoric na proseso ay katumbas ng:
S 2 – S 1 = 2.3m? v log(T 2 / T 1).
3. Ang pagbabago sa entropy sa panahon ng isang isobaric na proseso ay katumbas ng:
S 2 – S 1 = 2.3m? p log(T 2 / T 1).
saan? V - tiyak na kapasidad ng init sa isang proseso na may pare-pareho ang dami;
?p– tiyak na kapasidad ng init sa isang proseso na may pare-parehong presyon.
Kaya, ang entropy ay maaaring tumaas (bumaba) kapag ang init ay ibinibigay (naalis) sa isang arbitrary na working fluid o nananatiling hindi nagbabago sa kawalan ng paglipat ng init. Kapag nakumpleto ang isang cycle, ang entropy ng gumaganang fluid ay tumataas din kapag tumatanggap ng init mula sa isang pinagmulan o bumababa kapag naglalabas ng init sa isang pinagmulan.
Sa mga totoong proseso, dahil sa hindi pangkaraniwang bagay na hindi maibabalik, bumababa ang pagganap ng thermal device. Ang sukatan ng naturang mga pagkalugi ay entropy: ang pagtaas nito ay direktang nakasalalay sa pagkawala ng dami ng trabaho.
39. Ang prinsipyo ng pagtaas ng entropy at ang pisikal na kahulugan ng ikalawang batas ng thermodynamics
>Tuklasin natin ang konsepto ng entropy bilang isang function ng estado:
Pangalawang batas ng thermodynamics ay maaaring formulated bilang: Entropy halaga
kumakatawan sa isang kumpletong pagkakaiba, ibig sabihin, ito ay isang function ng estado.
Ang isa sa mga pisikal na kahulugan ng entropy ay maaaring tawaging pagtaas sa organisasyon (pagkakaayos) ng isang sistema na may pagbaba sa entropy.
Isaalang-alang natin ang kababalaghan ng pagtaas ng entropy gamit ang halimbawa ng isang closed isolated system na binubuo ng isang gumaganang fluid, mainit at malamig na pinagmumulan ng init na bumubuo sa kapaligiran ng system. Ang paglipat ng sistema mula sa isang posisyon patungo sa isa pa ay sinamahan ng trabaho, at
dS >= 0,S 2 > S 1 .
Para sa isang isolated closed system, ang pagbabago (increment) ng entropy ay positibo (irreversible process) o katumbas ng zero (reversible process) para sa isang arbitrary na thermodynamic na proseso.
Para sa paikot na proseso ng pag-convert ng init sa trabaho (hindi kusang) SdS i = 0 (nababaligtad na mga proseso) at SDS > 0 (hindi maibabalik na mga proseso), samakatuwid, sa isang nakahiwalay na sistema, tumataas ang entropy.
Ang pahayag na ito ay tinatawag na ang prinsipyo ng pagtaas ng entropy.
Ang mathematical expression ng pangalawang batas ng thermodynamics sa differential form ay nakasulat tulad ng sumusunod:
kung saan ang equal sign ay ginagamit para sa isang reversible process, at ang inequality sign ay ginagamit para sa isang irreversible.
Mula sa equation na ito ay malinaw na ang kabuuang pagtaas sa entropy ay depende sa temperatura. Ito ay kilala na habang ang temperatura ng nagtatrabaho fluid ay tumataas, ang dami ng init na maaaring ma-convert sa trabaho ay tumataas. Sa madaling salita, tumataas ang halaga ng enerhiya ng init. Kaya, ang entropy sa pamamagitan ng temperatura ay tumutukoy sa dami ng init na na-convert sa trabaho, na nagtatatag ng koneksyon nito sa pangalawang batas ng thermodynamics. Tinutukoy ng batas na ito ang mga kondisyon para sa pag-convert ng init sa kapaki-pakinabang na gawain.
Exergetic function ang mga expression ay tinatawag na nagpapahintulot sa isa na kalkulahin ang halaga ng exergy.
40. Entropy at ang static na katangian ng pangalawang batas ng thermodynamics
>Ito ay kilala na sa teorya ng mekanika, ang mga dinamikong batas ay ginagamit upang pag-aralan ang paggalaw ng mga indibidwal na molekula. Ang teorya ng molecular kinetic ay naiiba sa mechanics dahil pinag-aaralan nito ang mga sistema na binubuo ng malaking bilang ng mga molekula. Ang magulong paggalaw ng mga particle sa naturang mga sistema ay sumusunod sa iba pang (statistical) na batas. Sa kabila ng katotohanan na ang paggalaw ng bawat molekula ay inilarawan ng mga mekanikal na batas, ang buong hanay ng mga particle ay hindi isinasaalang-alang sa teorya ng mekanika ay pinag-aralan ng istatistikal na pisika. Ang katotohanan ay para sa lahat ng mga particle ang average na halaga ng kanilang mga katangian ay itinatag - average na bilis, average na enerhiya, atbp (average na temperatura, average na presyon).
Sa ilalim ng gayong mga kundisyong istatistika, ang pag-average ng mga katangian ng pagkakaroon ng anumang thermodynamic na estado ng isang sangkap (halimbawa, isang gas) ay hindi mahigpit na kinakailangan, ngunit mayroon lamang isang tiyak na posibilidad.
Ang pinakasimpleng halimbawa ay ang kaso ng pagkakapantay-pantay ng mga bilis ng lahat ng mga molekula ng gas bilang ang pinakamababang posibilidad ng pagkakaroon ng estado ng isang naibigay na sangkap. Sa kondisyon na tukuyin natin ang gayong posibilidad sa pamamagitan ng halaga ng dami Sa kaso ng hindi pantay na mga bilis, ang posibleng bilang ng kanilang mga kumbinasyon ay malaki, at ang pagkakaroon ng isang estado kung saan ang mga bilis ng mga particle ay hindi pantay ay may posibilidad. W> W0, at ang pagkakaibang ito ay lubos na makabuluhan. kaya, thermodynamic na posibilidad ang dami ay tinatawag na:
ang halaga nito ay mas malaki kaysa sa pagkakaisa, at samakatuwid ito ay tinatawag ding istatistikal na timbang ng estadong termodinamiko. Ang statistic physics ay nagtatatag din ng koneksyon sa pagitan ng thermodynamic probability at entropy mga sistema.
Ang direktang pag-asa ng entropy sa logarithm ng thermodynamic probability ay tinutukoy ng expression:
saan R– Clayperon pare-pareho;
N 0 - pare-pareho ni Avogadro.
Ang dami K ay pare-pareho (o pare-pareho) ni Boltzmann.
Dahil dito, sa pagtaas ng entropy, ang posibilidad ng paglitaw ng isa o isa pang thermodynamic state ay tumataas. Bukod dito, ang pinaka-malamang na estado ay nangyayari sa pinakamataas na halaga ng entropy.
41. Van der Waals equation ng estado
>Sa pangkalahatang kaso, para sa mga tunay na gas, kapag kinakalkula ang mga parameter ng estado, imposibleng gamitin ang equation ng state pv = RT,
na totoo para sa mga ideal na gas.
Pangkalahatang equation ng estado para sa mga tunay na gas.
kung saan ang mga coefficient B i – ay tinatawag na viral. Ang mga coefficient na ito ay isang function ng temperatura ng mga tunay na molekula ng gas at ang potensyal na enerhiya ng kanilang pakikipag-ugnayan.
Sa kahulugan B i– ang mga coefficient ay kinakalkula lamang para sa unang dalawang termino ng serye, ang mga natitirang virial coefficient ay itatapon.
Pagkatapos ang equation ng estado para sa mga tunay na gas ay tumatagal ng sumusunod na anyo:
saan A At SA– ang unang dalawang virial coefficient, depende lamang sa temperatura.
Sa isang espesyal na kaso (mababang gas density), ang equation ay may anyo:
Kung B 1 = f(T, U potensyal), pagkatapos ay ang equation ay nagiging equation ng estado para sa isang tunay na van der Waals gas:
saan b– ang pinakamababang volume na maaaring makuha ng isang tunay na gas sa panahon ng compression;
A– koepisyent na hindi isang function ng mga parameter ng estado.
Para sa iba't ibang mga gas ang mga halaga A At b ay magkaiba.
Sa madaling salita, ang equation ng van der Waals ay isang espesyal na kaso ng batas ng Bogolyubov-Mayer, kung saan ang lahat ng 1/v na termino sa itaas ng ikalawang antas ay napapabayaan. Kung ang isang tunay na gas ay may mataas na density, ang mga equation ng ganitong uri ay magiging totoo para sa mas malaking bilang ng mga termino sa serye. Sa kasong ito, ang mga equation ng estado ng mga tunay na gas ay nagbibigay ng katumpakan ng pagkalkula na katanggap-tanggap sa pagsasanay.
42. Equation ng estado para sa mga totoong gas ni M. N. Vukalovich at I. I. Novikov
>Ang isang unibersal na equation na naglalarawan sa estado ng anumang mga tunay na gas ay nakuha noong 1939 ng mga siyentipikong Ruso I. I. Novikov At M. N. Vukalovich. Sa loob nito
ang kababalaghan ng puwersang pakikipag-ugnayan ng mga molekula (asosasyon, dissociation) ay isinasaalang-alang na at sa pangkalahatang anyo ito ay isinulat sa anyo:
saan A At SA– mga coefficient na kinakalkula gamit ang mga formula:
saan A At b– para sa mga tunay na gas, pare-pareho ang dami sa mga equation ng estado;
R- pangkalahatang gas constant; r, c, k, m 1, m 2 - mga coefficient na nagpapahayag ng antas ng samahan.
Kung hindi, ang Vukalovich-Novikov equation ay maaaring katawanin bilang:
saan A At b- pare-pareho ang mga halaga sa van der Waals equation; m, c– constants, kinakalkula empirically.
Sa pangkalahatan, ang mga pangunahing parameter para sa sobrang init na singaw (katulad ng gas) ay ang mga parameter ng estado tulad ng temperatura, presyon at tiyak na dami. Ang sobrang init na singaw ay malapit sa mga katangian sa isang perpektong gas, dahil ang mga parameter nito ay matatagpuan malayo sa kritikal na punto at mula sa boundary curve (itaas na curve sa mga diagram). Kung ang presyon ng sobrang init na singaw ay hindi masyadong mataas, kung gayon ang equation ng estado nito ay maaaring makuha gamit ang van der Waals equation para sa kaso ng isang tunay na gas, sa pamamagitan ng pagpasok ng mga pagwawasto dito.
Para sa singaw ng tubig, ang equation ng estado ng M.N. Vukalovich at I.I. Novikov sa modernong thermodynamics ay ang pinaka-tumpak na equation. Bukod dito, maaari din itong gamitin upang kalkulahin ang mga estado ng sobrang init na singaw (napapailalim sa pagkalkula ng presyon), kung magdadagdag ka ng ilang kasunod na termino ng equation dito.
43. Mga partial derivatives ng mga parameter ng estado. Thermal coefficients
>Ang mga katangian ng mga tunay na sangkap ay inilarawan mga thermal coefficient.
Kahulugan 1. Koepisyent ng pagpapalawak ng volumea ay ang pagbabago sa dami ng isang sangkap kapag ang temperatura nito ay tumaas ng isang degree.
– partial derivative ng mga parameter ng estado.
Nailalarawan nito ang pagbabago sa dami ng isang sangkap na may isang tiyak na masa kung ang temperatura nito ay tumataas ng isang degree at ang panlabas na presyon ay nananatiling pare-pareho.
Kahulugan 2. Thermal pressure coefficientb ay tinatawag na pagbabago sa presyon depende sa pagbabago sa temperatura ng sangkap. Ang halagang ito ay kamag-anak din at kinakalkula bilang:
– partial derivative, nagpapakilala sa mga pagbabago sa presyon p, Kung ang temperatura ng isang sangkap ay tumaas ng isang degree at ang volume ay nananatiling pare-pareho, ang presyon p ay isang function ng temperatura.
Kahulugan 3. Isothermal compressibility coefficientg ay tinatawag na pagbabago sa dami depende sa pagbabago sa presyon.
– partial derivative, nailalarawan ang pagbabago sa volume ng isang substance kung nagbabago ang pressure ng isang unit.
44. Mga katangian ng mga katangiang pag-andar
>Tinatawag ang mga function na naglalarawan ng anumang thermodynamic properties mga katangiang function o thermodynamic potensyal ng system. Ang pinakamahalagang pag-andar ng katangian ay: enthalpy
i= i(S,p),
panloob na enerhiya
U= U(S,v),
isobaric-isothermal na potensyal, o libreng enthalpy,
Z= Z(T,p),
isochoric-isothermal na potensyal, o libreng enerhiya,
F= F(T,v).
Sa pangunahing mga katangian ng mga katangiang pag-andar isama ang mga sumusunod.
1. Ang mga potensyal na thermodynamic ay naiiba sa iba pang mga pag-andar dahil mayroon silang isang mas simpleng istraktura at isang tiyak na pisikal na kahulugan.
2. Ang mga parameter ng estado ng system ay katumbas ng mga partial derivatives ng thermodynamic potential, na kinuha ayon sa parehong mga parameter.
3. Bilang resulta ng pagkita ng kaibahan ng potensyal na thermodynamic, ang kabuuang pagkakaiba ng function na ito ay nakuha.
4. Gamit ang mga katangiang function na nakasulat sa differential form, maaari kang makakuha ng anumang thermodynamic parameter ng system.
5. Ang thermodynamic na potensyal ng buong sistema ay binubuo ng mga potensyal na halaga ng mga bahagi nito, ibig sabihin, mayroon itong pag-aari ng additivity.
6. Ang mga katangiang function ay nagtatatag ng ugnayan sa pagitan ng iba't ibang thermodynamic na katangian ng isang substance. Kaya, halimbawa, ang mga unang derivatives ng potensyal ay nagpapakilala sa mga thermal properties (i.e., mga dami na direktang sinusukat ng mga instrumento - dami, temperatura, presyon), at ang pangalawang derivative ay tumutugma sa mga caloric na katangian ng system (ito ay mga dami na ipinahayag sa mga yunit ng init - kapasidad ng init, entropy, enthalpy, panloob na enerhiya).
7. Ang mga partial derivatives ng mga katangiang function ay nagpapahintulot sa isa na bumuo ng mga equation ng kapasidad ng init C v At C p , equation ng estado at iba pang mga thermodynamic dependencies.
8. Ang function ay katangian lamang para sa ilang mga parameter. Kapag pumipili ng iba pang mga variable, nawawala ang mga katangian nito, dahil sa kasong ito ang mga bahagyang derivatives ay hindi nagpapahayag ng mga thermodynamic na katangian ng system.
45. Potensyal ng kemikal
>Enerhiya ng kemikal Ito ang enerhiya na nabuo bilang isang resulta ng mga pakikipag-ugnayan ng kemikal at bahagi ng panloob na enerhiya ng isang sangkap. Ang mga reaksiyong kemikal ay nahahati sa exothermic (nagaganap sa pagpapalabas ng enerhiya) at endothermic (sinamahan ng pagsipsip nito).
Sa kaso ng isang reaksiyong kemikal, nagbabago ang panloob na enerhiya ng sistema, habang nagbabago ang pagsipsip ng mga atomo sa mga sangkap ng reactant. Para sa mga ganitong proseso, maaari nating ilapat ang unang batas ng thermodynamics sa anyo:
U 1 -U 2 =?U=Q+A,
saan Q- dami ng init;
DU - pagbabago sa panloob na enerhiya ng isang sangkap;
A– kapaki-pakinabang na gawain, kabilang ang trabaho upang mapagtagumpayan ang iba't ibang mga puwersa ng electromagnetic.
Ang gawaing ginawa sa isang reversible chemical reaction ay maximum. Ito ay ipinahayag gamit ang Gibbs-Helmholtz equation:
Isaalang-alang natin ang potensyal na kemikal ng reaksyon. Sa kaso ng mga reaksiyong kemikal, ang masa ng mga reactant ay hindi pare-pareho; T(dami ng substance) mula sa mga pangunahing parameter (v, p, T, F, S, U atbp). Pag-iba-ibahin natin ang pagkakapantay-pantay:
saan u– tiyak na dami ng panloob na enerhiya, mayroon kaming:
dU = mdu + udm,
f = u– ST+ pv= i– ST
j- potensyal na kemikal.
pero, potensyal na kemikal ay tinatawag na partial derivative na may paggalang sa masa, na kinuha mula sa anumang potensyal na thermodynamic sa ilang mga halaga ng argumento. Ang potensyal na kemikal ay nagpapakita kung paano nagbabago ang enerhiya ng isang sangkap kung ang masa nito ay nagbabago ng isa.
46. Mga pangunahing equation ng kaugalian ng thermodynamics
>Differential equation sa thermodynamics ginagamit upang pag-aralan ang mga tunay na gas sa teoretikal (at praktikal) na mga kalkulasyon.
Isaalang-alang natin ang mga sumusunod na kaso.
1. Ang mga independiyenteng variable ay ang mga parameter p, V.
Ito ang unang batas ng thermodynamics sa differential form.
2. Ang mga independiyenteng variable ay mga parameter r, T.
at ang kabuuang volume differential ay may anyo:
3. Ang mga independiyenteng variable ay mga parameter V, T.
4. Kailan p= const kapasidad ng init
sa v= const kapasidad ng init
47. Mga partial derivatives na may kinalaman sa volume, pressure, temperature
>1. Partial derivative na may kinalaman sa volume:
Ito ang partial derivative na may kinalaman sa volume na kinuha mula sa panloob na halaga ng enerhiya. 2. Partial derivative na may kinalaman sa pressure.
Palitan natin ang halaga dQ kaugnay ng dS = dQ/ T, nakukuha namin:
Ito ang partial derivative na may kinalaman sa pressure na kinuha mula sa halaga ng internal energy. 3. Partial derivative na may kinalaman sa temperatura.
Ito ang partial derivative na may kinalaman sa temperatura na kinuha mula sa panloob na halaga ng enerhiya.
48. Continuity equation
>Ayon sa teorya ng daloy ng gas, ang daloy ng gas sa kaso ng stationarity ay tinutukoy gamit ang isang espesyal na sistema ng mga equation. Kasama dito ang mga sumusunod na ratios:
1) equation ng enerhiya para sa daloy ng gas;
2) equation ng estado;
3) equation para sa pagpapatuloy ng daloy ng gas.
Equation ng enerhiya sumusunod mula sa unang simula
thermodynamics para sa mga daloy ng gas.
Continuity equation ang ratio ay tinatawag na:
Gv = Fw.
Ito ay sumusunod mula dito na sa kaso ng tuluy-tuloy na daloy ng gas sa bawat seksyon ng daloy, ang rate ng daloy ng gas ayon sa masa ay isang pare-parehong halaga. Kung hindi, ang equation na ito ay maaaring isulat bilang:
G=pFw =p 1 F 1 w 1 =P 2 F 2 w 2 =const,
saan r 1 ,r 2 , r= 1/v gas density sa mga cross section;
F 1, F 2– daloy ng cross-sectional area;
w 1, w 2– bilis ng daloy, sinusukat sa cross-sectional area.
Sa kasong ito, mayroong dalawang seksyon ng daloy (ika-1 at ika-2), at ang halaga G mula sa equation na ito ay tinatawag na gas mass flow rate (bawat segundo).
Tulad ng alam mo, ang pangalawang batas ni Newton ay nagsasaad: "Ang puwersa ay tinutukoy ng produkto ng masa at pagbilis." Kung ang daloy ng gas ay one-dimensional, ang pangalawang batas ay sumusunod:
Sa relasyong ito, ang bawat termino ay may tiyak na pisikal na kahulugan. Tingnan natin ang bawat salik sa equation.
1. Magnitude
nagpapakita kung paano nagbabago ang presyon depende sa X-coordinate.
2. Magnitude
nagpapakita kung paano nagbabago ang bilis depende sa X-coordinate.
3. Ratio
ay katumbas ng puwersang inilapat sa elementarya na volume, ang dV ay ang napiling volume.
4. Magnitude
ang gas ay katumbas ng acceleration ng masa pdV(elemental na masa).
49. Pagtulak sa trabaho
>Pagtulak sa trabaho. Upang matukoy ito sa equation:
palitan natin ang pagkakapantay-pantay ako = u + pv, nakukuha namin bilang isang resulta:
kung saan ang d(pv) ay ang pushing work na kinakalkula para sa elementary volume,
d(pv) = pdv+vdp– equation para sa elementarya na gawain.
Ang relasyon (2), kabilang ang mga puwersa ng gravitational, ay may anyo:
Sa kaso kapag ang daloy ng gas ay kinakatawan bilang isang adiabatic na proseso kung saan dq = 0, ang kaugnayan (1) ay nakasulat tulad ng sumusunod:
Sa adiabatic flow motion, ang kabuuan ng tiyak na kinetic energy at tiyak na enthalpy ay isang pare-parehong halaga.
Kung ang teknikal na gawain ay nagaganap sa proseso, kung gayon para sa isang daloy ng gas ang unang batas ng thermodynamics ay magkakaroon ng anyo:
saan dl TEK– kapaki-pakinabang na gawain (elementarya).
50. Magagamit na trabaho sa panahon ng pag-agos ng gas
>Pag-aralan natin ang proseso ng paggalaw (outflow) ng isang gas flow.
Ipagpalagay natin na mayroong isang tiyak na lalagyan; naglalaman ito ng singaw o gas (i.e., isang gumaganang likido) na may mga parameter ng estado sa anyo ng mga halaga f 1, v 1, p 1. Mula sa sisidlan na ito, sa dingding kung saan mayroong isang butas, ang gas ay dumadaloy sa kapaligiran. Nangyayari ito dahil sa pagkakaiba sa presyon (p 1 – p 2), ang gas outlet ay may presyon p 1< p 2 Соответственно температура газа при этом равна t2, at ang tiyak na volume ay v 2 Upang ang daloy ng tumatakas na gas ay makatanggap ng isang ibinigay na direksyon, ang mga cylindrical na nozzle (tinatawag na mga nozzle) ay inilalagay sa labas ng sisidlan patungo sa ibabaw kung saan matatagpuan ang butas. Kadalasan mayroon silang hugis ng isang pinutol na kono, patulis patungo sa panlabas na gilid. Ang ganitong mga nozzle ay tinatawag na confusers. Sa kaso ng isang channel na tumatakbo ayon sa reverse na proseso, ang naturang nozzle ay isang diffuser. Ang bibig ay ang panlabas (i.e., exit) na seksyon ng nozzle.
Tukuyin natin ang bilis ng gas jet sa exit mula sa bibig sa pamamagitan ng halaga at sa pasukan sa sisidlan sa pamamagitan ng halaga W 1 (umaagos na gas), habang ang nozzle ay may isang orifice, ang cross section na kung saan ay tinutukoy ng ang lugar f. Sa pagsasanay w 1 mas mababa w2, Kapag nagkalkula, ito ay napapabayaan at tinatanggap: w 1= 0, w 2= w.
dq = du + dA,
saan dA = pdf – gawaing pagpapalawak, o gawaing elementarya na ginawa ng gas mismo. Mula dito:
Kaya, bilang resulta ng pag-agos ng gas, mayroon tayong katumbas na trabaho A 0 . Sa bilang, ito ay katumbas ng alinman sa pagtaas ng kinetic energy sa panahon ng pag-agos, o ang kabuuan ng gawain ng pagtulak at laban sa mga panlabas na puwersa.
51. Outflow velocity sa isang tapering channel, mass flow velocity
>Ang bilis ng pag-agos sa isang tapering channel
Isaalang-alang natin ang proseso ng adiabatic outflow ng matter. Ipagpalagay natin na ang isang gumaganang likido na may tiyak na dami (v 1) ay nasa isang tangke sa ilalim ng isang tiyak na presyon (p 1). Ang proseso ng pag-agos ay nagsasangkot ng paggalaw ng gas (o singaw) mula sa isang daluyan sa ilalim ng presyon p 1(reservoir) sa kapaligiran, ang presyon kung saan p2< p 1 . Kasabay nito, sa panahon ng proseso ng daloy ng gumaganang sangkap mula sa nozzle, ang presyon sa loob ng tangke ay halos hindi bumababa sa kaso ng isang napakalaking dami ng tangke. Kapag ang isang gas (steam) na daloy ay gumagalaw sa isang nozzle, ang potensyal na enerhiya nito ay napakaliit at ang pagbabago nito ay kadalasang napapabayaan. Sa kasong ito, tumataas ang kinetic energy.
saan w 1– bilis ng paggalaw ng daloy ng sangkap sa seksyong pumapasok ng nozzle;
w 2– bilis sa labasan ng nozzle.
rate ng daloy ng gas (singaw). mula sa nozzle.
Kadalasan ang bilis w 1 mas mababa ang bilis w 2(W1 << W2), samakatuwid ito ay napapabayaan at itinuturing na W 1 = 0.
Bilis ng daloy ng masa ang relasyon ay tinatawag na:
saan G c- pangalawang pagkonsumo ng singaw (gas);
S – daloy ng cross-sectional area;
r- density ng gumaganang likido.
52. Pag-agos ng droplet na likido. Daloy ng masa
>Ang magagamit na trabaho para sa anumang sangkap na isang gumaganang likido ay tinutukoy ng formula:
ako 0 = q +(i 1 – i 2).
Kung ang daloy ay adiabatic (sa q= 0)
saan i– enthalpy (J/kg);
W2 = w– bilis ng pag-agos (m/s).
Ang dami Di = i 1 – i 2, katumbas ng enthalpy difference, ay tinatawag pagkawala ng init ng gas (singaw).
at para sa isang droplet na likido ang sumusunod na pagkakapantay-pantay ay nagtataglay:
saan w– bilis ng daloy ng likido mula sa nozzle.
Daloy ng masa ay ang dami ng substance na dumadaloy sa mga nozzle bawat segundo. Ito ay katumbas ng ratio ng pangalawang dami ng pag-agos ng isang sangkap (gas) U2 sa tiyak na dami ng parehong sangkap na naaayon sa presyon p2:
daloy ng masa (tinutukoy din ito mula sa continuity equation: Gv = Sw).
53. Kritikal na bilis
>Ang pagsusuri sa formula para sa bilis ng pag-agos ay nagpapakita na habang bumababa ang halaga ng p 2 /p 1, tumataas ang bilis ng daloy. Ito ay posible, halimbawa, kung pi = const at ang presyon p2 bumababa.
Ito ay kilala mula sa mga eksperimento na ang presyon sa labasan ng isang convergent nozzle (o isang nozzle ng pare-pareho ang cross-section) p 2 ay maaaring mabawasan lamang sa isang tiyak na limitasyon ng halaga, ang tinatawag na kritikal na presyon (p kritikal). Kasabay nito ratio ng kritikal na presyon ay tinatawag na dami b= p kritikal /p 1, kaya P k = bp 1
Bilang resulta ng pagbaba ng presyon p 0 (panlabas na kapaligiran) sa p 1= const dalawang kaso ay posible:
1) p o >= P k, ibig sabihin, habang bumababa ang pressure p o sa isang kritikal na halaga, ang pagkakapantay-pantay ay sinusunod p2= p o kung saan ang p 2 ay ang presyon ng sangkap sa labasan ng convergent nozzle, p o ang presyon ng panlabas na kapaligiran;
2) p o< P к, т. е. дальнейшее падение давления p o среды ниже критического значения определяется равенством p 2 = pk, at ang presyon p 2 ng dumadaloy na sangkap ay pare-pareho (p2= const).
Kaya, ang kababalaghan kung saan ang presyon sa bibig ng nozzle ay pare-pareho at hindi bumababa ay tinatawag sa pamamagitan ng pagsasara ng nozzle. Samakatuwid, ang naturang presyon sa outlet ng nozzle, na hindi maaaring ibaba sa pamamagitan ng pagbabawas ng presyon ng panlabas na kapaligiran kung saan dumadaloy ang gumaganang likido, ay tinatawag kritikal(P 2k).
Anuman ang pagbaba sa ambient pressure p o sa bunganga ng convergent nozzle sa b k nakatakda ang presyon P 2k = const, na tumutugma sa G max = const (mass flow), wk= const (bilis ng pag-expire), Tk= const (temperatura), at v 2 k= const (specific volume), ibig sabihin, ang constancy ng lahat ng parameter sa nozzle exit (ang tinatawag na output parameters).
Sa mga resultang formula, ang a, Y ay mga coefficient na tinutukoy lamang ng halaga k(adiabatic exponent), ang kanilang mga halaga ay matatagpuan mula sa mga espesyal na talahanayan.
Sa pamamagitan ng kahulugan kritikal na bilis ay tinatawag na pinakamataas na bilis ng isang sangkap kapag ito ay umaagos mula sa isang nozzle, hindi lalampas sa bilis ng tunog, i.e. w k =a, saan A– ang tinatawag na lokal na bilis ng tunog.
Ang resultang formula ay tinatawag Ang equation ni Laplace.
54. Daloy ng perpektong gas sa pamamagitan ng pinagsamang Laval nozzle
>Mga laval nozzle ay ginagamit upang lumikha ng isang supercritical na proseso ng pag-agos ng gumaganang likido, ang kondisyon kung saan ay p o /p 1 < b k В нем выделяют три основные области.
1. Isang patulis na maikling bahagi kung saan ang bilis ng daloy ay subsonic.
2. Isang makitid na seksyon kung saan gumagalaw ang bagay sa bilis ng tunog.
3. Pagpapalawak ng hugis-kono na nozzle (supersonic na bilis ng daloy).
Ang pangunahing kondisyon para sa pagpili ng mga sukat ng malawak na bahagi ng Laval nozzle para sa pag-agos ng working fluid ay ang pagpapatuloy nito mula sa mga dingding ng nozzle. Samakatuwid, ang anggulo ng pagbubukas ng kono ay dapat magkaroon ng limitasyon na 12 o, nakakatulong ito na maalis ang mga makabuluhang pagkalugi dahil sa pagpapalawak ng gas (steam).
Isaalang-alang natin ang mga prosesong nagaganap sa panahon ng operasyon ng pinagsamang nozzle. Sa kaso kapag ang panlabas na presyon p o< pk, ang bilis ng daloy at presyon sa makitid na eroplano ng mga nozzle ay kritikal.
Ang disenyo ng Laval nozzle ay nagbibigay-daan para sa bawat ratio o< p o/p 1< b makakuha ng kumpletong pagpapalawak ng sangkap sa loob ng mga limitasyon ng halaga ng presyon. Sa kasong ito, walang enerhiya ang nawala sa exit section ng nozzle, at kapag ang presyon ng working fluid at ang panlabas na kapaligiran ay napantayan, ang bilis ng daloy ay nagiging supersonic, na kinakailangan para sa paggamit ng nozzle sa pagsasanay. Sa kasong ito, ang mass flow rate ay nagiging maximum;
Sa makitid na bahagi ng nozzle (tinatawag na leeg), ang mga kritikal na halaga ng mga parameter V k, T k, p k, w k = w tunog, G max ay itinatag (kung saan ang W sound ay ang lokal na bilis ng tunog). Ang paggalaw ng daloy sa kahabaan ng lumalawak na bahagi ay nailalarawan sa katotohanan na ang gas ay lumalawak pa sa loob ng mga hangganan [p 2k, p 1], ang bilis ay tumataas sa pagitan (i.e., sa mga halaga w> W sound), na humahantong sa pagbaba ng presyon, ngunit sa parehong oras ay tumataas ang tiyak na volume (i.e. v>v k , p< p k).
Ang lumalawak na bahagi ng nozzle ay maaaring magsilbi bilang isang diffuser kung nasa isang makitid na eroplano w< w зв (для p o / p 1 > b k).
55. Gas throttling at equation ng proseso
>Para sa singaw ng tubig ang kritikal na temperatura ay T k= 647 K, ayon sa pagkakabanggit, T inv> 4400 K (temperatura ng pagbabaligtad). SA proseso ng throttling Ang paglamig ng singaw ng tubig ay palaging nangyayari; ito ay dahil sa kumpletong paghihiwalay ng mga molekula ng singaw sa hindi masyadong mataas na mga halaga ng isang ibinigay na temperatura ng pagbabaligtad.
Ang throttling ng singaw ng tubig ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na katangian na nakuha mula sa pagsusuri ng diagram (i, s):
1) para sa anumang estado ng singaw, ang throttling ay palaging nagpapababa sa temperatura ng singaw ng tubig;
2) ang throttling ng mga basang singaw sa mababang presyon ay sinamahan ng isang paglipat mula sa isang humidified sa isang tuyo, at pagkatapos ay sa isang superheated na estado. Ang mga basang singaw sa matataas na presyon ay sa simula ay higit na nabasa, ngunit pagkatapos ay bumubuo din ng tuyo at sobrang init na bahagi;
3) ang pag-throttling ng mga superheated na singaw sa matataas na presyon (kung mababa ang temperatura ng superheating) ay sinamahan ng kanilang pagpasa sa ilang mga yugto (dry saturated, wet, dry at sa wakas, superheated). Ang huling estado ng singaw ay nailalarawan sa pamamagitan ng mababang temperatura at presyon. Sa pangkalahatan, sa panahon ng throttling, pinapanatili ng mga superheated na singaw ang kanilang sobrang init na estado kung ang kanilang mga presyon ay mataas sa simula ng proseso.
Karaniwan, sa isang is-diagram, ang proseso ng throttling i 1 = i 2 ay isang pahalang na linya na nakadirekta sa pagtaas ng entropy (dahil sa irreversibility ng proseso).
Ito ay kilala na ang presyon ng sobrang init na singaw (at ang kapaki-pakinabang na gawain nito) ay bumababa sa panahon ng proseso ng pagdurog.
at impiyerno< a дрос, где а дрос - температурный эффект адиабатного необратимого расширения (т. е. дросселирования), а а ад – эффект адиабатного обратимого расширения. Отсюда при одном давлении dp mayroon kaming:
dT dros< dT ад на величину v/cp.
56. Paglipat ng init sa pamamagitan ng spherical wall
>Hayaang magkaroon ng guwang na bola na may panloob at panlabas na radii, ayon sa pagkakabanggit r 1 at r 2, thermal conductivity coefficient ako na pare-pareho. Para sa mga ibinigay na kundisyon ng hangganan ng ikatlong uri, ang heat transfer coefficient sa mga ibabaw ng bola ay matutukoy din a 1 At a 2 at mga temperatura ng panloob at panlabas na kapaligiran, ayon sa pagkakabanggit, Tl 1 at Tl 2. Odds isang 1, isang 2 ay magiging pare-pareho sa oras, at ang mga temperatura Tl 1, Tl 2 ay magiging pare-pareho sa oras at sa ibabaw ng mga ibabaw.
Sa isang nakatigil na heat transfer mode, ang kabuuang heat flux Q na inilipat sa pamamagitan ng isang unipormeng spherical na pader mula sa isang mainit na daluyan patungo sa isang malamig na daluyan ay magiging pare-pareho para sa lahat ng isothermal na ibabaw at maaaring matukoy ng tatlong equation.
kung saan d 1 ,d 2 – panloob at panlabas na diameter ng bola;
isang 1, isang 2 mga koepisyent ng paglipat ng init mula sa mainit na daluyan patungo sa dingding at mula sa dingding patungo sa malamig na daluyan;
ako- koepisyent ng thermal conductivity ng materyal sa dingding;
T 1, T 2 - mga temperatura ng panloob at panlabas na mga dingding.
kung saan DT = Tzh 1 - Tzh 2 - kabuuang pagkakaiba sa temperatura;
K sh– koepisyent ng paglipat ng init ng spherical wall (W/deg).
Ang bahagyang presyon ng bawat gas na kasama sa pinaghalong ay ang presyon na malilikha ng parehong masa ng isang naibigay na gas kung sinasakop nito ang buong dami ng pinaghalong sa parehong temperatura.
Sa kalikasan at teknolohiya, madalas tayong makitungo hindi lamang sa isang purong gas, ngunit sa isang halo ng ilang mga gas. Halimbawa, ang hangin ay pinaghalong nitrogen, oxygen, argon, carbon dioxide at iba pang mga gas. Ano ang nakasalalay sa presyon ng pinaghalong gas?
Noong 1801, itinatag iyon ni John Dalton ang presyon ng isang halo ng ilang mga gas ay katumbas ng kabuuan ng mga bahagyang presyon ng lahat ng mga gas na bumubuo sa pinaghalong.
Ang batas na ito ay tinawag batas ng bahagyang presyon ng mga gas
Batas ni Dalton Ang partial pressure ng bawat gas na kasama sa isang mixture ay ang pressure na malilikha ng parehong masa ng isang ibinigay na gas kung ito ay sumasakop sa buong volume ng mixture sa parehong temperatura.
Ang batas ni Dalton ay nagsasaad na ang presyon ng isang pinaghalong (ideal) na mga gas ay ang kabuuan ng mga bahagyang presyon ng mga bahagi ng pinaghalong (ang bahagyang presyon ng isang sangkap ay ang presyon na ibibigay ng isang sangkap kung ito lamang ang sumasakop sa buong espasyong inookupahan. sa pamamagitan ng pinaghalong). Ang batas na ito ay nagpapahiwatig na ang bawat bahagi ay hindi apektado ng pagkakaroon ng iba pang mga bahagi at ang mga katangian ng mga bahagi sa pinaghalong hindi nagbabago.
Dalawang batas ni Dalton
>Batas 1 Ang presyon ng isang halo ng mga gas ay katumbas ng kabuuan ng kanilang mga bahagyang presyon. Ito ay sumusunod mula dito na ang bahagyang presyon ng isang bahagi ng isang halo ng gas ay katumbas ng produkto ng presyon ng pinaghalong at ang nunal na bahagi ng sangkap na ito.
Batas 2 Ang solubility ng isang bahagi ng isang halo ng gas sa isang ibinigay na likido sa isang pare-parehong temperatura ay proporsyonal sa bahagyang presyon ng sangkap na ito at hindi nakasalalay sa presyon ng pinaghalong at ang likas na katangian ng iba pang mga bahagi.
Ang mga batas ay binuo ni J. Dalton resp. noong 1801 at 1803.
Equation ng Batas ni Dalton
>Tulad ng nabanggit na, ang mga indibidwal na bahagi ng isang halo ng gas ay itinuturing na independyente. Samakatuwid, ang bawat bahagi ay lumilikha ng presyon:
\[ p = p_i k T \quad \left(1\right), \]
at ang kabuuang presyon ay katumbas ng kabuuan ng mga presyon ng mga sangkap:
\[ p = p_(01) k T + p_(02) k T + \cdots + p_(i) k T = p_(01) + p_(02) + \cdots + p_(i) \quad \left( 2\kanan),\]
kung saan ang \(p_i\) ay ang bahagyang presyon ng bahagi ng i gas. Ang equation na ito ay batas ni Dalton.
Sa mataas na konsentrasyon at mataas na presyon, ang batas ni Dalton ay hindi natutupad nang eksakto. Dahil mayroong pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga bahagi ng pinaghalong. Ang mga bahagi ay hindi na independyente. Ipinaliwanag ni Dalton ang kanyang batas gamit ang atomistic hypothesis.
Hayaang mayroong i component sa isang halo ng mga gas, kung gayon ang Mendeleev-Cliperon equation ay magkakaroon ng form:
\[ ((p)_1+p_2+\dots +p_i)V=(\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)((\mu )_2)+\dots +\frac(m_i )((\mu )_i))RT\ \quad \left(3\right), \]
kung saan ang \(m_i\) ay ang masa ng mga bahagi ng pinaghalong gas, ang \((\mu )_i\) ay ang mga molar na masa ng mga bahagi ng pinaghalong gas.
Kung papasok ka \(\left\langle \mu \right\rangle \) tulad na:
\[ \frac(1)(\left\langle \mu \right\rangle )=\frac(1)(m)\left[\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)( (\mu )_2)+\dots +\frac(m_i)((\mu )_i)\kanan] \quad \left(4\right), \]
pagkatapos ay isulat namin ang equation (3) sa form:
\[ pV=\frac(m)(\left\langle \mu \right\rangle )RT \quad \left(5\right). \]
Ang batas ni Dalton ay maaaring isulat bilang:
\[ p=\sum\limits^N_(i=1)(p_i)=\frac(RT)(V)\sum\limits^N_(i=1)((\nu )_i)\ \quad \left (6\kanan). \]
\[ p_i=x_ip\ \quad \left(7\right), \]
saan \(x_i-molar\ concentration\ ng i-th\) gas sa pinaghalong, habang:
\[ x_i=\frac((\nu )_i)(\sum\limits^N_(i=1)(n_i))\ \quad \left(8\right), \]
kung saan ang \((\nu )_i \) ay ang bilang ng mga moles ng \(i-th \) gas sa pinaghalong.
Naka-disable ang Javascript sa iyong browser.Upang magsagawa ng mga kalkulasyon, dapat mong paganahin ang mga kontrol ng ActiveX!
Ang isang halo ng gas ay nasa isang estado ng equilibrium kung ang mga konsentrasyon ng mga bahagi at ang mga parameter ng estado nito sa buong volume ay may parehong mga halaga. Sa kasong ito, ang temperatura ng lahat ng mga gas na kasama sa pinaghalong ay pareho at katumbas ng temperatura ng pinaghalong T cm.
Sa isang estado ng balanse, ang mga molekula ng bawat gas ay nakakalat nang pantay-pantay sa buong dami ng pinaghalong, iyon ay, mayroon silang sariling tiyak na konsentrasyon at, samakatuwid, ang kanilang sariling presyon. r i, Pa, na tinatawag na bahagyang . Ito ay tinukoy bilang mga sumusunod.
Ang bahagyang presyon ay katumbas ng presyon ng isang naibigay na bahagi, sa kondisyon na ito lamang ang sumasakop sa buong volume na inilaan para sa pinaghalong sa temperatura ng pinaghalong T cm .
Ayon sa batas ng English chemist at physicist na si Dalton, na binuo noong 1801, ang presyon ng pinaghalong ideal na gas ay p. cm katumbas ng kabuuan ng mga partial pressure ng mga bahagi nito p i :
saan n- bilang ng mga sangkap.
Ang pagpapahayag (2) ay tinatawag ding batas ng partial pressures.
3.3. Ang pinababang dami ng isang bahagi ng pinaghalong gas. Batas ni Amag
>Sa pamamagitan ng kahulugan, ang pinababang volume i ika bahagi ng pinaghalong gas V i, m3, ay ang volume na maaaring sakupin ng isang sangkap na ito, sa kondisyon na ang presyon at temperatura nito ay katumbas ng presyon at temperatura ng buong pinaghalong gas.
Ang batas ng French physicist na si Amag, na binuo noong 1870, ay nagsasaad: ang kabuuan ng mga pinababang volume ng lahat ng bahagi ng isang timpla ay katumbas ng dami ng pinaghalongV cm :
, m 3. (3)
3.4. Kemikal na komposisyon ng pinaghalong gas
>Maaaring tukuyin ang kemikal na komposisyon ng pinaghalong gas tatlong magkaiba mga paraan.
Isaalang-alang ang isang halo ng gas na binubuo ng n mga bahagi. Ang halo ay sumasakop sa dami V cm, m 3, ay may masa M cm, kg, presyon r cm, Pa at temperatura T cm, K. Gayundin, ang bilang ng mga moles ng pinaghalong ay N cm, nunal. Kasabay nito, ang masa ng isa i ika bahagi m i, kg, at ang bilang ng mga moles ng bahaging ito ν i, nunal.
Malinaw na:
, (4)
. (5)
Gamit ang batas ni Dalton (2) at batas ni Amag (3) para sa pinaghalong isinasaalang-alang, maaari nating isulat:
, (6)
, (7)
saan r i- bahagyang presyon i ika bahagi, Pa; V i– pinababang volume i ika bahagi, m3.
Hindi malabo, ang kemikal na komposisyon ng isang halo ng gas ay maaaring tukuyin alinman sa pamamagitan ng masa, o nunal, o mga fraction ng volume ng mga bahagi nito:
, (8)
, (9)
, (10)
saan g i , k i At r i– mga fraction ng masa, nunal at dami i ika bahagi ng pinaghalong, ayon sa pagkakabanggit (mga walang sukat na halaga).
Malinaw na:
,
,
. (11)
Kadalasan sa pagsasanay, ang kemikal na komposisyon ng isang timpla ay hindi tinukoy sa mga praksyon i ika bahagi, at ang porsyento nito.
Halimbawa, sa heating engineering ay tinatayang ipinapalagay na ang dry air ay binubuo ng 79 volume percent nitrogen at 21 volume percent oxygen.
Porsiyento i Ang ika-ka bahagi sa halo ay kinakalkula sa pamamagitan ng pagpaparami ng bahagi nito sa 100.
Halimbawa sa tuyong hangin magkakaroon tayo ng:
,
. (12)
saan
At
– dami ng mga fraction ng nitrogen at oxygen sa tuyong hangin; N 2 at O 2 - pagtatalaga ng porsyento ng dami ng nitrogen at oxygen, ayon sa pagkakabanggit, % (vol.).
Tandaan:
1)Ang mga fraction ng mole ng isang perpektong timpla ay katumbas ng numero sa mga fraction ng volume:k i = r i . Patunayan natin.
Gamit ang kahulugan ng volume fraction(10)at ang batas ni Amag (3) maaari nating isulat:
, (13)
saanV i – pinababang volumeiika bahagi, m 3 ; ν i – bilang ng mga nunaliika bahagi, mol; – dami ng isang nunaliika bahagi sa pinaghalong presyon p cm at temperatura ng pinaghalong T cm , m 3 /mol.
Mula sa batas ni Avogadro (tingnan ang talata 2.3 ng apendiks na ito) sumusunod na sa parehong temperatura at presyon, ang isang nunal ng anumang gas (halo-halong bahagi) ay sumasakop sa parehong dami. Sa partikular, sa T cm at p cm ito ay magiging ilang damiV 1 , m 3 .
Ito ay nagpapahintulot sa amin na isulat ang pagkakapantay-pantay:
. (14)
Pagpapalit(14)V(13)nakukuha namin ang kailangan namin:
. (15)
2)Ang mga fraction ng volume ng mga bahagi ng isang halo ng gas ay maaaring kalkulahin sa pamamagitan ng pag-alam sa kanilang mga bahagyang presyon. Ipakita natin.
Isaalang-alang natini-ika bahagi ng isang perpektong halo ng gas sa dalawang magkaibang estado: kapag ito ay nasa bahagyang presyon nito p i ; kapag sinakop nito ang pinababang volume nitoV i .
Ang equation ng estado ng isang perpektong gas ay may bisa para sa alinman sa mga estado nito, lalo na, para sa dalawang nabanggit sa itaas.
Alinsunod dito, at isinasaalang-alang ang kahulugan ng tiyak na dami, maaari naming isulat:
, (16)
,
(17)
saanR i - pare-pareho ang gasiika bahagi ng pinaghalong, J/(kg K).
Matapos hatiin ang dalawang bahagi(16)At(17)sa isa't isa nakukuha namin ang kinakailangan:
. (18)
Mula sa(18)makikita na ang mga bahagyang presyon ng mga bahagi ng pinaghalong ay maaaring kalkulahin mula sa komposisyon ng kemikal nito, na may kilalang kabuuang presyon ng pinaghalong p cm :
. (19)
Ang pagsusumite ng iyong mabuting gawa sa base ng kaalaman ay madali. Gamitin ang form sa ibaba
>Ang mga mag-aaral, nagtapos na mga estudyante, mga batang siyentipiko na gumagamit ng base ng kaalaman sa kanilang pag-aaral at trabaho ay lubos na magpapasalamat sa iyo.
Nai-post sa http://www.allbest.ru/
Panimula
Ang thermal engineering ay isang agham na nag-aaral ng mga paraan ng pagkuha, pag-convert, paglilipat at paggamit ng init, gayundin ang mga prinsipyo ng pagpapatakbo at mga tampok ng disenyo ng mga heat engine, apparatus at device. Ginagamit ang init sa lahat ng lugar ng aktibidad ng tao.
Upang maitatag ang pinaka-makatwirang paraan ng paggamit nito, pag-aralan ang kahusayan ng mga proseso ng pagtatrabaho ng mga thermal installation at lumikha ng bago, pinaka-advanced na mga uri ng mga thermal unit, kinakailangan upang bumuo ng mga teoretikal na pundasyon ng heating engineering. Mayroong dalawang pangunahing magkakaibang direksyon para sa paggamit ng init - enerhiya at teknolohikal.
Kapag ginamit bilang enerhiya, ang init ay na-convert sa mekanikal na gawain, sa tulong ng kung saan ang elektrikal na enerhiya ay nilikha sa mga generator, na maginhawa para sa paghahatid sa isang distansya. Ang init ay nakukuha sa pamamagitan ng pagsunog ng gasolina sa mga halaman ng boiler o direkta sa mga internal combustion engine.
Sa mga teknolohikal na proseso, ang init ay ginagamit upang sadyang baguhin ang mga katangian ng iba't ibang mga katawan (natutunaw, nagpapatibay, nagbabago ng istraktura, mekanikal, pisikal, kemikal na mga katangian). Ang dami ng mga mapagkukunan ng enerhiya na ginawa at natupok ay napakalaki.
Ang thermal engineering ay isang pangkalahatang teknikal na disiplina sa pagsasanay ng mga espesyalista sa mga teknikal na espesyalidad at binubuo ng tatlong magkakaugnay na paksa: teknikal na thermodynamics, ang mga pundasyon ng teorya ng paglipat ng init, kung saan ang mga batas ng pagbabagong-anyo at mga katangian ng thermal energy at ang mga proseso ng pagpapalaganap ng init ay pinag-aralan.
Ang layunin ng kursong thermal engineering ay upang maghanda ng isang chemical engineer-technologist na may mga kasanayan upang mahusay na pamahalaan ang disenyo at operasyon ng modernong produksyon ng kemikal, na isang hanay ng mga teknolohikal at thermal na proseso at kaukulang teknolohikal at thermal power equipment. Ang pagsasanay na ito ay makakatulong sa matagumpay na pagpapatupad ng mga gawain sa itaas ng mga nagtapos ng mga unibersidad sa chemical engineering. Ang kahalagahan ng naturang paghahanda ay lalago dahil ang nuclear, thermonuclear at renewable na mga uri ng enerhiya ay kasama sa hanay ng mga praktikal na makabuluhan at epektibo, dahil, tulad ng kilalang expression, walang uri ng enerhiya ang kasing mahal ng kakulangan nito.
gas bahagyang gas turbine convective
Teoretikal na tanong Blg
Ang konsepto ng isang halo ng gas. Bahagyang presyon. Batas ni Dalton. Bahagyang dami. Batas ni Amag. Mga pamamaraan para sa pagtukoy ng mga pinaghalong gas. Panganib sa sunog ng mga nasusunog na pinaghalong may hangin
Ang pinaghalong gas ay isang halo ng ilang mga ideal na gas na hindi pumapasok sa anumang mga kemikal na reaksyon sa bawat isa. Ang mga halimbawa ng pinaghalong gas ay kinabibilangan ng: atmospheric air, na binubuo ng pinaghalong karamihan ng nitrogen at oxygen; natural na gas; maubos na gas ng mga internal combustion engine (ICE), na naglalaman ng CO 2, CO, N 2, NO 2, O 2 at iba pang mga gas, moist air (water vapor) sa mga drying unit, atbp.
Ang pangunahing prinsipyo na tumutukoy sa mga katangian ng isang halo ng gas ay ang prinsipyo ng kalayaan ng pagkilos ng mga gas sa pinaghalong, iyon ay, ang bawat gas sa halo ay kumikilos nang nakapag-iisa sa iba pang mga gas, hindi nagbabago ng mga katangian nito at sumusunod sa lahat ng mga batas ng gas. Bilang karagdagan, ang bawat gas ay sumasakop sa buong dami ng pinaghalong at ang lahat ng mga gas sa pinaghalong ay may parehong temperatura, at ang mga katangian ng pinaghalong mga gas ay ang kabuuan ng mga katangian ng lahat ng mga bahagi nito.
Ito ay sumusunod mula dito na ang mga pinaghalong gas ay sumusunod sa parehong mga batas at equation bilang mga homogenous na ideal na gas. Ang pangunahing batas na tumutukoy sa pag-uugali ng isang halo ng gas ay ang batas ni Dalton: ang kabuuang presyon ng isang halo ng gas ng mga ideal na gas ay katumbas ng kabuuan ng mga bahagyang presyon ng lahat ng mga bahagi nito:
R cm= p 1 + p 2 + … + r n =
kung saan ang P cm ay ang presyon ng pinaghalong gas; P 1, P 2, P n - bahagyang pressures ng pinaghalong mga bahagi.
Ang bawat bahagi ng pinaghalong, na sumasakop sa buong dami ng pinaghalong, ay nasa ilalim ng sarili nitong bahagyang presyon. Ngunit kung ang sangkap na ito ay inilagay sa ilalim ng presyon P cm sa parehong temperatura ng pinaghalong T cm, pagkatapos ay sakupin nito ang isang dami na mas maliit (V i) kaysa sa dami ng pinaghalong V cm). Ang volume na ito ng Vi ay tinatawag na binawasan o bahagyang.
Ang bahagyang presyon ay kinakalkula gamit ang equation ng estado ng isang naibigay na bahagi:
Kaya naman, .
Upang ihambing ang mga gas na kasama sa isang pinaghalong ayon sa dami, ipinakilala ang konsepto ng bahagyang dami.
Ang bahagyang (nabawasang) volume ng isang partikular na bahagi ay ang kondisyong dami ng isang partikular na bahagi kung ito lamang ay nasa temperatura at presyon ng pinaghalong. Ang ugnayan sa pagitan ng dami ng pinaghalong gas at ng mga partial volume ng mga indibidwal na gas sa pinaghalong sumasalamin sa batas ng Amag (batas ng additivity): ang kabuuang dami ng pinaghalong gas ay katumbas ng kabuuan ng mga bahagyang volume ng mga bahagi nito:
V cm= V 1 + V 2 +...+ V n = .
Upang kalkulahin ang bahagyang dami, sumulat kami ng dalawang equation ng estado para sa anumang gas na kasama sa pinaghalong:
ang una ay kapag ang isang gas ay may bahagyang presyon R 1 , sumasakop sa buong dami ng pinaghalong V cm ay may temperatura ng pinaghalong T cm:
R 1 V cm=m 1 R 1 ·T cm;
ang pangalawa - kapag ang gas ay may pinababang dami ng Vi sa presyon P cm at temperatura ng pinaghalong T cm:
R cmV 1 =m 1 R 1 ·T cm.
Hinahati ang unang equation sa pangalawa, nakukuha natin ang mga equation ng estado ng bahagi
kung saan ang P cm at V cm ay ang presyon at dami ng pinaghalong; Ang P i at Vi ay ang pressure at volume ng i component.
Mula dito ipinapahayag namin ang bahagyang dami ng bahagi:
Ang mga katangian ng isang halo ng gas ay nakasalalay sa komposisyon nito, na maaaring tukuyin ng mga praksyon ng masa, dami at nunal.
Mass fraction bahagi ng isang pinaghalong g i ay isang halaga na katumbas ng ratio ng masa ng sangkap sa masa ng buong halo:
kung saan ang m i ay ang masa ng bahaging ito; Ang m cm ay ang masa ng buong halo na naglalaman ng n mga bahagi.
Dahil ang masa ng pinaghalong m ay katumbas ng kabuuan ng mga masa ng lahat ng mga sangkap:
kung gayon ang kabuuan ng mga mass fraction ay katumbas ng:
Ang pag-alam sa mga mass fraction ng mga indibidwal na gas na kasama sa pinaghalong, posible upang matukoy ang kanilang mga bahagyang presyon
kaya naman
Ang mga mass fraction ay kadalasang tinutukoy bilang mga porsyento. Halimbawa, para sa tuyong hangin: g(N 2) = 77%; g(O 2) = 23%.
Fraction ng volume Ang mixture component r i ay isang value na katumbas ng ratio ng partial volume ng component sa volume ng mixture:
saan V i- bahagyang dami ng isang naibigay na bahagi; V cm- dami ng buong timpla.
Dahil ang dami ng pinaghalong ay katumbas ng kabuuan ng mga partial volume ng mga bahagi, ang kabuuan ng mga volume fraction ay katumbas ng: .
Tinukoy ang mga fraction ng volume bilang mga porsyento. Halimbawa, para sa hangin: r(N 2) = 79%; r(O 2) = 21%.
Fraction ng nunal component ng isang mixture x i ay isang value na katumbas ng ratio ng bilang ng mga moles ng component na ito sa kabuuang bilang ng mga moles ng mixture:
Dahil ang kabuuang bilang ng mga moles ng pinaghalong ay katumbas ng kabuuan ng mga bilang ng mga moles ng bawat bahagi, malinaw na:
Alinsunod sa batas ni Avogadro, ang mga volume ng isang nunal ng anumang gas sa parehong presyon at temperatura, lalo na sa temperatura at presyon ng pinaghalong, ay pareho sa perpektong estado ng gas. Samakatuwid, ang pinababang dami ng anumang bahagi ay maaaring kalkulahin bilang produkto ng dami ng isang nunal V m sa pamamagitan ng bilang ng mga moles ng sangkap na ito, i.e. V i = V mN, at ang dami ng pinaghalong ay ayon sa formula V = V mN.
samakatuwid, ang pagtukoy sa mga gas na kasama sa halo sa mga praksyon ng nunal ay katumbas ng pagtukoy sa kanilang mga praksyon ng dami.
Ang ugnayan sa pagitan ng mass at mole fraction ay matatagpuan mula sa equation:
Bilang resulta, mayroon kaming mga sumusunod na relasyon:
Sa mga resultang equation M CM- average (maliwanag na) molekular na timbang ng isang naibigay na halo ng gas, i.e. molekular na timbang ng naturang conditional homogenous na gas, na sa mga katangian nito ay katulad ng isang naibigay na halo ng gas.
Batay dito, ang halaga M CM tinutukoy ng komposisyon ng pinaghalong bilang mga sumusunod:
Dahil ang ratio:
Pagdaragdag ng mga dependency para sa magnitude g i para sa lahat ng bahagi ng pinaghalong gas, mayroon kaming:
Pagkatapos ng mga pagbabago, nakukuha namin ang:
Ang equation ng estado para sa isang halo ng gas ay maaaring gamitin para sa mga sumusunod na dahilan. Mula sa prinsipyo ng pagsasarili, sumusunod na kung ang bawat gas sa isang halo, nang nakapag-iisa sa iba, ay sumusunod sa equation ng estado, kung gayon ang buong halo ay maaaring ituring bilang isang homogenous na gas na may sariling mga espesyal na katangian, na sumusunod din sa equation ng estado. , ibig sabihin.
saan R C.M.- average na maliwanag na gas constant ng pinaghalong, na tinutukoy batay sa average na molekular na bigat ng pinaghalong:
Magnitude R C.M. maaari ding matagpuan mula sa komposisyon ng pinaghalong pagkatapos palitan ang mga dependencies para sa M CM:
Pagsusuma sa lahat ng mga bahagi, nakukuha namin:
Ang kabuuan sa kaliwang bahagi ng equation ay katumbas ng dami ng pinaghalong. Ang paghahati sa magkabilang panig ng equation sa pamamagitan ng masa ng pinaghalong m nakukuha namin
Ang kabuuan sa kanang bahagi ng equation ay kumakatawan sa gas constant ng pinaghalong:
Ang ilang mga gas at singaw sa ilang mga pinaghalong hangin ay sumasabog. Ang panganib sa sunog ng mga pinaghalong gas ay tinutukoy ng konsentrasyon ng mga nasusunog na gas, singaw o alikabok sa pinaghalong. Sa lower flammable concentration limit (LCFL), mayroong isang maliit na halaga ng gasolina at labis na hangin sa pinaghalong. Habang tumataas ang konsentrasyon ng gasolina, lumilitaw ang kakulangan ng hangin sa pinaghalong, na humahantong sa pagkawala ng kakayahan sa pag-aapoy.
Ang pagsabog ng isang halo ay maaaring mangyari lamang sa ilang partikular na ratio ng mga nasusunog na gas na kasama sa pinaghalong may hangin o oxygen, na nailalarawan sa pamamagitan ng mas mababa at itaas na limitasyon ng pagsabog. Kapag pumipili ng komposisyon ng pinaghalong, ang mga limitasyon ng pagsabog ay isinasaalang-alang. Halimbawa, ang isang methane-air mixture ay sumasabog kapag naglalaman ito ng 5.3-14.9% CH4, at ang ammonia-air mixture ay sumasabog kapag naglalaman ito ng 14.0-27% NH3. Kaya, ang pinaghalong gas na ginagamit sa produksyon, na naglalaman ng 12-13% CH 4 at 11-12% MN 3, ay explosion-proof sa hangin. Gayunpaman, ang naturang paunang timpla ay malapit sa mga limitasyon ng pagsabog, at upang maiwasan ang isang posibleng paglabag sa komposisyon, ang awtomatikong regulasyon ng ratio ng gas ay ibinigay. Para sa kumpletong kaligtasan, ang nitrogen ay idinagdag sa paunang pinaghalong.
Teoretikal na tanong Blg
Mga siklo ng gas turbine
Ang mga yunit ng turbine ng gas (GTU) ay mga thermal power device kung saan ang gumaganang likido ay mga gas na produkto ng pagkasunog ng gasolina (o iba pang mga gas na pinainit sa isang paraan o iba pa), at ang gumaganang makina ay isang gas turbine. Ang mga gas turbin ay inuri bilang mga panloob na makina ng pagkasunog. Naiiba sila sa mga panloob na engine ng pagkasunog ng piston sa kapaki-pakinabang na gawain na ginagawa sa kanila dahil sa kinetic energy ng gas na gumagalaw sa mataas na bilis.
Ang mga yunit ng turbine ng gas ay may isang bilang ng mga teknikal at pang-ekonomiyang pakinabang kumpara sa mga piston engine, lalo na:
Mas magaan na timbang at maliit na sukat ng pag-install na may mataas na kapangyarihan;
Kawalan ng mekanismo ng crank-rod;
Pagkakapareho ng stroke at ang posibilidad ng direktang koneksyon sa mga mamimili ng trabaho - electric generators, centrifugal compressors, atbp.;
Dali ng pagpapanatili;
Pagpapatupad ng isang cycle na may ganap na pagpapalawak at sa gayon ay may mataas na thermal efficiency;
Posibilidad ng paggamit ng murang uri ng gasolina (kerosene).
Ang mga pakinabang na ito ng mga gas turbine ay nag-ambag sa kanilang pagkalat sa maraming larangan ng teknolohiya.
Ang disenyo ng unang gas turbine ay binuo ng mechanical engineer ng Russian fleet P.D. Kuzminsky noong 1897. Ito ay inilaan para sa isang maliit na bangka. Ang isang natatanging tampok ng turbine na ito ay ang operasyon nito na may singaw ng tubig, na iniksyon sa silid ng pagkasunog upang mapababa ang temperatura ng mga gas sa harap ng turbine.
Ang malawakang paggamit ng mga yunit ng gas turbine ay naging posible lamang pagkatapos malutas ang dalawang pangunahing problema: ang paglikha ng isang gas compressor na may mataas na kahusayan (turbocompressor) at ang paggawa ng mga bagong heat-resistant metal alloys na may kakayahang pangmatagalang operasyon sa temperatura na 650 - 750 ? C at mas mataas.
Ang pagpapatakbo ng mga planta ng gas turbine ay batay sa mga perpektong siklo na binubuo ng pinakasimpleng proseso ng thermodynamic. Ang thermodynamic na pag-aaral ng mga cycle na ito ay batay sa mga pagpapalagay na katulad ng panloob na combustion engine cycle, ibig sabihin: ang mga cycle ay nababaligtad, ang init ay ibinibigay nang hindi binabago ang kemikal na komposisyon ng gumaganang likido ng cycle, ang pag-alis ng init ay ipinapalagay na mababalik, mayroong walang haydroliko at thermal na pagkalugi, ang gumaganang likido ay isang perpektong gas na may pare-parehong kapasidad ng init. Hindi tulad ng mga piston internal combustion engine, kung saan ang mga proseso ng compression, supply ng init at pagpapalawak ay isinasagawa sa parehong silindro, sa mga yunit ng gas turbine ang mga prosesong ito ay nangyayari sa iba't ibang elemento ng pag-install, kung saan ang daloy ng gumaganang likido ay sunud-sunod na pumapasok. Ang mga gas turbine ay maaaring gumana sa pagkasunog ng gasolina sa pare-pareho ang presyon at pare-pareho ang dami. Ang kaukulang mga ideal na cycle ay nahahati sa mga cycle:
Sa pagpasok ng init sa pare-parehong presyon ( P = const) -- Brayton cycle;
Sa pagpasok ng init sa pare-parehong dami ( v = const) -- Humphrey cycle;.
Ikot na may pagbawi ng init.
Ang cycle na may supply ng init sa pare-pareho ang presyon ay nakatanggap ng pinakamalaking praktikal na aplikasyon.
p= const(Brighton cycle)
Ang schematic diagram ng isang gas turbine unit, kung saan ang fuel combustion ay nangyayari sa pare-pareho ang presyon, ay ipinapakita sa Fig. 1, at ang reversible cycle na isinasagawa dito ay ipinakita sa pv at Ts diagram sa Fig. 1.1. Sa pag-install na ito, ang hangin sa atmospera mula sa kapaligiran, na may presyon p 1 at temperatura T 1, ay pumapasok sa input ng compressor (1), na umiikot sa parehong baras ng gas turbine (4). Sa isang compressor, ang hangin ay pinipiga nang adiabatically ( 1-2 ) sa isang pressure p 2 kung saan ito ay ibinibigay sa combustion chamber (3), kung saan pumapasok ang gas o likidong gasolina. Dito, sa patuloy na presyon, ang pagkasunog ng gasolina ay nangyayari sa p=idem (2-3 ), bilang isang resulta kung saan ang temperatura ng mga nagresultang gas na mga produkto ng pagkasunog ay tumataas sa halagang T 3. Sa ganitong temperatura at presyon p 3 = p 2 ang gas ay pumapasok sa turbine (4), kung saan may adiabatic expansion ( 3-4 ) hanggang sa atmospheric pressure p 1 ay gumaganap ng trabaho, ang isang bahagi nito ay ginugugol sa pagmamaneho ng compressor, at ang isa pa sa pagmamaneho ng generator na bumubuo ng kuryente. Mula sa turbine (4), ang gas sa presyon p 4 = p 1 ay inilabas sa nakapaligid na kapaligiran ( 4-1 ), at ang bagong malinis na hangin ay dinadala sa compressor mula sa atmospera.
Ang mga sumusunod ay tinatanggap bilang mga parameter ng pagtukoy ng perpektong cycle:
Air pressure pagtaas ratio o (compression ratio);
Degree ng pre-expansion.
Ang pangunahing thermodynamic indicator ng kahusayan ng isang cycle ay ang thermal efficiency nito
at ang dami ng init na inalis - ayon sa formula
Pagkatapos, ang thermal kahusayan ng cycle
Ito ay karaniwang ipinahayag bilang isang function ng antas ng pagtaas ng presyon y. Para sa adiabatic 1 - 2 mayroon kaming:
Para sa isobar 2 - 3
Para sa adiabatic 3 - 4
Ang pagpapalit ng mga nakuhang temperatura T 2, T 3 at T 4 sa equation ng thermal efficiency, nakukuha namin
Ito ay sumusunod mula sa formula na ang thermal efficiency ng isang gas turbine unit na may supply ng init sa pare-pareho ang presyon ay nakasalalay sa antas ng pagtaas ng presyon y at ang adiabatic index k, na tumataas sa pagtaas ng mga halagang ito.
Napapailalim sa dependency
Dahil dito, para sa parehong gumaganang likido, isang pagtaas sa antas
Ang compression ay palaging humahantong sa pagtaas ng kahusayan.
Ikot ng trabaho:
Sa kabila ng katotohanan na ang pagtaas sa antas ng pagtaas ng presyon ng hangin ay may kapaki-pakinabang na epekto sa kahusayan ng pag-install ng gas turbine, ang pagtaas sa halagang ito ay humahantong sa pagtaas ng temperatura ng mga gas sa harap ng mga blades ng turbine. Ang mga halaga ng temperatura na ito ay limitado sa pamamagitan ng paglaban ng init ng mga haluang metal kung saan ginawa ang mga blades. Sa kasalukuyan, ang maximum na pinahihintulutang temperatura ng gas sa harap ng turbine ay 800 - 1000 ° C at ang karagdagang pagtaas sa temperatura ay maaari lamang makamit sa paggamit ng mga bagong materyal na lumalaban sa init at ang pagpapakilala ng mga disenyo ng turbine na may mga cooled blades.
Scheme at cycle ng isang gas turbine unit na may supply ng init saV= const (Humphrey cycle)
Sa isang gas turbine unit na tumatakbo sa isang cycle na may supply ng init sa isang pare-parehong dami (V=const), ang proseso ng pagkasunog ng gasolina ay nangyayari na may saradong intake at mga balbula ng tambutso na naka-install sa silid ng pagkasunog. Ang Compressor 1, na pinapatakbo ng turbine 6, ay nagsu-supply ng compressed air sa combustion chamber 4 sa pamamagitan ng controlled valve 7. Ang pangalawang valve 5 ay matatagpuan sa dulo ng combustion chamber at idinisenyo upang ilabas ang mga produkto ng combustion sa turbine. Ang gasolina ay ibinibigay sa combustion chamber sa pamamagitan ng pump 2 na matatagpuan sa turbine shaft sa pamamagitan ng nozzle. Ang supply ng gasolina ay dapat na isinasagawa nang pana-panahon sa pamamagitan ng balbula ng gasolina 3.
Habang tumataas ang presyon, bubukas ang balbula 5 at ang mga produkto ng pagkasunog ay pumapasok sa nozzle apparatus at papunta sa mga blades ng turbine 6. Kapag dumadaan sa mga blades ng turbine, gumagana ang gas at inilalabas sa kapaligiran.
Ang cycle ng pag-install na ito ay binubuo ng adiabatic compression sa compressor ( a-c); supply ng init sa v= const(c-z); adiabatic expansion ng gas sa isang turbine ( z-e); isobaric na paglipat ng init sa pamamagitan ng gas sa nakapaligid na hangin ( e-a). Ang thermodynamic cycle sa pv at Ts coordinate ay ipinakita sa Figure 2.1. Ang mga pangunahing parameter ng cycle ay:
Ang antas ng pagtaas ng presyon sa compressor;
Ang antas ng pagtaas ng isochoric pressure.
Ang kahusayan ng isang siklo ng turbine ng gas turbine na may supply ng init sa isang pare-parehong dami ay tinutukoy bilang:
Ang mga parameter ng gas sa mga punto ng katangian ng cycle ay tinutukoy sa pamamagitan ng paunang temperatura Ta mula sa mga relasyon:
Ang pagpapalit ng mga expression na ito para sa mga temperatura sa formula ng thermal efficiency, makuha namin ang:
Kaya, ang halaga ng kahusayan sa isang gas turbine unit na may init input sa isang pare-pareho ang dami ay depende sa antas ng pagtaas ng presyon sa compressor at sa antas ng pagtaas ng presyon sa combustion chamber, na depende sa halaga ng init input ( q 1 ) sa isang prosesong isochoric.
Tinutukoy ang partikular na gawain sa bawat cycle:
Mga paghahambing sa pagitan ng mga cycle na may init na input sa p=const At v= const parang na sa parehong antas ng pagtaas ng presyon at sa parehong dami ng init na inalis, ang isang cycle na may supply ng init sa isang pare-pareho ang dami ay mas kumikita kaysa sa isang cycle na may supply ng init sa isang pare-pareho ang presyon. Ito ay dahil sa mas mataas na antas ng pagpapalawak sa cycle v = const, at dahil dito, mataas na mga halaga ng thermal efficiency. Sa kabila ng kalamangan na ito, ang cycle na may supply ng init sa isang pare-pareho ang dami ay hindi natagpuan ang malawak na aplikasyon sa pagsasanay dahil sa pagiging kumplikado ng disenyo ng combustion chamber at ang pagkasira ng turbine sa isang pulsating na daloy ng gas, bagaman ang trabaho upang mapabuti ang cycle na ito ay nagpapatuloy.
Dahil sa kumplikadong disenyo ng combustion chamber, ang gas turbine cycle na may isochoric heat supply ay bihirang ginagamit, kahit na ito ay nadagdagan ang kahusayan kumpara sa Brayton cycle.
Ikot ng GTU na may pagbawi ng init
Isa sa mga hakbang upang mapataas ang thermal efficiency ng mga planta ng gas turbine ay ang paggamit ng heat recovery. Ang pagbawi ng init ay kinabibilangan ng paggamit ng init mula sa mga gas na tambutso upang painitin ang hangin na pumapasok sa silid ng pagkasunog. Posible ang pagbabagong-buhay ng init sa kondisyon na ang T 4 >T 2. Upang gawin ito, ang isang karagdagang aparato ay ipinakilala sa circuit ng pag-install - isang heat exchanger.
Ang diagram ng isang pag-install ng gas turbine na may pagkasunog sa P = const na may pagbawi ng init ay ipinapakita sa Figure 3. Ang pagkakaiba sa pagitan ng isang pag-install ng gas turbine na may pagbawi ng init at isang pag-install na walang pagbabagong-buhay ay ang naka-compress na hangin ay hindi pumapasok kaagad mula sa compressor 1 sa pagkasunog kamara 4, ngunit dumaan muna sa air regenerator - heat exchanger 3, kung saan ito ay pinainit ng init ng mga maubos na gas. Alinsunod dito, ang mga gas na umaalis sa turbine, bago tumakas sa atmospera, ay dumaan sa isang air regenerator, kung saan sila ay pinalamig, pinainit ang naka-compress na hangin. Kaya, ang isang tiyak na bahagi ng init na dating dinadala ng mga maubos na gas sa atmospera ay magagamit na ngayon.
Ang cycle ng isang planta ng gas turbine na may regeneration at isobaric na supply ng init sa P,v - at T,s - diagram ay ipinapakita sa Figure 1.
kanin. 1 Thermal diagram ng isang gas turbine unit na may heat recovery
Ang cycle na isinasaalang-alang ay binubuo ng isang adiabatic na proseso ng air compression sa compressor 1 - 2, isang proseso 2 - 5, na isang isobaric heating ng hangin sa regenerator, isang isobaric na proseso 5 - 3, na tumutugma sa supply ng init sa ang combustion chamber dahil sa fuel combustion, isang proseso ng adiabatic expansion ng mga gas 3 - 4 sa turbine, isobaric cooling ng exhaust gases sa regenerator 4 - 1.
Ang dami ng init na ibinibigay sa working fluid sa isang isobaric na proseso
at kung ano ang binawi sa isang prosesong isobaric
Pinapalitan ang q 1 at |q 2 | sa kabuuang ratio
Kukunin natin.
Ang mga temperatura sa mga pangunahing punto ng cycle ay tinutukoy:
Thermal efficiency ng gas turbine cycle na may heat input sa R = const at ang kumpletong pagbabagong-buhay ay nakasalalay sa paunang temperatura T 1 at ang temperatura sa dulo ng adiabatic expansion T 4 .
Sa totoong mga kondisyon, ang init ng pagbabagong-buhay ay hindi ganap na inilipat, dahil ang mga heat exchanger ay hindi perpekto. Ang thermal efficiency ng cycle ay depende sa antas ng pagbabagong-buhay. Ang antas ng pagbabagong-buhay ay ang ratio ng dami ng init na inilipat sa hangin na natanggap ng naka-compress na hangin sa regenerator sa dami ng init na matatanggap nito kung pinainit mula T 2 hanggang T 5 = T 4 sa labasan ng gas turbine .
Thermal na kahusayan ng isang gas turbine cycle na may hindi kumpletong pagbabagong-buhay, i.e. sa r<1, определяется следующим образом
Ang antas ng pagbabagong-buhay ay tinutukoy ng kalidad at lugar ng mga gumaganang ibabaw ng heat exchanger (regenerator).
Sa kasalukuyan, ang mga naturang gas turbine ay ginagamit sa mga nakatigil na pag-install dahil sa malaking timbang at sukat ng regenerator, halimbawa, bilang mga planta ng kuryente sa barko.
Gawain Blg. 1
Tukuyin ang volumetric composition, molecular weight, gas constant at volume ng mixture kung ang mass composition nito ay ang mga sumusunod: propane - 48.7%, butane - 16.8%, hexane - 14.6%, ethylene - 4.7% , nitrogen - 15.2%. Ang presyon ng timpla ay 3 bar, ang masa at temperatura ng pinaghalong ay pantay-pantay
|
Timbang, kg |
Temperatura, 0 C |
|
|
C4H10 = 16.8% C6H14 = 14.6% C 2 H 4 = 4.7% P cm = 3 bar t cm = 17 0 C |
g i (C 3 H 8) = 0.487 g i (C 4 H 10) = 0.168 g i (C 6 H 14) = 0.146 g i (C 2 H 4) = 0.047 g i (N 2) = 0.152 P cm = 3 10 5 Pa |
Hanapin: i - ?, M cm - ?,
R cm - ?, V cm - ?
1. Gamit ang reference na data, tinutukoy namin ang mga molekular na timbang ng mga bahagi:
M(C 3 H 8) = 44 kg/kmol;
M(C 4 H 10) = 58 kg/kmol;
M(C 6 H 14) = 86 kg/kmol;
M(C 2 H 4) = 28 kg/kmol;
M(N 2) = 28 kg/kmol.
2. Kalkulahin natin ang mga constant ng gas ng mga gas gamit ang halaga ng universal gas constant R = 8.314 kJ/kmol K:
R(C 3 H 8) = 0.18895 kJ/kg K = 188.9 J/kg K;
R(C 4 H 10) = = 0.1433 kJ/kg K = 143.3 J/kg K;
R(C 6 H 14) = = 0.09667 kJ/kg K = 96.7 J/kg K;
R(C 2 H 4) = 0.2969 kJ/kg K = 296.9 J/kg K;
R(N 2) = = 0.2969 kJ/kg K = 296.9 J/kg K.
3. Alamin natin ang gas constant ng mixture:
R cm= ?(g i R i)
R= 0.487 188.95 + 0.168 143.3 + 0.146 96.7 + 0.047 296.9 + 0.152 296.9 = 92.02+24.07+13.95+14.26+18.9.3 = 18.9.3+
4. Tukuyin natin ang mga fraction ng volume ng mga sangkap na kasama sa pinaghalong:
kung saan ang R cm ay ang gas constant ng pinaghalong, J/(kg K);
Ang R i ay ang gas constant ng mga indibidwal na sangkap na kasama sa pinaghalong J/(kg K).
5. Kalkulahin ang molecular weight ng mixture:
M cm = 0.488 44 + 0.127 58 + 0.074 86 + 0.073 28 + 0.238 28 = 21.47 + 7.37 + 6.36 + 2.04 + 6.66 = 44 kg/kmol.
6. Kalkulahin ang dami ng pinaghalong gas, na nagpapahayag nito mula sa Clayperon equation:
RV = m R T,
m 3 /kg.
Sagot: r(C 3 H 8) - 48.8%; r(C 4 H 10) -12.7%;
r(C 6 H 14) - 7.4%; M cm - 44 kg/kmol.
r(C 2 H 4) - 7.3%; R cm - 189.43 J/kg K.
r(N 2) - 23.8%; V cm - 1.648 m 3 /kg.
Problema Blg. 2
Ang gas mixture sa reactor ay may sumusunod na volumetric composition: carbon monoxide = 14%, nitrogen = 6%, oxygen = 75%, water vapor = 5% at pinainit mula t1 hanggang t2. Tukuyin ang dami ng init na ibinibigay sa pinaghalong gas. Tanggapin ang pagtitiwala ng kapasidad ng init sa temperatura alinsunod sa iyong opsyon
|
pare-pareho |
|
H 2 O singaw = 5% |
r(H 2 O) singaw = 0.05 |
Hanapin: Q - ?
1. Ayon sa mga kondisyon ng problema, sumusunod na ang pag-asa ng kapasidad ng init sa temperatura ay pare-pareho, iyon ay, hindi ito nakasalalay sa temperatura, samakatuwid, ang kapasidad ng init ay tinutukoy ng formula:
kung saan ang C ay ang kapasidad ng init ng gas, kJ/kmol K;
Ang M i ay ang molekular na bigat ng sangkap, g/kmol.
Para sa mga diatomic na gas (nitrogen, oxygen) C v = 20.93 kJ/kmol K, para sa singaw ng tubig at iba pang polyatomic gas na C v = 25 kJ/kmol K.
Kalkulahin natin ang mga kapasidad ng init ng mga bahagi:
kJ/kmol K;
kJ/kmol K;
kJ/kmol K;
kJ/kmol K.
Kalkulahin natin ang kabuuang kapasidad ng init ng pinaghalong gas:
C cm = 0.7475 0.14 + 0.7475 0.06 + 0.6541 0.75 + 1.3889 0.05 = 0.1046 + 0.0448 + 0.4906 + 0.0694 = 0.7094 KJ/kmol
2. Kalkulahin ang dami ng init sa pare-parehong kapasidad ng init gamit ang formula:
Q = mC v(T 2 - T 1 )
Q = 4 0.7094(1073 - 423) = 2.8376 650 = 1844.44 J.
Sagot: Q = 1844.44 J.
Problema Blg. 3
Ang hangin ay nagpapatakbo sa isang cycle na may isochoric na supply ng init. Tukuyin ang mga parameter ng cycle sa mga katangiang punto at ang kapaki-pakinabang na gawain ng cycle kung ang masa ng hangin, paunang presyon, paunang temperatura, ratio ng compression at ang dami ng init na ibinibigay sa panahon ng pagkasunog ay pantay-pantay.
|
P 1 = 9 10 3 Pa |
Hanapin: A = ?
Ang isang cycle na may isochoric heat supply (Otto cycle) ay binubuo ng dalawang adiabat at dalawang isochor. Ang mga katangian ng cycle ay:
ratio ng compression - ;
antas ng pagtaas ng presyon - ;
Ang dami ng init na ibinibigay at inalis ay tinutukoy ng mga formula:
Ang gawain ng cycle ay tinutukoy ng:
1. Tukuyin natin ang mga parameter ng cycle sa mga katangiang punto.
a) Tukuyin natin ang mga parameter sa punto 1.
P 1 = 90 10 3 Pa; T 1 = 298 K; M hangin = 28.97 kg/kmol.
Ang gas constant ng hangin ay
Kalkulahin natin ang tiyak na dami ng hangin V 1 sa pamamagitan ng pagpapahayag nito mula sa Clayperon equation:
b) Tukuyin natin ang mga parameter sa punto 2.
Ang compression ratio ay
Kaya m 3 /kg.
Mula sa adiabatic equation (proseso 1-2 - adiabatic compression) ipinapahayag namin ang temperatura
kung saan ang k ay ang adiabatic index (para sa hangin ito ay 1.4).
Ang presyon P 2 ay matatagpuan mula sa expression
c) Tukuyin natin ang mga parameter sa punto 3.
Dahil ang 2 - 3 ay isochore, kung gayon ang V 3 = V 2 = 0.7125 m 3 /kg.
Ang temperatura sa punto 3 ay tinutukoy mula sa kaugnayan
Pagkuha ng Ms v = 20.98 kJ/kg K, M (hangin) = 28.97 kg/kmol, nakukuha namin
kaya naman,
Ang presyon P 3 ay tinutukoy mula sa kaugnayan
d) Tukuyin natin ang mga parameter sa punto 4.
V 4 = V 1 = 2.85 m 3 /kg.
mula dito ipinapahayag namin ang presyon sa punto 4
2. Tukuyin ang kapaki-pakinabang na gawain ng cycle.
Kalkulahin natin ang dami ng init na inalis:
Ang kapaki-pakinabang na gawain sa cycle ay
Sagot: l ts= 680.56 kJ.
Problema Blg. 4
Hanapin ang pinakamataas na ratio ng compression sa isang cycle na may isochoric heat supply, kung alam na ang paunang presyon ay 100 kPa, ang adiabatic exponent ay 1.3, at ang unang temperatura at self-ignition temperature ng combustible mixture ay:
|
t mismo = 430 0 C |
P 1 =10 10 3 Pa |
Dahil nangyayari ang isochoric heat supply, ipinapahayag namin ang antas ng compression mula sa adiabatic equation:
Kalkulahin natin ang ratio ng compression:
Sagot: compression ratio? max sa isang cycle na may isochoric heat supply ay 26.9. Kung mas mataas ang compression ratio, mas mataas ang kahusayan ng cycle.
Gawain Blg. 5
Ang hangin ay umaagos palabas ng reservoir. Hanapin ang halaga ng medium pressure kung saan ang teoretikal na bilis ng adiabatic outflow ay magiging katumbas ng kritikal at ang magnitude ng bilis na ito kung ang paunang presyon at temperatura ay pantay-pantay.
|
P 1 =5 10 6 Pa |
Hanapin: P 2 = ?
Ang hangin ay isang diatomic gas, kaya ang kritikal na halaga para sa hangin ay 0.528.
Mula sa relasyon na ipinapahayag namin at hinahanap ang presyon ng medium P 2:
Tukuyin natin ang halaga ng b at ihambing ito sa kritikal na halaga para sa hangin: 0.528 = 0.528.
Dahil ang adiabatic outflow ng gas ay nangyayari sa? sa kr, kung gayon ang teoretikal na bilis ng pag-agos ng gas ay magiging katumbas ng kritikal na bilis at tinutukoy ng formula
Sagot: P 2 = 2.64 10 6 Pa; w cr= 321 m/s.
Teoretikal na tanong Blg
Convective heat transfer na may sapilitang paggalaw ng likido. Ang paglipat ng init sa panahon ng sapilitang paggalaw ng likido sa pamamagitan ng mga channel.
Ang convective heat transfer ay isang pinagsamang proseso ng convection at thermal conductivity, dahil kapag ang isang likido o gas ay gumagalaw, ang mga indibidwal na particle ng iba't ibang temperatura ay hindi maiiwasang magkadikit.
Ang convective heat exchange sa pagitan ng daloy ng likido o gas at ang ibabaw ng solid body ay tinatawag na convective heat transfer, na kung saan
madalas na sinamahan ng paglipat ng init sa pamamagitan ng radiation.
Depende sa dahilan na nagiging sanhi ng paggalaw ng likido, dalawang uri ng paggalaw ay nakikilala: libre (natural convection) at sapilitang (forced convection).
Ang libreng paggalaw ay nangyayari dahil sa pagkakaiba sa mga densidad ng pinainit at malamig na mga particle ng likido, na nagiging sanhi ng paglitaw ng puwersa ng pag-angat. Ang mga likidong particle na nakikipag-ugnayan sa pinainit na ibabaw ng katawan ay umiinit at nagiging mas magaan kaysa sa malamig na mga particle sa itaas nito. Ang pag-aayos ng mga particle na ito ay hindi matatag: ang mga malamig na particle ay may posibilidad na bumaba at inilipat ang mas magaan na pinainit na mga particle, na dapat gumawa ng pataas na paggalaw patungo sa pababang malamig na mga particle. Lumilitaw ang masalimuot at magulong kilusan kung saan nagsasalpukan ang pataas at pababang alon. Ang mas maraming init ay inililipat, mas matindi ang libreng paggalaw ng likido. Ang dami ng init na inilipat ay proporsyonal sa ibabaw ng katawan at ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng init-release (o init-receiving) na ibabaw at ng likido. Tinutukoy ng pagkakaiba ng temperatura ang puwersa ng pag-aangat ng paggalaw, at tinutukoy ng ibabaw ang zone ng pamamahagi ng proseso ng pagpapalitan ng init.
Ang sapilitang paggalaw ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng puwersa sa likido mula sa labas - isang bomba, hangin, fan, compressor, ejector, atbp. Sa kasong ito, ang isang pagkakaiba sa presyon ng likido ay itinatag sa pumapasok at labasan ng channel kung saan ang gumagalaw na likido. Ang puwersa sa pagmamaneho ay pangunahing tinutukoy ng pagkakaiba sa presyon. Ang intensity ng pagpapalitan ng init sa panahon ng sapilitang paggalaw ng isang likido ay nakasalalay sa bilis ng paggalaw nito, ang uri at pisikal na katangian ng likido, ang temperatura nito, ang hugis at sukat ng channel kung saan nangyayari ang pagpapalitan ng init.
Ang intensity ng proseso ng convective heat transfer ay limitado sa pamamagitan ng proseso ng thermal conduction sa hangganan ng likido na may solid na ibabaw at sa hangganan na layer ng medyo nakatigil na mga particle ng likido na katabi ng solid surface. Ang intensity ng convective heat transfer ay maaaring tumaas sa pamamagitan ng pagtaas ng bilis ng paggalaw ng likido na may kaugnayan sa solid na ibabaw, na tumutulong upang mabawasan ang kapal ng boundary layer. Kasama sa prosesong ito ang dalawang yugto at dalawang uri ng thermal energy transfer:
Paglipat ng thermal energy sa pamamagitan ng convection sa dami ng likido o gas;
Paglipat ng thermal energy sa pamamagitan ng thermal conduction sa isang manipis, mabagal na gumagalaw na layer ng likido o gas na direktang katabi ng isang solidong pader at tinatawag na boundary layer o laminar sublayer;
Ang paglipat ng init sa pamamagitan ng thermal conduction sa pamamagitan ng direktang kontak ng mga particle ng likido o gas na may mga particle ng solidong pader nang direkta sa hangganan ng solid surface.
Batay sa mga probisyon sa itaas, ang pangunahing equation ng convective heat transfer, na tinatawag na Newton-Richmann equation, ay nakuha:
kung saan ang q ay ang tiyak na pagkilos ng init sa panahon ng convective heat exchange, W/m2;
Q - kabuuang daloy ng init, W;
F - convective heat exchange surface, m2;
l w - koepisyent ng thermal conductivity ng likido (gas) sa layer ng hangganan, W/m 2 K;
d p.s. - kapal ng boundary layer ng likido (gas) na katabi ng init exchange surface, m;
b - koepisyent ng paglipat ng init na nagpapakilala sa mga kondisyon ng pagpapalitan ng init sa pagitan ng likido at solidong pader, W/m 2 K.
Ang koepisyent ng paglipat ng init b - ang pangunahing katangian ng proseso ng paglipat ng init ng convective at ito ay isang kumplikadong pag-andar ng isang malaking bilang ng mga independiyenteng dami na nagpapakilala sa hindi pangkaraniwang bagay.
Ang isa sa mga pangunahing gawain ng convective heat transfer ay upang matukoy ang koepisyent ng paglipat ng init sa ilalim ng mga partikular na kondisyon. Ang analytical na pagpapasiya ng koepisyent ng paglipat ng init ay, bilang panuntunan, imposible, dahil ang halaga nito ay nakasalalay sa maraming mga variable: mga parameter ng proseso, mga pisikal na pare-pareho, mga geometric na sukat at kundisyon ng hangganan. Ang koepisyent ng paglipat ng init ay tinutukoy gamit ang mga empirical na formula, na pinagsama-sama sa criterion form ayon sa mga patakaran ng teorya ng pagkakapareho. Ang dalawang convective heat transfer na proseso ay itinuturing na magkatulad kung ang lahat ng mga parameter na nagpapakilala sa convective heat transfer ay magkatulad.
Upang gawing simple ang proseso ng pagtatatag ng pagkakatulad, ginagamit ang mga walang sukat na complex ng mga pisikal na parameter - mga numero o pamantayan ng pagkakapareho. Mayroong maraming mga numero ng pagkakatulad. Para sa convective heat transfer
gamitin ang sumusunod na limang numero ng pagkakatulad.
Reynolds number nailalarawan ang rehimen ng daloy ng isang likido o gas at nagpapahayag ng ratio ng mga puwersa ng pagkawalang-galaw (pressure ng bilis) sa mga puwersa ng malapot na friction:
saan w- average na bilis ng likido o gas, m/s;
l- laki ng katangian, m;
v- koepisyent ng kinematic viscosity, m 2 / s.
Sa mga numero ng Reynolds na mas mababa sa 2000, ang mode ay itinuturing na laminar sa mga numerong higit sa 10,000, ang mode ng paggalaw ay magulong; na may mga numerong mula 2000 hanggang 10000, transitional ang mode.
Numero ng Prandtl nagtatatag ng ugnayan sa pagitan ng kapal
dynamic at thermal boundary layer:
kung saan ang a ay ang koepisyent ng thermal diffusivity, m 2 / s;
n ay ang koepisyent ng kinematic viscosity, m 2 / s.
Numero ng Nusselt nailalarawan ang intensity ng convective heat exchange sa pagitan ng likido (gas) at sa ibabaw ng isang solid:
kung saan ang b ay ang heat transfer coefficient, W/(m 2 CHK);
l - laki ng katangian, m;
l - koepisyent ng thermal conductivity ng gas o likido, W/(mCHK).
Numero ng Grashof nailalarawan ang intensity ng libreng convective heat transfer:
kung saan g = 9.81 m/s 2 - acceleration ng libreng pagkahulog;
b - koepisyent ng volumetric expansion: para sa mga likido b ay ibinibigay sa mga reference na libro (Appendix L), para sa mga gas - b = 1/T, 1/K;
l - laki ng katangian, m;
Ang Dt ay ang pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng mga particle ng likido (gas);
n - kinematic lagkit, m 2 / s.
Numero ng Euler nailalarawan ang ratio ng pagbaba ng presyon sa ulo ng bilis:
kung saan ang DR ay ang pagbaba ng presyon sa seksyon ng channel, Pa;
r - density ng likido (gas), kg / m3;
w - bilis ng likido (gas), m/s.
Kapag nagdidisenyo ng mga heat exchanger, kinakailangan upang matukoy ang dalawang parameter: heat transfer coefficient b at pressure drop DR. Ang mga ito ay kasama sa mga numero ng Nusselt at Euler, i.e. Ito ay mga matukoy na numero ng pagkakatulad. Ang mga numero ng Reynolds, Grashof at Prandtl ay mapagpasyahan. Mga equation ng pagkakatulad- ang ugnayan sa pagitan ng tinukoy na numero ng pagkakapareho at ng pagtukoy sa mga numero ng pagkakatulad. Kaya, kapag nagmomodelo, ang pangunahing layunin ay upang mahanap ang mga equation:
Ang pangkalahatang equation ng pagkakatulad para sa convective heat transfer ay may anyo
saan c, n, m, d- mga coefficient na tinutukoy ng mga eksperimentong pag-aaral.
Sa mga criterion equation, isinasaalang-alang ng multiplier ang direksyon ng daloy ng init sa pamamagitan ng ratio, habang ang Pr ay ang Prandtl number para sa isang likido (gas) sa temperatura nito; Prst - Prandtl number para sa likido (gas) sa temperatura ng dingding.
Ang mga pisikal na parameter na kasama sa mga formula ay dapat kunin sa pagtukoy ng temperatura, na ipinahiwatig para sa bawat kaso ng paglipat ng init, at ang mga sumusunod na pagtukoy ng temperatura ay ginagamit:
t ST - average na temperatura ng dingding;
tf - average na temperatura ng likido o gas;
Ang t PL ay ang average na temperatura ng boundary layer (film), na tinukoy bilang arithmetic mean sa pagitan ng t L at t ST.
Ang average na temperatura ng isang likido (gas) ay maaaring humigit-kumulang na tinukoy bilang ang arithmetic mean sa pagitan ng una at huling temperatura ng likido.
Ang proseso ng paglipat ng init kapag ang isang likido ay dumadaloy sa mga tubo ay mas kumplikado kumpara sa proseso ng paglipat ng init kapag naghuhugas ng isang patag na ibabaw na may walang limitasyong daloy, kung saan ang likidong dumadaloy palayo sa katawan ay hindi naiimpluwensyahan ng mga prosesong nagaganap malapit sa dingding. Ang cross section ng pipe ay may hangganan na sukat. Bilang isang resulta, sa pipe, simula sa isang tiyak na distansya mula sa pumapasok, ang likido sa buong cross-section ay nakakaranas ng epekto ng pagpepreno ng mga viscous forces. Dahil sa mga may hangganan na sukat ng tubo, ang temperatura ng likido ay nagbabago kapwa sa cross section at sa kahabaan ng channel. Ang lahat ng ito ay nakakaapekto sa paglipat ng init.
Ang daloy ng likido sa mga tubo ay maaaring laminar, lumilipas at magulong.
Sa laminar o layered, mahinahon, jet motion, inuulit ng mga likidong stream ang mga contour ng channel o dingding, ibig sabihin, hindi sila naghahalo. Ang pagpapalaganap ng init sa isang direksyon na patayo sa direksyon ng paggalaw ay dahil lamang sa thermal conductivity.
Sa magulong paggalaw, ang likido ay patuloy na pinaghalo. Ang bilis ng isang likidong particle sa bawat sandali ng oras ay nagbabago sa magnitude at direksyon. Sa magulong rehimen, ang init ay inililipat sa pamamagitan ng thermal conduction lamang sa malapot na sublayer, at sa loob ng magulong core ang prosesong ito ay isinasagawa sa pamamagitan ng masinsinang paghahalo ng mga likidong particle.
Ang paglipat mula sa laminar patungo sa magulong at vice versa ay nangyayari sa ilalim ng ilang mga kundisyon. Ang mga parameter ng paglipat ay tinutukoy ng Reynolds number. Kaya, halimbawa, para sa makinis na mga tubo ang numerong ito ay humigit-kumulang 2300.
Kapag ang isang likido ay gumagalaw nang laminar, dalawang mga mode ay nakikilala: viscous at viscous-gravitational.
Viscous ay ang mode ng paggalaw kapag nangingibabaw ang viscous forces sa mga lifting forces sa fluid. Ang mode ng paggalaw na ito ay nangyayari sa sapilitang paggalaw ng malapot na likido at isang nawawalang maliit na impluwensya ng malayang paggalaw. Ang viscous mode of motion ay karaniwang sinusunod sa panahon ng laminar na paggalaw ng mga likido na may mataas na lagkit sa mga tubo na may maliit na diameter at sa mababang presyon ng temperatura.
Ang rehimen ng lagkit-gravitational ay ang rehimen ng paggalaw ng likido kapag ang mga puwersa ng pag-aangat ay sapat na malaki: ang sapilitang paggalaw ay pinatong ng libreng paggalaw, ang impluwensya nito sa paglipat ng init ay hindi maaaring pabayaan. Sa kasong ito, ang pamamahagi ng bilis sa cross section ng pipe ay nakasalalay hindi lamang sa pagbabago sa lagkit, kundi pati na rin sa intensity at direksyon ng libreng paggalaw ng likido, na sanhi ng pagkakaiba sa mga densidad ng mas mababa at mas pinainit. mga particle ng likido.
Sa isang binuo na magulong rehimen (Re>10000), ang sumusunod na equation ay ginagamit:
kung saan ang e l ay isang kadahilanan ng pagwawasto na isinasaalang-alang ang impluwensya ng paunang seksyon ng daloy sa koepisyent ng paglipat ng init sa pipe.
Ang pagtukoy ng temperatura ay ang average na temperatura ng likido o gas. Ang laki ng katangian l ay: para sa isang bilog na tubo - ang panloob na lapad ng tubo d; para sa isang tubo ng di-makatwirang hugis - katumbas na diameter d eq
Ang F ay ang cross-sectional area ng channel, m2;
Ang P ay ang kabuuang perimeter ng seksyon, anuman ang bahagi ng perimeter na ito ay kasangkot sa pagpapalitan ng init, m.
Para sa mga gas, ang formula ay pinasimple, dahil sa kasong ito, ang Pr criterion ay halos pare-parehong halaga na hindi nakasalalay sa temperatura, Pr = 0.67...1.0 (tinutukoy ng bilang ng mga atomo sa molekula): .
Sa panahon ng pagpapalitan ng init sa mga curved pipe (coils), dahil sa centrifugal effect, ang pangalawang sirkulasyon ay nangyayari sa cross section ng pipe, ang pagkakaroon nito ay humahantong sa isang pagtaas sa koepisyent ng paglipat ng init. Samakatuwid, ang koepisyent ng paglipat ng init ay dapat na i-multiply ng correction factor e zm:
kung saan ang d ay ang diameter ng tubo, m; D ay ang diameter ng coil spiral, m.
Sa kaso ng daloy ng laminar fluid (Re<2320) вынужденное перемещение ее частиц сопровождается также и свободным движением.
Ang average na halaga ng koepisyent ng paglipat ng init ay tinutukoy mula sa formula:
Kapag kinakalkula ang Gr criterion, ang halaga ng Dt ay nagpapakilala sa pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng likido (gas) at ng dingding.
Kung ang coolant ay gas, ang formula ay pinasimple: .
Kapag ang tubo ay nakaposisyon nang patayo, ang isang pagwawasto ng 0.85 ay ipinakilala kapag ang mga libre at sapilitang paggalaw ay nag-tutugma, at isang pagwawasto ng 1.15 ay ipinakilala sa kabaligtaran na direksyon.
Kung ang coolant ay isang likido na may mataas na koepisyent ng lagkit, kung gayon ang libreng kombeksyon ay hindi nakakaapekto sa paglipat ng init. Ang equation ng pagkakatulad para sa viscous regime ay
Ang average na temperatura ng likido ay kinuha bilang ang pagtukoy ng temperatura, at ang katangian ng linear na laki ay ang panloob na diameter ng pipe.
Sa hanay ng mga numero ng Reynolds mula 2320 hanggang 10000, ang isang transisyonal na rehimen ng paggalaw ng likido ay sinusunod. Upang matukoy ang koepisyent ng paglipat ng init sa panahon ng lumilipas na paggalaw, maaari mong gamitin ang sumusunod na criterion equation:
kung saan ang K 0 ay isang function ng Reynolds number.
Ang average na temperatura ng likido ay kinuha bilang ang pagtukoy ng temperatura sa equation, at ang panloob na diameter ng pipe ay kinuha bilang ang pagtukoy ng laki d vn o d eq
Ang paglipat ng init sa panahon ng lumilipas na rehimen ng paggalaw ng likido sa mga channel at mga tubo ay kinakalkula kapag nilutas ang mga problema mula sa pagsasanay sa paglaban sa sunog.
Ang formula ng pagkalkula para sa pagtukoy ng mga average na halaga ng koepisyent ng paglipat ng init, na nakuha batay sa isang pangkalahatan ng pang-eksperimentong data, ay may anyo:
Index f sa mga numerong Nu, Re, Pr ay nangangahulugan na ang lahat ng mga pisikal na parameter ay kinakalkula sa average na temperatura ng likido. Sa kasong ito, ang panloob na diameter ng tubo ay kinuha bilang pagtukoy ng laki d vn o d eq=4 F/ U para sa mga channel na hindi circular cross-section, kung saan ang F ay ang cross-sectional area ng channel, at U ang perimeter ng seksyong ito.
Multiplier e l =1 sa l/d nar?50, at sa l/d nar<50, его принимают в зависимости от числа Рейнольдса для данных условиях
Ang halaga ng e l ay depende sa mga kondisyon ng pagpasok ng likido sa tubo.
Kadalasan, upang malutas ang mga problema sa kaligtasan ng sunog, ginagamit ang mga equation na naglalarawan ng convective heat transfer sa panahon ng sapilitang paggalaw ng likido.
Teoretikal na tanong Blg. 4
Thermal radiation. Mga pangunahing batas ng radiant heat transfer
Ang thermal radiation ay isang paraan ng paglipat ng init sa espasyo, na isinasagawa bilang isang resulta ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave, ang enerhiya na kung saan, kapag nakikipag-ugnayan sa bagay, ay nagiging init. Ang radiative heat exchange ay nauugnay sa isang dobleng pagbabagong-anyo ng enerhiya: sa una, ang panloob na enerhiya ng isang katawan ay na-convert sa enerhiya ng electromagnetic radiation, at pagkatapos, pagkatapos na ilipat ang enerhiya sa espasyo sa pamamagitan ng mga electromagnetic wave, isang pangalawang paglipat ng nagliliwanag na enerhiya sa ang panloob na enerhiya ng ibang katawan ay nangyayari.
Ang thermal radiation ng isang katawan ay nakasalalay sa temperatura nito (ang antas ng pag-init ng katawan).
Self-radiation flux density E personal, W/m 2, ang isang katawan ay tinatawag na emissivity nito (emissivity). Ang radiation parameter na ito sa loob ng elementary wavelength region dl ay tinatawag na spectral flux density ng sarili nitong radiation E l, W/m 3, o ang spectral emissivity ng katawan, o ang spectral intensity ng radiation.
Ang enerhiya ng insidente ng thermal radiation sa isang katawan, ayon sa batas ng pag-iingat ng enerhiya, ay maaaring makuha, maipakita ng katawan o dumaan dito:
Q sumipsip + Q neg +Q prop =Q drop.
Ang ratio ng hinihigop na bahagi ng enerhiya sa enerhiya ng insidente ng thermal radiation ay tinatawag na kapasidad ng pagsipsip ng katawan at tinutukoy ng titik A. Ang ratio ng sinasalamin na bahagi ng enerhiya sa enerhiya ng insidente ng thermal radiation ay tinatawag na ang reflectivity ng katawan at tinutukoy ng letrang R. Ang ratio ng enerhiya na dumaan sa katawan sa enerhiya ng insidente ng thermal radiation ay tinatawag na transmittance ng katawan at tinutukoy ng letrang D. Kaya, ayon sa batas ng konserbasyon ng enerhiya, isinulat namin:
Ang isang katawan na sumisipsip ng lahat ng nagliliwanag na insidente ng enerhiya sa ibabaw nito ay tinatawag na ganap na itim na katawan (ABL). Para sa isang ganap na itim na katawan, ang kapasidad ng pagsipsip A = 1.
Ang isang katawan na sumasalamin sa lahat ng nagliliwanag na insidente ng enerhiya sa ibabaw nito ay tinatawag na ganap na puting katawan (kung ang pagmuni-muni ay nangyayari sa loob ng isang hemisphere) o isang salamin na katawan (kung ang anggulo ng sinag ng insidente ay katumbas ng anggulo ng sinasalamin na sinag). Sa kasong ito, ang reflectivity R = 1.
Ang isang katawan na nagpapadala ng lahat ng nagliliwanag na insidente ng enerhiya sa ibabaw nito ay tinatawag na transparent o diathermic. Sa kasong ito, ang throughput D = 1.
Ang isang solidong katawan ay hindi nagpapadala ng enerhiya ng insidente ng thermal radiation sa ibabaw nito at samakatuwid
Ang kabuuan ng sarili nitong radiation at ang bahagi ng enerhiya ng insidente na sinasalamin ng ibabaw ng katawan ay tinatawag na epektibong radiation ng katawan:
E eff = E kaganapan + E neg.
Ang nagreresultang heat flux ng radiation ay ang pagkakaiba sa pagitan ng sarili nitong radiation at ang bahagi ng enerhiya ng insidente na sinisipsip ng katawan:
Eres = Eob? Eab = Eeff? E pad.
Depende sa mga katangian ng daloy, ang mga proseso ng paglipat ng init ay nangyayari sa isang steady-state (stationary) na mode, kapag ang mga temperatura sa lahat ng mga punto ay pare-pareho sa oras at sa isang unsteady (non-stationary) na mode.
Ang mga batas ng nagliliwanag na paglipat ng init ay nakuha para sa isang ganap na itim na katawan sa ilalim ng nakatigil na mga kondisyon.
Isaalang-alang natin ang mga pangunahing batas ng radiant radiation.
Batas Stefan-Boltzmann nagtatatag ng kaugnayan sa pagitan ng emissivity at temperatura ng blackbody:
kung saan ang E o ay ang emissivity ng isang ganap na itim na katawan, W/m 2 ;
y o = 5.67Х10- 8, - pare-pareho ng radiation ng ganap na itim na katawan, W/m 2 CHK 4;61
C o = 5.67 - black body emissivity, W/m 2 CHK 4 ;
Ang T ay ang ganap na temperatura ng nag-iilaw na katawan, K.
Para sa mga kulay abong katawan:
Ang E ay ang emissivity ng gray na katawan, W/m2;
Ang C ay ang emissivity ng gray na katawan, W/(m 2 CHK 4).
Kung hahatiin natin ang enerhiya ng radiation ng isang kulay-abo na katawan sa enerhiya ng radiation ng isang ganap na itim na katawan, makakakuha tayo ng:
kung saan ang e ay ang antas ng itim ng katawan.
Kung tatanggapin natin na C=C0Ce, kung gayon ang enerhiya ng radiation ng isang kulay abong katawan ay maaaring isulat bilang:
Ang antas ng itim ay maaaring mag-iba mula 0 hanggang 1. Ito ay nakasalalay hindi lamang sa mga pisikal na katangian ng katawan, kundi pati na rin sa estado ng ibabaw o pagkamagaspang nito.
Tulad ng makikita mula sa pormula, ang pag-asa ng enerhiya sa ganap na temperatura ay may quaternary dependence, samakatuwid ang bulk ng init sa panahon ng apoy ay inililipat sa pamamagitan ng radiant heat exchange.
Batas ni Kirchhoff nagsasaad na ang ratio ng emissivity ng isang katawan sa kapasidad ng pagsipsip nito ay pareho para sa mga ibabaw ng lahat ng gray na katawan (sa parehong temperatura) at katumbas ng emissivity ng isang ganap na itim na katawan sa parehong temperatura:
kung saan ang E at A ay ang emissivity at absorption na kakayahan ng mga katawan.
Tatlong kahihinatnan ang sumusunod mula sa batas ni Kirchhoff:
1) sa kalikasan walang mga ibabaw na magpapalabas ng mas maraming enerhiya kaysa sa isang ganap na itim na katawan (sa parehong temperatura);
2) ang mga katawan na may higit na kapasidad ng pagsipsip ay may mas malaking densidad ng radiation, at kabaliktaran;
3) ang mga kakayahan sa pagsipsip at antas ng emissivity ng mga tunay (kulay-abo) na katawan ay pantay-pantay sa numero (A=e).
Batas ni Lambert nagtatatag ng ugnayan sa pagitan ng dami ng inilalabas na enerhiya at direksyon ng radiation:
E N- ang dami ng enerhiya na ibinubuga sa direksyon ng normal.
Ang batas ni Lambert ay nakuha para sa isang ganap na itim na katawan para sa mga kulay abong katawan na may magaspang na ibabaw, ang batas na ito ay may bisa para sa μ< 60 0 .
Para sa mga pinakintab na ibabaw, ang batas ni Lambert ay hindi naaangkop para sa kanila, ang paglabas ng radiation sa isang anggulo ay mas malaki kaysa sa direksyon na normal sa ibabaw.
Batas ng Alak nagsasaad na ang maximum na intensity ng radiation ay tumutugma sa sumusunod na wavelength:
Malinaw sa pormula na ang pinakamataas na radiation ay lumilipat patungo sa mga maikling alon na may pagtaas ng temperatura (kung hindi, ang batas ni Wien ay tinatawag na batas sa pag-aalis).
...Mga katulad na dokumento
>Paghahanda ng mga gas para sa pagproseso, paglilinis ng mga ito mula sa mga mekanikal na mixtures. Paghihiwalay ng mga pinaghalong gas, ang kanilang mababang temperatura na pagwawasto at paghalay. Technological diagram ng isang planta ng gas fractionation. Mga detalye ng pagproseso ng gas mula sa mga patlang ng condensate ng gas.
thesis, idinagdag noong 02/06/2014
Pag-aaral ng impluwensya ng iba't ibang uri ng drying agent sa kahusayan ng pagpapatuyo ng mga buhangin at core. Pagkalkula ng yunit ng pagpapatayo sa proseso ng pagpapatayo ng baras na may hangin na dumadaan sa dryer. Mga pangunahing kaalaman sa thermal engineering ng proseso ng pagpapatayo, pagpapalitan ng init.
course work, idinagdag noong 11/04/2011
Pana-panahong pagwawasto ng binary mixtures. Patuloy na nagpapatakbo ng mga distillation unit para sa paghihiwalay ng binary mixtures. Pagkalkula ng mas malamig na ilalim, ang taas ng gas-liquid layer ng likido. Pagpapasiya ng bilis ng singaw at diameter ng haligi.
course work, idinagdag noong 08/20/2011
Ang pagbuo ng pinaghalong paggiling bilang isang paraan ng pag-stabilize ng mga teknolohikal na katangian ng butil. Mga kinakailangan para sa paghahanda ng mga pinaghalong paggiling ng butil. Pagkalkula ng komposisyon ng mga bahagi ng pinaghalong paggiling, mga katangian ng bawat batch ng butil ng trigo para sa paghahanda nito.
pagsubok, idinagdag noong 05/07/2012
Pangunahing kimika ng carbon black, mga pamamaraan ng paggawa nito. Paghahanda ng mga pinaghalong goma na may isang tiyak na katigasan na naglalaman ng carbon black. Mga tampok ng pagpili ng tamang tatak para sa tambalang goma. Pagproseso ng mga compound ng goma na puno ng carbon black.
course work, idinagdag noong 05/16/2013
Physico-chemical phenomena sa mga proseso ng pagproseso ng mga rubber at rubber compound. Mga tampok ng modernong teknolohiya para sa paghahanda ng mga compound ng goma. Paghahanda ng mga mixtures batay sa isoprene na goma. Pagproseso ng mga pinaghalong goma sa mga roller machine.
course work, idinagdag noong 01/04/2010
Pagwawasto ng mga pinaghalong langis. Heat exchange system para sa pangunahing oil distillation at hydrocarbon gas rectification plant. Pagtatasa ng posibilidad ng pagtaas ng kahusayan ng sistema ng pagpapalitan ng init. Isinasaalang-alang ang na-optimize na pamamaraan mula sa pananaw ng haydrolika.
thesis, idinagdag noong 10/20/2012
Pagkalkula ng gumaganang talim. Ang dami ng isang seksyon ng mga palikpik. Paggawa ng blade gamit ang 3D prototyping. Mga parameter ng katumpakan ng pag-cast at mga allowance sa pagproseso. Paghahanda ng mga molding sands sa isang tuluy-tuloy na centrifugal paddle mixer.
thesis, idinagdag noong 05/27/2014
Mga katangian at saklaw ng mga materyales sa thermal insulation, ang kanilang istraktura at mga katangian. Kahusayan at disadvantages ng vacuum multilayer powder thermal insulation. Ang teknolohiya ng pagkakabukod sa mga aparato para sa mababang temperatura na paghihiwalay ng mga pinaghalong gas.
ulat, idinagdag noong 11/24/2010
Mga kinakailangan para sa pinaghalong kongkreto ng aspalto, mga katangian ng mga materyales na ginamit para sa paghahanda nito. Pagpili ng komposisyon ng pinaghalong konkretong aspalto ayon sa mga pagtutukoy. Teknolohiya at pagkakasunud-sunod, kagamitan para sa paghahanda ng pinaghalong konkretong aspalto.
