![]() ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
СМЕСИ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВГазовые смеси подчиняются закону Дальтона, согласно которому давление Рсм смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений Рi. Парциальным давлением называется давление, создаваемое отдельным компонентом в полном объеме при температуре смеси. Если объем смеси Vсм давление Рсм, то парциальное давление отдельного компонента
где Vi - приведенный объем отдельного компонента при параметрах смеси. Состав смеси может быть задан одним из следующих способов. I Массовый состав смеси: а) в абсолютных единицах массы
где G1,G2,G3 и т.д, - массы отдельных компонентов смеси;
где qi - массовая доля отдельного компонента смеси. 2.Объемный состав смеси: а) в абсолютных единицах объема
где V1,V2,V3 и т.д - приведенные объемы отдельных компонентов смеси, м3; б) в относительных долях (объёмных)
где ri - объемная доля отдельного компонента Смесь может быть задана числом молей М как сумма чисел молей n отдельных компонентов. Мольная доля отдельного компонента равна объемной доле:ni = ri, Кажущаяся молекулярная масса смеси
где mi- молекулярная масса отдельных компонентов смеси. Газовая постоянная смеси
Соотношение между массовыми и объемными долями
ЗАДАЧИ 2.1 Процентный массовый состав дымового газа следующий: Ответ: mсм= 29,8;vсм = 0.751 м3/кг; r = 1,33 кг/м3;
2.2 Найти давление смеси по манометру, если масса ее М = 20 кг; V = 4 м3; t = 100 °С, причем состав смеси по объему Ответ: 0,297 Мпа. 2.3 Анализом определен объемный состав газовой смеси: Ответ: mсм = 29,8; vсм = 0.752 м3/кг; rсм = 1,33 кг/м3; 2.4 Смесь состоит из 50 кг дымовых газов, массовый состав которых: СО2= 14 %; О2 = 6 %; Н2О = 5 %; N2 = 75 % и 75 кг воздуха. Определить массовый и объемный составы смеси, если массовый состав воздуха: О2 = 23,2 %; N2 = 76,8 %. Ответ: 2.5 Состав горючего газа по массе: Н2 = 1,5 %; СО = 28 % ;СО2 = 10,0 %; N2 = 60,5 %. Определить объемный состав, плотность и удельный объем при Р = 0,2 МПа и t = 100 oС, а также количество киломолей в 1 т смеси. Ответ: vсм = 0.655 м3/кг;rсм = 1,53 кг/м3; Ксм= 41,4 кмоля. 2.6 До какого давления по манометру нужно довести смесь газов, состоящую из Ответ: 0,73 МПа, 0,513 МПа. 2.7. Для светильного газа анализ дал следующий состав в объемных долях: 50 % Н2; 30 % СН4; 15 % СО; 3 % CO2; 2 % N2. Чему равны газовая постоянная и средний молекулярный вес этого газа? Каков состав в весовых долях и чему равна плотность газа при 25оС и давлении 750 мм рт.ст. Ответ: Rсм= 0,698 кДж/кг К; rсм = 0,461 кг/м3. 2.8 Определить объем 3 кг смеси, относительный массовый состав которой следующий: Ответ: V = 2,38 м3. 2.9 Определить массу 4 м3 смеси, относительный объемный состав которой следующий: 2.10 Дымовые газы поступают в первый ход котла при t1 = 1200 oС, а выходят при t2 = 800 oС. Состав газов по объему: Ответ: 160 ккал/м3 (670,4 кДж/м3), ТЕПЛОЕМКОСТЬ ГАЗОВ Теплоемкостью называют количество тепла, которое необходимо сообщить телу (газу), чтобы повысить температуру какой-либо количественной единицы его на I ОC. В зависимости от выбранной количественной единицы различают весовую теплоемкость ( С - кДж/кг К), объемную теплоемкость ( Для определения значений этих теплоемкостей достаточно знать значение одной какой-либо из них. Удобнее всего иметь значение мольной теплоемкости. Весовая теплоемкость тогда определяется из выражения
а объемная теплоемкость получается равной
Объемная и весовая теплоемкости связаны между собой следующей зависимостью.
где r - плотность газа при нормальных условиях. Теплоемкость газа зависит от его температуры. По этому признаку различают среднюю и истинную теплоемкость. Если q - количество тепла, сообщаемое единице количества газа (или отнимаемое от него) при изменении температуры газа от t1 до t2 (или, что то же, от T1 до Т2), то величина
представляет собой среднюю теплоемкость в пределах от t1 до t2.Предел этого отношения, когда разность температур стремится к нулю, называется истинной теплоемкостью. Аналитически последняя определяется как,
Теплоемкость идеальных газов зависит не только от их температуры, но и от их атомности и характера процесса. Теплоемкость реальных газов зависит от их природных свойств, характера процесса, температуры и давления. Для газов особо важное значение имеют следующие два случая нагрева (охлаждения): 1) изменение состояния при постоянном объеме; 2) изменение состояния при постоянном давлении; Обоим этим случаям соответствуют различные значения теплоемкостей. Таким образом, различают истинную и среднюю теплоемкость: а) весовую - при постоянном объеме ( б) объемную - при постоянном объеме ( в) мольную - при постоянном объеме ( Между мольными теплоемкостями при постоянном давлении и при постоянном объеме существует зависимость:
Отношение теплоемкостей
Этот показатель играет в термодинамике большую роль. Показатель адиабаты зависит от атомности газа. Для одноатомных газов К = 1,6 , двухатомных - К = 1,4 , трехатомных - К = 1,3. ЗАДАЧИ 3.1 Определить значение объемной теплоемкости кислорода при постоянном объеме и постоянном давлении, при t = 200 oС. 3.2. Определить значение весовой теплоемкости кислорода при постоянном объеме и постоянном давлении при t = 500 oС. Ответ: Сp = 0,92 кДж/кг К; Сv= 0,6536 кДж/кг К. 3.3 Определить среднюю весовую теплоемкость углекислого газа при постоянном давлении в пределах от 0 до 825 oС, считая зависимость от температуры криволинейной. Ответ: Срm = 1,1 кДж/кг К. 3.4 Вычислить среднюю теплоемкость Cpm для воздуха при постоянном давлении в пределах от 200 до 800 oС, считая зависимость теплоемкости от температуры криволинейной. Ответ; Сvm = 1,09 кДж/кг К, 3.5 Найти среднюю теплоемкость Cpm и Ответ: Cpm = 1,24 кДж/кг К;
3.6 Определить среднюю весовую теплоемкость при постоянном объеме для азота в пределах от 200 до 800 oС, считая зависимость теплоемкости от температуры криволинейной. Ответ: Сvm= 0,82 кДж/кг К. 3.7 Найти количество тепла, необходимое для нагрева 1 нм3 воздуха от 400 до 1000 oС при Р = const, считая зависимость теплоемкости от температуры криволинейной. Ответ: qр = 878,6 кДж/нм3. 3.8 В закрытом сосуде объемом V = 300 л находится воздух при давлении Р1 = 3 ата и температуре t1 = 20 oС. Какое количество тепла необходимо подвести для того, чтобы температура воздуха поднялась до t2 = 120 oС? Задачу решить, принимая теплоемкость воздуха постоянной. Ответ: Qv= 76 кДж. 3.9 Найти количество тепла, необходимое для нагрева 1 нм3 смеси газов от 200 до 1200 oС при Р = const, если состав смеси по объему следующий: СО2 = 14,5 %; 02 = 6,5 %; N2= 79,0 %. Ответ: qp = 558 кДж/нм3. 3.10 В калориметре с идеальной тепловой изоляцией находится вода в количестве Gв = 0,8 кг при температуре Вес калориметра Gк = 0,25 кг, В калориметр опускают 200 г алюминия при температуре tк= 100 oС. В результате этого температура воды повышается до 4 ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ Первый закон термодинамики является частным случаем закона сохранения и превращения энергии. Для конечных тепловых процессов, в которых рабочее тело не изменяет своей внешней кинетической энергии, уравнение 1-го закона термодинамики для 1 кг газа имеет вид в системе СИ
где q - теплота процесса, Дж/кг; DU - изменение внутренней энергии, Дж/кг; l- работа расширения, Дж/кг. В технической термодинамике учитывают только внутреннюю кинетическую энергию газа, зависящую от скорости движения его частиц и их массы, и внутреннюю потенциальную энергию, зависящую от сил взаимодействия атомов и молекул и их взаимного расположения. Нужно усвоить, что внутренняя энергия есть однозначная функция термодинамического состояния рабочего тела, и поэтому изменение внутренней энергии не зависит от характера протекания процесса, а зависит только от начального и конечного состояния рабочего тела. Изменение внутренней энергии идеального газа зависит только от температуры и для 1 кг газа определяется по формуле:
Работа расширения l - есть функция процесса: графически в координатах P-V она изображается площадью под кривой процесса, ограниченной осью абсцисс и ординатами, опущенными на эту ось из точек, характеризующих начало и конец процесса. Математическое выражение работы расширения имеет вид ЗАДАЧИ 4.1 В цилиндре диаметром 0,2 м под поршнем находится газ. При сообщении теплоты поршень приподнялся на 0,4 м. Масса груза с поршнем составляет 200 кг. Определить работу, совершенную газом, количество подведенной теплоты и изменение внутренней энергии газа, если Ответ: L = 80 кгм = 0,785 кДж;
Q = 0,655 ккал = 2,745 кДж. 4.2 В процессе расширения 1 кг кислорода подводится 200 кДж теплоты. Какую работу совершит при этом газ, если в результате процесса температура его понизится на 95oС. Зависимость теплоемкости от температуры не учитывать ( Cv = 0,654 кДж/кг К). Ответ: 262 кДж/кг. 4.3 Определить изменение температуры 10 кг нефтяного масла при его нагревании и перемешивании, если известно, что количество подводимой теплоты Q = 200 кДж и работа перемешивания L = 36 кДж. Теплоемкость масла 2 кДж/ кг К. Ответ: 4.4 Сколько килограммов свинца можно нагреть от температуры 15оС до температуры его плавления tпл = 327 оС посредством удара молота массой 200 кг при падении его с высоты 2 м ? Предполагается, что вся энергия падения молота превращается в теплоту, целиком поглощаемую свинцом. Теплоемкость свинца Ср = 0,1256 кДж/кг К. Ответ: 0,0969 кг. 4.5 Свинцовый шар падает с высоты 80 м на твердую поверхность. При этом кинетическая энергия шара переходит в теплоту, 80 % которой им усваивается. На сколько градусов нагревается при падении шар? Теплоемкость свинца Ср = 0,1256 кДж/кг К. Ответ: на 5 К. 4.6 Испытание двигателя ведется при помощи присоединенного к нему генератора. Напряжение на клеммах генератора постоянного тока U = 220 В, сила тока I = 50 А, к.п.д. генератора z = 0,98. Определить мощность двигателя на валу. Ответ: N = 11,2 кВт. 4.7. Газ, состояние которого определяется на Р,v- диаграмме рисунок 4.1 точкой I, переводится в состояние 2 по пути 1 с 2. При этом к газу подводится 80 кДж энергии в виде теплоты и от газа получается 30 кДж работы. Затем этот же газ возвращается в исходное состояние в процессе, который описывается кривой 2а1. Сколько энергии в виде теплоты нужно подвести в некотором другом процессе 1d2, чтобы от газа получить 10 кДж работы? Сколько нужно подвести или отвести теплоты в процессе 2а1, если на сжатие расходуется 50 кДж энергии в форме работы? Ответ:
Рисунок 4.1 - Изменение состояния газа в процессах
4.8 Состояние газа под поршнем в цилиндре определяется точкой 1 рисунок 4.2. Газ переводится в состояние 2 один раз по пути 1а2 и второй - по пути 1в2. Определить, будут ли отличаться в этих процессах количества отведенной и подведенной теплоты, и если да, то насколько. Известно, что давления в точках 1 и 2 равны 0,1 и 0,5 МПа соответственно, а изменение объема V2-V1 = 0,5 м3. Ответ:
P
а 2
v1 v2 V
Рисунок 4.2 - Изменение состояния газа в процессах 4.9 Определить к.п.д. двигателя автомобиля мощностью 44,0 кВт при расходе топлива 7,4 кг/ч. Теплоту сгораемого топлива принять равной 40 МДж/кг. Ответ: z = 0,538. 4.10 Мощность электростанции на выходных шинах составляет 12 мВт. Какое количество топлива В, кг/ч сжигается в топках котлов электростанции, если все потери энергии на станции составляют 70 %, а теплота сгорания топлива QH= 30 МДж/кг. Ответ: В = 4800 кг/ч. 4.11 Определить суточный расход топлива на электростанции мощностью N = 100 мВт, если ее к.п.д.zст= 0,35, а теплота сгорания топлива Определить также удельный расход топлива на 1 мДж выработанной энергии. Ответ: В сут. = 823 т/сут.;В = 0,0953 кг/МДж. 4.12 На электростанции мощностью N = 100 мВт сжигается топливо с теплотой сгорания Определить часовой расход топлива В. Ответ: В = 36,4 т/ч. 4.13 Паровая турбина расходует 0,00110 кг пара на получение 1 кДж электроэнергии. На производство 1 кг пара необходимых параметров затрачивается 3300 кДж. Определить к.п.д. паротурбинной установки. Ответ: z = 27,6 %. 4.14. Газ, имеющий массу G = 1 кг, находится под поршнем цилиндра в состоянии 1 рисунок 4.3 с параметрами Р1= 0,5 МПа и v1 = 0,100 м3/кг. Он может перейти в состояние 2 с параметрами Р2 = 0,1 МПа и v2 = 0,262 м3/кг посредством процесса 1а2 и 162. Процесс 1а2 протекает без теплообмена, его уравнение Р =
Рисунок 4.3 – Изменение состояния газа в процессах Ответ: 4.15 Свинцовый шар падает с высоты h = 100 м на твердую поверхность. В результате падения кинетическая энергия шара полностью превращается в тепло. Одна треть образовавшегося тепла передается окружающей среде, а две трети расходуются на нагревание шара. Теплоемкость свинца Сv = 0,1257 кДж/кг К. Определить повышение температуры шара. Ответ: DT = 5,2 К. 4.16 Предполагая, что все потери водяной турбины превращаются в тепло и тратятся на нагревание воды, определить к.п.д. турбины по следующим данным: высота падения воды равна 400 м, нагревание воды 0,2 oС. Ответ: z = 78,6 %. 4.17 В машине вследствие плохой смазки происходит нагревание 200 кг стали на 40 oС в течение 20 мин. Определить вызванную этим потерю мощности машины. Теплоемкость стали принять равной 0,4609 кДж/кг К. Ответ: 4,18 л.с. 4.18 Найти изменение внутренней энергии 1 кг воздуха при переходе от начального состояния его t1 = 300 oС в конечное при t2 = 50 oС. Зависимость теплоемкости от температуры принять прямолинейной. Ответ: DU= 185,4 кДж/кг. 4.19 Найти изменение внутренней энергии 2 м3 воздуха, если температура его понижается от t1 = 250 oС до t2 = 50 oС. Зависимость теплоемкости от температуры принять прямолинейной. Начальное давление воздуха Р1 = 6 ата. Ответ: DU= 1042,89 кДж. 4.20 К газу, заключенному в цилиндре с подвижным поршнем, подводится извне 20 ккал тепла. Величина произведенной работы при этом составляет 10000 кгм. Определить изменение внутренней энергии газа, если количество его равно 0,8 кг. Ответ: DU = -17,43 кДж/кг. Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|