Баскаков А.П. (ред.) Теплотехника Энергоатомиздат, 1991 (947482), страница 13
Текст из файла (страница 13)
е, У,= У„Л'„ а объем сиесн по Формуле У = У„Л(. Тогда У /У = г,= =Л',/У, и, следовательно, задание смеси а,=н,г/~ грй ! (4.611 ~ М,/и, ! где /6. = ~' л,)(г (4.46) (4.52! ~ (а!/и,) ! )7,.=83!4 ~ 8,/И, (4.47) (4. 48) (4.49) а,/р, (4.55) (4.50) 4! идеальных газов мольными долями равнозначно заданию ее объемными долями. Газовая постонннвя смеси газов. Просучмировав уравнения (4.42) лля всех компоиеитоп смеси, получим Р ) р = ) Л,М)7,,7. Учитывая (4 39), можно записать др= М)(,„т, (4.45) Иэ уравнения (4.45) следует, что смесь идеальных газов также подчиняется урввне ник! Клапейрона. Поскольку в соответствии с (1 6) )7, = = 8314/И„ !о иэ (4.46] следует, что газовая постоянная смеси (Дж/(кг К)) имеет аид Кажущаяся молекулярная масса смеси.
Выразим формально газовую постоянную смеси /(,„по формуле (!.6), введя кажущуюся молскулириую пассу смеси Ийл )7, =83!4/и,„. Сравнивая правые часы! соотношений (4Л7) и (4.48), найдем Иэ определения массовых долей следует, что л! =. м, /м = р лг /(в, „й!) = = р,г /и,,„ Просуммировав это соотношение для всех компонентов и учитывая, что ~ я =1, полу- чим выражение для кажущейся молекулярной массы смеси, эвлэнной объемными долями! Соотношение между объемнымн н массовыми долямн. Учитывая (4.50), получаем Поскольку г,= Р/У=ЛГ/!У=Р),/~ Лгг то ! Разделив числитель и знаменатель этой формулы на массу смеси М, получим Теплоемкость смесей идеальных газов.
Если смесь газов задана массовыми долями, то ее массовая теплоемкость с определяется как сумма произведений массовых долей на массовую теплоемкость каждого компонента, т. е. с„='~ п,.с„; с =~ п,сж. (4.53) ! При задании смеси объемными долями объемная теплоемкость смеси с'= ~ г,с„'; с' = ~ г,с'! (4.54) ! Аналогично мольная теплоемкость смеси равна произведению объемных долей на мольные теплоемкости составляющих смесь газов: с„= ~ э; (Рс„),; !хср — — ~ г, (1!.ср), ! ! 1 Пддлсн(ИИ )М!.!)(УХ В сушильной технике в качестве ра!точего тела широко используют в л а ж и ы й в о эд у х, представляющий собой смесь сухого воздуха и водяного пара.
Содержание водяного пара в атмосферном воздухе зависит от метеорологических ус. ловий, а также от наличия источников испарения воды и колеблется в широких пределах от малых долей до 4 % (по массе) Смесь сухого воздуха и насышенногп водяного пара называетсянасышенным влажныч впзд у х о м. Смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара называется и е н а с ы ш е н. ным влажным воздухом.Температура, до которой необходимо охлаждать ненасыщенный влажный воздух, чтобы содержа!цийся в ием перегретый пар стал насыщенным, называется т е м п е р а т у р о й т о ч к и р о с ы.
При дальнейшем охлаждении влажного воздуха (ниже температуры точки росы) происходит конденсации водяного пара. Поэтому температуру точки росы часто используют как неру содержания в воздухе воды в парообразном состоянии. Обычно к влажному воздуху применяют уравнения для идеальных газовых смесей. Так как в процессах сушки количество водяного пара в воздухе может меняться, а количества сухого воздуха остается постоянным, то целесообразно относить все величины к ! кг сухого воздуха (а не смеси). Влагосодержание, абсолютная н отиоснтельмая влажность.
Масса пара в ! мх алаи. ного воздуха, численно равная плотности пара р, при парциальном давлении р., называется абсолютной влажностью. Отношение действительной абсолютной влажности воздуха р. к максимально возможной абсолютной влажности р, при той же температуре называют относительной влажно. с т ь ю и обозначают через гр: гр=р,/р.
=Р„/Р„(4 56) где р, — парциальное давление водяного пара во влажном воздухе; р. — максимально возможное парциальное давление водяного пара при данной температуре. Величина ф выражается в процентах или относительных единицах. Поскольку 0(Р,( р„ то О ( ф ( 100 % (или соответственно О(ф( !). Для сухого воздуха ф=О, для насыщенного гр=100 ч Относительная влажность сама по себе полностью не характеризует содержание пара ао влажном воздухе, нужно сше знать температуру влажного воздуха, однозначно определяющую величину Р, Отношение массы водяного пара М., содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого воздуха М. называется вл а г а со.
держанием воздуха и померяется н килограммах иа килограмм; д=М„/М„. (4.57) Определяя массы сухогп ноздуха н водяного пара из уравнения состоянии идеального газа, преобразуем выражение (4.57) к виду РЕК Р.)Г 'Рыу ' (4.7 Если Р„=фри р„= !8,06 кг/кмпл1 и 9,=- =28,95 кг,'кмоль, то г(=, ' --- — '-- =0,622 — ' —.
(4.58) ! 8,06 фр. фр, 29,95 Р— фр, ' Р— 4Р, Максимально возможное влагосодержание достигается при полном насыщении воздуха водяными парами (ф= !); ц„,„,=0,622 — '-. (4.59) Р, Р Р, Если давление насыщенного пара стано. антса равным внешнему давлению р, что достигается при температуре кипения, то б= аа. Теплоемкость н антальпия влажного воздуха. Изобарную теплоемкость влажного воздуха с, обычно относят к ! кг сухого воздуха, т. е. к (1 + б) кг влажного воздуха. Она равна сумме теплоемкостей ! нг сухого возлуха и Н кг пара: (4.60) с =сг,+г(с „ В приближенных термодинамических расчетах процессов с влажным воздухом в небольшом диапазоне температур можно применять удельную изобариую теплоемкасть сухого воздуха с„.= ! кДж/(кг К) =солж, удельную изобарную теплоемкость водяного пара с„щ ж2 кДж/(кг К) =сола!.
В этом случае, выражая теплоемкость в кДж/(кг ° К), получаем с =!+2Ы (4.6!) Энтальпия влажного впал)ха определяется как знтальпия газпвой смеси, состоящей нз 1 кг сухого воздуха и Н кг водиного пара, т е. (4. 62) Энтальпия ! кг сухого воздуха, кДж/кг, л.=с,.(=! !. (4.63) Л„=2500+2! (4.64) Тогда Ь = 1+(2500 + 2!) д. (4.65) Контрольные задача Голоа г яз,зч ОСОБЕННОЕ)И ТЕРМОДИНАМИКИ Г)ГГЫ1)з(У "ИС ГЕМ Знтальпня 1 кг пара, кДж/кг, достаточно точно может быть вычислена по формуле, в которой теплота испарения воды при 0 'С принята равной 2500 кДж/кг, а теплоемкость пара 2 кДж/(кг К): 4.1. Воздух по объему состоит из 21 ог5 кислорода и 79 55 азота Определить состав воздуха по массе, парциальные давления кислорода и азота при давлении смеси 760 мм рт.
ст и плотность воздуха при нормальных физических условиях, считая его идеальным газом. 4.2. 1 кг воздуха при температуре 10 'С и начал~нам давлении 0,1 МПа сжимается Д!. УРЛННКНИЕ !!1.Р!!гз! Ы бац(!НД Т1.!ЪМОДВ 11ДМ!)КИ ЛЛ!1 1!О1ОКД Как указывалось выше, под открытымн понимаются термодинамические системы, которые кроме обмена теплотой и работой с окружающей средой допускают также и обмен массой В технике широко используются процессы преобразования энергии в потоке, когда рабочее тело перемешается нз области с одними параметрами (р!, п~) в область с другими (рз, оз).
Это, например, расширение пара в турбинах, сжатие газов в компрессорах. Будем рассматривать лишь о д н омерные стационарные поток н, в которых параметры зависят ~олька от одной координаты, совпадающей с направлением вектора скорости, и не зависят от времени. Условие н е р а з р ы вн о с т н течении в таких потоках заключается в одинаковости массового расхо- нзотермически в компрессоре до конечного давления 1 МПа.
Определить конечный объем, затраченную работу и количество теплоты, которое необходимо отвести от газа. 4 3 Как известно, в атиосфере существуют конвекционные токи, непрерывно перемещающие воздух из верхних слоев а нижние, а из нижних в верхние. Когда воздух поднимается в верхние слои с более низким давле. пнем, он адиабатичесни расширяется (ибо является плохим проводником теплоты) н его температура понижается.
Считая воздух идеальным газом, вычислить высотный грааиент температуры в атмосфере. 4 4. 3 мз воздуха при давлении 4 10 Па расширяются до трехкратного объема и давления р,=!Оз Па. Считая процесс полнтропным, вычислить показатель полнтропы, рагиму рас!пирения, количество теплоты и изменение внутреннед энергии в этом процессе.
4,5. Перегретый пар расширяется в турбине по адиабате от начального давления 5 МПа и температуры 500'С до рт=100 кПа. Определить конечное состояние пара, изменение внутренней энергии и работу расширения. да п! рабочего тела в любом сечении: гп = р с/о = поп 51, (5.!) где К вЂ” площадь поперечного сечения канала; с — скорость рабочего тела. Рассмотрим термодннамическую систему, представленную схематически на рис. 5.1. По трубопроводу / рабочее тело с параметрами Т!, р!, о! подается со скоростью с, н тепломеханическнй агрегат 2 (двигатель, паровой котел, компрессор и т д.). Здесь каждыб килограмм рабочего тела в общем случае может получать от внешнего источника теплоту г) и совершать техническую работу Г„,„, например, приводя в движение ротор турбины, а затем удаляется через выхлопной патрубок 3 со скоростью сз, имея параметры Ть рз, оз.
" Технической называется работа, отбирае. мая из потока за счет каких. либо технических устройств или подводнмая к нему. Рис 5,1. Открытая герчодннамнчегкая сис. тема Если а потоке мысленно выделить замкнутый объем рабочего тела и наблюдать за изменением его параметров в процессе перемещении, то для описания его поведения будут пригодны все полученные вьппе термодинамические соотношения н, в частности, первый закон термодинамики в обычной записи: у= = Ли+1. Внутренняя энергия есть функции состояния рабочего тела, зпзэтому значение и~ определяется парвметрвмн рабочего тела при входе (сечение потока 1), а значение и, — параметрами рабзочего тела при выходе из агрегата (сечение П). Работа расширения ! совершается рабочим телом на поверхностях, ограничиварозцих выделенный движущийся объем, т е.
на стенках агрегата и границах, выделяющих этот обьем в потоке. Часть стенок агрегата неподви кна, и работа расширения на них равна нулю. Другая часть стенок специально делает. ся подвижной (рабочие лопатки в турби. не и компрессоре, поршень в поршневой машине), и рабочее тело совершает на них техническую работу 1„.. При входе рабочее тело вталкивается в агрегат.
Для этого нужно преодолеть давление рр Поскольку р, =сопз1, то каждый килограмм рабочего тела может занять обьем и, лишь прн затрате работы, равной 1„,= — р~иь Для того чтобы выйти в трубопровод 3, рабочее тело должно вытолкнуть нз него такое же количество рабо сего тела, ранее находившегося в нем, преодолев давление рр, т. е. каждый кили рами, занимая объем и, должен произнести определенную работу выл алкнвания 1.. = (з2 и р. Сумма 1„=рта,— ррир назьзвается работой вытеснения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
