Основные термодинамические параметры газа. Уравнение состояния.

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Nbsp; МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Электротехнический факультет Кафедра теплотехники и гидравлики

РАСЧЕТ

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

В ПЕРЕМЕННЫХ ТЕПЛОЕМКОСТЯХ

Методические указания

к расчетно-графической работе №1

Дисц. ”Теплотехника”

Для спец. ММД (1704)

Киров 2003

УДК 658.26.075

Составители: к.т.н., доц. В.В.Скопин

к.т.н., доц. Д.М.Суворов

к.т.н.. доц. И.В.Шестаков

Рецензент: доцент М.В.Николайчук,

кафедра ММД

Редактор А.Н.Корсаков

ЛР № 020519 от 20.06.97г.

Подписаноано в печать 31.08.98 Усл.печ. л. 1,2

Бумага типографская. Печать матричная.

Заказ № 225 Тираж 50 Бесплатно.

Текст напечатан с оригинал-макета, предоставленного автором

______________________________________________________________

610 000, г. Киров, ул. Московская, 36.

Оформление обложки, изготовление – ПРИП

Право на данное издание принадлежат Вятскому

государственному университету

Введение

Расчетно-графическая работа (РГР) рекомендуется студентам специальности 170400 ММД (машины и оборудование лесного комплекса) изучающим дисциплину «Теплотехника».

Цель РГР заключается в повторении и закреплении теоретического материала по разделу «Техническая термодинамика» и в приобретении навыков расчета газовых процессов тепловых двигателей.

Объем задач порядок выполнения и оформления РГР.

1.1 . Задачей РГР является:

а) Определение недостающих параметров рабочего тела в начальных и конечных точках процесса (1 и 2).

б) Определение показателя политропы процесса (1-2).

в) Определение удельных (т.е. отнесенных к одному килограмму рабочего тела): работы в процессе, изменения внутренней энергии Du_1-2, энтальпии Di_1-2и энтропии Ds_1-2, отведенной или подведенной в процессе теплоты q_1-2.

г) Графическое изображение процесса в и диаграммах.

Порядок выполнения РГР.

Из таблицы задания в приложении каждый студент согласно номеру зачетной книжки выписывает параметры точек процесса. Газовая смесь для всех вариантов задания одинакова.

Затем определяются массовая доля и вид неизвестного газа, недостающие параметры и вид процесса. Далее вычисляются теплоемкость компонентов и смеси газов, работа, количество подведенного или отведенного в процессе тепла, изменение энтальпии и энтропии. В заключение анализируются результаты расчетов, выполняются рисунки в и диаграммах и делаются выводы по РГР.

Порядок оформления работы.

1. Работа оформляется на стандартных листах бумаги 210 297, которые затем сшиваются.

2. Каждый пункт расчета должен иметь наименование и минимум необходимых пояснений, ссылки на источники, по которымпринимаются значения величин (например, теплоемкость). Надписи должны быть четкими и аккуратными.

3. У всех размерных величин должна быть проставлена их размерность.

4. Графическое изображение процесса в и диаграммах должно выполняться на миллиметровой бумаге. На осях координат следует нанести соответствующие масштабы равномерных шкал.

5. Неправильно или небрежно оформленный отчет, а также отчеты, выполненные в школьных тетрадях, к рассмотрению не принимаются.

2. Основные теоретические положения.

Основные термодинамические параметры газа. Уравнение состояния.

Параметрами газа называются величины, характеризующие рабочее тело (газ) в данном состоянии.

Основными параметрами газа являются:

Удельный объем – объем единицы массы газа.

В технической термодинамике за единицу объема принимается кубический метр (м³). Следовательно, удельный объем есть объем одного килограмма вещества:

м³/кг, (1)

где М – масса газа, кг

V – объем газа с массой, равной М, м³.

Плотность вещества -масса единицы объема:

кг/м³(2)

Абсолютное давление обусловлено взаимодействием молекул рабочего тела с поверхностью и численно равно силе, действующей на единицу площади поверхности тела по нормали к последней.

В международной системе единиц (СИ) давление измеряется в паскалях (1 Па =1 Н/м²). Поскольку эта единица мала (1кгс/см²= 1ат=98066,5 Па), удобно использовать1кПа = 10³Па или 1МПа = 10⁶Па.

Давление измеряется при помощи манометров, барометров и вакуумметров. Жидкостные и пружинные манометры измеряют избыточное давление, представляющее собой разность между полным или абсолютным давлением Р измеряемой среды и атмосферным (барометрическим) давлением В:

(3)

Приборы для измерения давления ниже атмосферного давления называют вакуумметрами, их показания дают значение разряжения (или вакуума):

(4)

Абсолютная температура - физическая величина, служит мерой кинетической энергии молекул. В системе СИ единицей температур являетсякельвин (К); на практике широко применяется градус Цельсия (°С).Соотношение между ними имеет вид:

(5)

Для сравнения величин, характеризующих системы в одинаковых состояниях, вводится понятие "нормальные условия".

В технической термодинамике обычно используют физические нормальные условия:

Р= 760 мм рт. ст. = 101325 Па; Т =273,15 К;

Следует отметить, что параметрами состояния являются абсолютные давления и температура.

Рассмотренные выше параметры газа связаны между собой уравнением состояния (характеристическим уравнением), которое для одного килограмма газа имеет вид:

(6)

где P- абсолютное давление газа, Па;

- удельный объем, м³/кг;

T - абсолютная температура, К;

R - удельная газовая постоянная, Дж/(кг^.К).

Удельная газовая постоянная численно равна работе, совершаемой единицей массы газа при изменении его температуры на один кельвин в процессе при постоянном давлении. Газовая постоянная, отнесенная к одному киломолю газа, называется универсальной газовой постоянной и для всех газов равна:

R_m = 8314,2 Дж/(кмоль ^.К).

Удельная газовая постоянная определяется по формуле:

Дж/(кг ^.К), (7)

где m - молекулярная масса газа, кг/кмоль.

Уравнение состояния может быть легко установлено из экспериментальных законов: Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Авагадро.

Газовые смеси.

Состав газовой смеси может быть задан массовыми или объемными долями.

Массовой долей какого-либо газа в смеси называется отношение массы данного газа к суммарной массе всей смеси:

…. (8)

где М₁, M₂, … М_n - массы газов, входящих в смесь,

М - масса всей смеси.

Сумма массовых долей всех газов, входящих в смесь, равна единице:

m₁+m₂+ … +m_n =1 (9)

Объемной долей газа, входящего в смесь, называется отношение объема данного газа, приведенного к давлению и температуре смеси, к объему всей смеси:

… (10)

где V₁; V₂ … V_n – приведенные (парциальные) объемы газов, входящих в смесь;

V – объем смеси газов.

Давление смеси газов в соответствии с законом Дальтона равно сумме парциальных давлении, составляющих смесь газов:

(11)

Для газовых смесей, в которых газы не входят в химические соединения, определяется условная величина "кажущаяся молекулярная масса" по объемным или массовым долям:

(12)

Зная кажущуюся молекулярную массу смеси, можно определить газовую постоянную смеси:

Дж/(кг ^.К) (13)

Зависимость между объемными и массовыми долями определяется соответственно:

(14)

Теплоемкость газов.

Теплоемкостью газов называется количество тепла, необходимое для повышения температуры газа на один градус:

Дж/К (15)

В расчетах обычно используется удельная теплоемкость, под которой понимается количество тепла, необходимое для повышения температуры количественной единицы газа на один кельвин, на практике такими единицами могут быть:

единица массы – кг,

единица объема – м³ и один моль.

В соответствии с этим различают теплоемкости:

массовую, объемную и мольную.

Удельная массовая теплоемкость - теплоемкость единицы массы газа, т.е. количество тепла, которое необходимо сообщить одному килограмму массы газа, чтобы его температура изменилась на один кельвин:

Дж/(кг^.К) (16)

или, обобщая:

(17)

эта величина называется истинной теплоемкостью.

Объемной теплоемкостью называется количество тепла, которое необходимо сообщить массе вещества объемом V, чтобы изменить температуру на один кельвин:

Дж/(м^3.К) (18)

Так как в объеме в зависимости от параметров газа может содержаться различное количество вещества, то принято относить объем к нормальным физическим условиям: (Р =760 мм рт. ст.== 101325 Па; Т = 273 К или t=0 °С).

Дж/(м^3.К) (19)

Мольной теплоемкостью называется теплоемкость моля газа:

Дж/(моль·К) (20)

Средней теплоемкостью газа за процесс в пределах температур от t₁до t₂называется отношение количества тепла, которое необходимо сообщить газу для повышения его температуры от t₁, до t₂, к разности этих температур:

(21)

Теплоемкость зависит от массы, химического состава, термодинамического состояния вещества (Р, t), условий протекания процесса подвода или отвода тепла. Для идеального газа теплоемкость не зависит от давления.

Как общее явление, с повышением температуры газов теплоемкость газов возрастает, эта зависимость выражается формулой:

C=a+вt+dt², (22)

где а, в, d - постоянные, зависящие от природы газа и характера процесса.

Изменение температуры тела зависит не только от количества сообщенного тепла, но и от процесса, при котором подводится тепло. В технике наиболее часто тепло подводится к газу двумя способами: при постоянном объеме и постоянном давлении. Соответственно различают теплоемкость при постоянном объеме и постоянном давлении .

Подставим в формулу (17) значение q по первому закону термодинамики:

(23)

Первый член этого выражения характеризует изменение внутренней энергии, а второй - работу расширения одного килограмма газа при изменении его температуры на один кельвин. Последний член называется удельной работой и обозначается h, Дж/кг:

(24)

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 2179; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!