Gorivo, plinske smjese i toplinski kapacitet

Kod toplinskih motora (strojeva) radna tekućina je smjesa raznih plinova. Ako sastojci smjese ne ulaze u kemijske reakcije međusobno, a svaka se komponenta pokorava Klaiperonovoj jednadžbi stanja, tada se takva smjesa smatra idealnim plinom.

Za izračunavanje smjese potrebno je odrediti μ cm - prosječnu molarnu masu i R c m - specifičnu plinsku konstantu smjese. Da bi ih odredili, potrebno je znati sastav smjese, odnosno koje komponente i u kojim količinama čine ovu smjesu, koje parametre ima svaka komponenta uključena u smjesu.

Svaka komponenta smjese ponaša se kao da nema drugih plinova u smjesi, zauzima cijeli raspoloživi volumen u kojem se smjesa nalazi, prati svoju jednadžbu stanja i vrši svoj tzv. parcijalni tlak na stijenke, dok temperatura svih komponenti smjese je ista i jednaka temperaturi smjese.

Prema Daltonovom zakonu, tlak smjese P jednak je zbroju parcijalnih tlakova pojedinačnih komponenti uključenih u smjesu:

gdje je n broj komponenti smjese.

Prema Amagovom zakonu, volumen smjese V jednak je zbroju parcijalnih volumena pojedinačnih komponenti uključenih u smjesu pri temperaturi i tlaku smjese:

, (1.21)

gdje - djelomični volumen, m 3; V- volumen smjese, m3

Sastav smjese zadan je volumnim (molarnim) ili masenim udjelima.

Volumni udio i-te komponente je omjer parcijalnog volumena komponente prema volumenu smjese, tj. tada je zbroj volumnih udjela komponenata smjese 1, tj. Ako je vrijednost dana u %, tada je njihov zbroj = 100%.

Molarni udio i-te komponente n i je omjer broja kilomola komponente N i prema broju kilomola smjese N, tj. , , tj. broj kilomola svake komponente i smjese kao cjeline jednak je omjeru odgovarajuće komponente i smjese kao cjeline prema volumenu koji zauzima jedan kilomol.

S obzirom da idealni plin pod istim uvjetima ima isti volumen kilomola, tada nakon zamjene dobivamo: , tj. za idealni plinovi molarni i volumni udjeli brojčano su jednaki.

Maseni udio i-te komponente je omjer mase komponente prema masi smjese: , slijedi da je masa smjese jednaka zbroju masa komponenti, a također je jednak i zbroj masenih udjela komponenti na 1 (ili 100%).

Pretvorba volumnih udjela u masene udjele i obrnuto temelji se na sljedećim omjerima:

,

gdje je ρ = μ / 22,4, kg / m 3.

Odatle slijedi da ćemo maseni udio i-te komponente odrediti iz relacije:

,

gdje je gustoća smjese, kg / m 3, volumni udio i-te komponente.

U budućnosti se može odrediti kroz volumne udjele.

.

Gustoća smjese za volumne udjele određuje se iz relacije

, gdje , (1.22)

.

Parcijalni tlak određuje se formulama:

ili (1.23)

Jednadžbe stanja komponenata i smjese u cjelini imaju oblik:

;

,

odakle nakon transformacija dobivamo for masivan dionice

, . (1.24)

Gustoća i specifični volumen smjese za masivan udio:

; . (1.25)

Za izračunavanje parcijalnih tlakova koristi se formula:

. (1.26)

Pretvorba masenih udjela u volumne udjele provodi se prema formuli:

.

Pri određivanju toplinskog kapaciteta mješavine plinova pretpostavlja se da je za zagrijavanje (hlađenje) plinske smjese potrebno zagrijati (ohladiti) svaku od komponenti smjese.

gdje je Q i =M i c i ∆t toplina utrošena na promjenu temperature i-te komponente smjese, c i maseni toplinski kapacitet i-te komponente smjese.

Toplinski kapacitet smjese određuje se iz omjera (ako je smjesa dana masenim udjelima)

, slično . (1.28)

Molarni i volumetrijski toplinski kapaciteti za smjesu dati volumnim udjelima određuju se prema

; ;

;

Primjer 1.5 Maseni suhi zrak sastoji se od g O2 \u003d 23,3% kisika i g N2 \u003d 76,6% dušika. Odredite volumenski sastav zraka (r O2 i r N 2) i plinsku konstantu smjese.

Riješenje.

1. Iz tablice 1 nalazimo kg/kmol i kg/kmol

2. Odredite volumne udjele kisika i dušika:

1. Plinska konstanta zraka (smjese) određena je formulom:

, J/kg K

Primjer 1.6. Odredite količinu topline potrebnu za zagrijavanje plinske smjese mase M = 2 kg pri P = const, koja se sastoji od masenih postotaka: , , , , kada se temperatura promijeni od t 1 =900 ° C do t 2 = 1200 °C.

Riješenje:

1. Odredite prosječni maseni toplinski kapacitet komponenata koji čine plinsku smjesu pri P=const i t 1 =900 o C (iz P2):

1,0258 kJ/kg K; =1,1045 kJ/kg K;

1,1078 kJ/kg K; =2,1097 kJ/kg K;

2. Određujemo prosječni maseni toplinski kapacitet komponenti koje čine plinsku smjesu pri P=const i t 1 =1200 o C (iz P2):

1,0509 kJ/kg K; =1,153 kJ/kg K;

1,1359 kJ/kg K; =2,2106 kJ/kg K;

3. Određujemo prosječni maseni toplinski kapacitet smjese za temperaturni raspon: t 2 \u003d 1200 ° C i t 1 \u003d 900 ° C:

4. Količina topline za zagrijavanje 2 kg smjese pri P=const:

Prvi zakon termodinamike uspostavlja kvantitativni odnos između promjene unutarnje energije sustava i mehaničkog rada koji se vrši protiv sila vanjskog tlaka okoline kao rezultat dovođenja topline u radni fluid.

Za zatvoreni termodinamički sustav jednadžba prvog zakona ima oblik

Toplina predana radnom fluidu (ili sustavu) koristi se za povećanje njegove unutarnje energije (dU) zbog povećanja tjelesne temperature i za obavljanje vanjskog rada (dL) zbog širenja radnog fluida i povećanja njegove volumen.

Prvi zakon se može napisati kao dH=dq+VdP=dq-dL 0 ,

gdje je dL 0 \u003d VdP - elementarni rad promjene tlaka naziva se korisnim vanjskim (tehničkim) radom.

dU je promjena unutarnje energije radnog fluida (sustava), koja uključuje energiju toplinskog gibanja molekula (translacijsku, rotacijsku i vibracijsku) i potencijalnu energiju međudjelovanja molekula.

Budući da se prijelaz sustava iz jednog stanja u drugo događa kao rezultat opskrbe toplinom, stoga se radni fluid zagrijava i njegova temperatura raste za dT, a volumen se povećava za dV.

Povećanje temperature tijela uzrokuje povećanje kinetičke energije njegovih čestica, a povećanje volumena tijela dovodi do promjene potencijalne energije čestica. Time se unutarnja energija tijela povećava za dU, pa je unutarnja energija U funkcija stanja tijela i može se prikazati kao funkcija dva neovisna parametra U=f 1 (P,V); U=f 2 (P,T), U=f 3 (υ,T). Promjena unutarnje energije u termodinamičkom procesu određena je samo početnim (U 1) i završnim (U 2) stanjem, tj.

U diferencijalnom obliku zapisana je promjena unutarnje energije

a) kao funkcija specifičnog volumena i temperature

b) u ovisnosti o temperaturi, jer , onda

Za praktične proračune, u kojima je potrebno uzeti u obzir promjenu C v s temperaturom, postoje empirijske formule i tablice specifične unutarnje energije (često molarne). Za idealne plinove molarna unutarnja energija smjese U m određena je formulom

, J/kmol

Za smjesu danu masenim udjelima . Na ovaj način unutarnja energija tamo je svojstvo sustava i karakterizira stanje sustava.

Entalpija je funkcija toplinskog stanja koju je uveo Kamerling-Onnes (pobjednik Nobelova nagrada, 1913), koji je zbroj unutarnje energije sustava U i umnoška tlaka sustava P i njegovog volumena V.

Budući da su veličine uključene u njega funkcije stanja, stoga je H također funkcija stanja, tj. H \u003d f 1 (P, V); H=f2 (V,T); H=f3 (P, T).

Promjena entalpije dH u bilo kojem termodinamičkom procesu određena je početnim H 1 i konačnim H 2 stanjem i ne ovisi o prirodi procesa. Ako sustav sadrži 1 kg tvari, tada se koristi specifična entalpija, J/kg.

Za idealan plin diferencijalna jednadžba ima oblik

prema tome, specifična entalpija određena je formulom

Jednadžba prvog zakona termodinamike je dq=dU+Pdυ, kada je jedini tip rada ekspanzijski rad Pdυ=d(Pυ)-υdP, tada je dq=d(U+Pυ)-υdP, odakle

U inženjerskoj praksi često se ne radi o homogenim plinovima, već o mješavinama kemijski nepovezanih plinova. Primjeri plinskih smjesa su: atmosferski zrak, prirodni plin, plinoviti produkti izgaranja goriva itd.

Za plinske smjese vrijede sljedeće odredbe.

1. Svaki plin koji ulazi u smjesu ima temperaturu, jednaka temperaturi smjese.

2. Svaki od plinova uključenih u smjesu raspoređen je po cijelom volumenu smjese i stoga je volumen svakog plina jednak volumenu cijele smjese.

3. Svaki od plinova uključenih u smjesu pokorava se vlastitoj jednadžbi stanja.

4. Smjesa kao cjelina je poput novog plina i pokorava se vlastitoj jednadžbi stanja.

Proučavanje plinskih smjesa temelji se na Daltonovom zakonu, prema kojem je pri konstantnoj temperaturi tlak smjese jednak zbroju parcijalnih tlakova plinova uključenih u smjesu:

gdje je p cm tlak smjese;

p i - parcijalni tlak i-tog plina uključenog u smjesu;

n je broj plinova uključenih u smjesu.

Parcijalni tlak je tlak koji će plin koji ulazi u smjesu stvarati ako sam zauzme cijeli volumen smjese pri istoj temperaturi.

Metode stvrdnjavanja plinskih smjesa

Sastav plinske smjese može se odrediti masenim, volumenskim i molnim udjelima.

Maseni udjeli. Maseni udio bilo kojeg plina uključenog u smjesu je omjer mase tog plina i mase smjese.

m 1 \u003d M 1 / M cm; m 2 \u003d M 2 / M cm; ..........; m n \u003d M n / M cm,

gdje je m 1 , m 2 , ..., m n - maseni udjeli plinovi;

M 1 , M 2 , ..., M n - mase pojedinih plinova;

M cm je masa smjese.

To je lako vidjeti

i

(100%).

Količinske dionice. Volumni udio bilo kojeg plina uključenog u smjesu je omjer reduciranog (djelomičnog) volumena tog plina prema volumenu smjese.

r 1 \u003d V 1 / V cm; r 2 \u003d V 2 / V cm; ........., r n = V n / V cm;

gdje su V 1 , V 2 , ..., V n - reducirani volumeni plinova;

V cm je volumen smjese;

r 1 , r 2 , ..., r n - volumni udjeli plinova.

Reducirani volumen je volumen plina pod uvjetima smjese (pri temperaturi i tlaku smjese).

Smanjeni volumen može se prikazati na sljedeći način: ako se svi plinovi osim jednog uklone iz posude koja sadrži smjesu, a preostali plin se komprimira na tlak smjese uz održavanje temperature, tada će se njegov volumen smanjiti ili djelomično smanjiti.

Može se dokazati da će volumen smjese biti jednak zbroju reduciranih volumena plinova.

(100%).

Molni udjeli. Molni udio bilo kojeg plina uključenog u smjesu je omjer broja kilomola tog plina prema broju kilomola smjese.

r 1 \u003d n 1 / n cm; r 2 \u003d n 2 / n cm; ........., r n \u003d n n / n cm,

gdje r 1 , r 2 , ..., r n - molni udjeli plinova;

n cm je broj kilomola smjese;

n 1 , n 2 , ..., n n je broj kilomola plinova.

Određivanje smjese prema molnim udjelima identično je određivanja smjese prema volumnim udjelima, tj. molarni i volumni udjeli imaju iste numeričke vrijednosti za svaki plin uključen u smjesu.

Plinska konstanta i prividna (prosječna) molekularna težina smjese. Da bismo izračunali konstantu mješavine plinova danu masenim udjelima, napišemo jednadžbe stanja:

za smjesu

p cm × V cm = M cm R cm T; (1.9)

za plinove

. (1.10)

Zbrajamo lijevi i desni dio jednadžbi (1.10)

(p 1 + p 2 + .... + p n) V cm = (M 1 R 1 + M 2 R 2 + ..... + M n R n) T.

Jer

,

tada je p cm V cm = (M 1 R 1 + M 2 R 2 + ..... + M n R n) T. (1.11)

Jednadžbe (1.9) i (1.11) impliciraju da

M cm R cm T \u003d (M 1 R 1 + M 2 R 2 + ..... + M n R n) T.

R cm \u003d M 1 / M cm R 1 + M 2 / M cm R 2 + ...... + M n / M cm R n \u003d

M 1 R 1 + m 2 R 2 + ...... + m n R n

ili

, (1.12)

gdje je R cm plinska konstanta smjese.

Budući da plinska konstanta i-tog plina

R i = 8314 / m i,

tada se jednadžba (1.12) prepisuje na sljedeći način:

. (1.13)

Pri određivanju parametara plinske smjese prikladno je koristiti određenu uvjetnu vrijednost koja se naziva prividna (prosječna) molekularna težina plinske smjese. Koncept prividne molekularne težine smjese omogućuje nam da smjesu konvencionalno smatramo homogenim plinom, što uvelike pojednostavljuje izračune.

Za odvojeni plin, izraz

Analogno tome, za smjesu možemo napisati

m cm R cm = 8314, (1,14)

gdje je m cm prividna molekularna težina smjese.

Iz jednadžbe (1.14), korištenjem izraza (1.12) i (1.13), dobivamo

, (1.15)

. (1.16)

Raspravljajući na ovaj način, mogu se dobiti formule za izračunavanje R cm i m cm kroz volumne udjele, formule za pretvorbu masenih udjela u volumne udjele i, obrnuto, volumnih udjela u masene udjele, formule za izračunavanje specifičnog volumena smjese u cm i gustoća smjese r cm kroz masene i volumne udjele i, na kraju, formule za izračunavanje parcijalnih tlakova plinova uključenih u smjesu, kroz volumne i masene udjele. Ove formule bez izvođenja prikazujemo u tablici.

Formule za izračunavanje plinskih smjesa

Postavljanje sastava smjese	Prijenos iz jedne kompozicije u drugu	Gustoća i specifični volumen smjese	Prividna molekularna težina smjese	Konstanta mješavine plinova	Parcijalni tlak
Maseni udjeli
Volumni udjeli

Toplinski kapacitet plinova

Toplinski kapacitet tijela je količina topline potrebna da se tijelo zagrije ili ohladi za 1 K. Toplinski kapacitet jedinice količine tvari naziva se specifični toplinski kapacitet.

Dakle, specifični toplinski kapacitet tvari je količina topline koja se mora prenijeti ili oduzeti od jedinice tvari kako bi se promijenila njezina temperatura za 1 K u ovom procesu.

Budući da će se u nastavku razmatrati samo specifični toplinski kapaciteti, specifični toplinski kapacitet jednostavno ćemo nazivati ​​toplinski kapacitet.

Količina plina može se izraziti masom, volumenom i brojem kilomola. Treba napomenuti da se pri postavljanju volumena plina taj volumen dovodi u normalne uvjete i mjeri u normalnim kubičnim metrima (nm 3).

Ovisno o načinu podešavanja količine plina, razlikuju se sljedeći toplinski kapaciteti:

c - maseni toplinski kapacitet, J / (kg × K);

c¢ - volumetrijski toplinski kapacitet, J / (nm 3 × K);

c m - molarni toplinski kapacitet, J / (kmol × K).

Između ovih toplinskih kapaciteta postoje sljedeći odnosi:

c = c m / m; s m = s × m;

s¢ = s m / 22,4; uz m = s¢ × 22,4,

odavde

; s¢ = s × r n,

gdje u n i r n - specifični volumen i gustoća u normalnim uvjetima.

Izohorni i izobarni toplinski kapaciteti

Količina topline predana radnom fluidu ovisi o značajkama termodinamičkog procesa. Dvije vrste toplinskog kapaciteta su od praktične važnosti ovisno o termodinamičkom procesu: izohorni i izobarni.

Toplinski kapacitet pri u = const je izohoran.

c u - maseni izohorni toplinski kapacitet,

c¢ u je volumetrijski izohorni toplinski kapacitet,

c m u je molarni izohorni toplinski kapacitet.

Toplinski kapacitet pri p = const je izobarni.

c p - maseni izobarni toplinski kapacitet,

c¢ r - volumetrijski izobarni toplinski kapacitet,

c m p - molarni izobarni toplinski kapacitet.

Uz istu promjenu temperature u procesu koji se odvija pri p = const troši se više topline nego u procesu pri u = const. To se objašnjava činjenicom da se pri u = const toplina predana tijelu troši samo na promjenu njegove unutarnje energije, dok se pri p = const toplina troši i na povećanje unutarnje energije i na obavljanje rada širenja. Razlika između masenog izobarnog i masenog izohornog toplinskog kapaciteta prema Mayerovoj jednadžbi

c p - c u=R. (1.17)

Ako se lijeva i desna strana jednadžbe (1.17) pomnože s masom kilomola m, tada se dobiva

c m p - c m u= 8314 J/(kmol×K) (1,18)

U termodinamici i njezinim primjenama, omjer izobarnog i izohornog toplinskog kapaciteta je od velike važnosti:

, (1.19)

gdje je k adijabatski eksponent.

Proračuni pokazuju da je za jednoatomne plinove k » 1,67, za dvoatomne plinove k » 1,4, a za troatomne plinove k » 1,29.

Lako je vidjeti da vrijednost do ovisno o temperaturi. Doista, iz jednadžbi (1.17) i (1.19) slijedi da

, (1.20)

i iz jednadžbi (1.18) i (1.19)

. (1.21)

Budući da toplinski kapaciteti rastu s porastom temperature plina, vrijednost k opada, približavajući se jedinici, ali uvijek ostaje veća od nje.

Znajući vrijednost k, može se odrediti vrijednost odgovarajućeg toplinskog kapaciteta. Tako, na primjer, iz jednadžbe (1.20) imamo

, (1.22)

i od s p = k × s u, onda dobivamo

. (1.23)

Slično, za molarne toplinske kapacitete, iz jednadžbe (1.21) dobivamo

. (1.24)

. (1.25)

Prosječni i pravi toplinski kapacitet

Toplinski kapacitet plinova ovisi o temperaturi i, donekle, o tlaku. Ovisnost toplinskog kapaciteta o tlaku je mala i zanemaruje se u većini proračuna. Ovisnost toplinskog kapaciteta o temperaturi je značajna i mora se uzeti u obzir. Ova se ovisnost prilično točno izražava jednadžbom

c = a + u t + et 2, (1.26)

gdje, u i e su vrijednosti koje su konstantne za dati plin.

Često se u izračunima toplinske tehnike nelinearna ovisnost (1.26) zamjenjuje linearnom:

c = a + u t. (1,27)

Ako grafički konstruiramo ovisnost toplinskog kapaciteta o temperaturi prema jednadžbi (1.26), tada će to biti krivocrtna ovisnost (slika 1.4). Kao što je prikazano na slici, svaka vrijednost temperature ima svoju vrijednost toplinskog kapaciteta, koja se obično naziva pravi toplinski kapacitet. Matematički, izraz za pravi toplinski kapacitet zapisan je na sljedeći način: . (1.28)

Stoga je pravi toplinski kapacitet omjer beskonačno male količine topline dq i infinitezimalne promjene temperature dt. Drugim riječima, pravi toplinski kapacitet je toplinski kapacitet plina pri određenoj temperaturi. Na sl. 1.4, pravi toplinski kapacitet na temperaturi t 1 označen je s t1 i prikazan je kao segment 1-4, na temperaturi t 2 - s t2 i prikazan je kao segment 2-3. Iz jednadžbe (1.28) dobivamo dq=cdt. (1,29) U praktičnim proračunima uvijek određujemo količina topline pri konačnoj promjeni

temperatura. Očito je da se količina topline q, koja se javlja jedinici količine tvari kada se zagrijava od t 1 do t 2, može pronaći integracijom (1.29) od t 1 do t 2 .

. (1.30)

Grafički se integral (1.30) izražava površinom 4-1-2-3. Ako u izrazu (1.30) zamijenimo vrijednost pravog toplinskog kapaciteta prema linearnoj ovisnosti (1.27), tada dobivamo

(1.31)

gdje - prosječni toplinski kapacitet u temperaturnom području od t 1 do t 2.

, (1.32)

Prema tome, prosječni toplinski kapacitet je omjer konačne količine topline q i konačne promjene temperature t 2 - t 1:

. (1.33)

Ako se na temelju 4-3 (sl. 1.4) konstruira pravokutnik 4-1¢-2¢-3 koji je veličine jednak slici 4-1-2-3, tada će visina tog pravokutnika biti jednak prosječnom toplinskom kapacitetu, gdje nalazi se u temperaturnom području t 1 - t 2 .

Obično se vrijednosti prosječnih toplinskih kapaciteta daju u tablicama termodinamičkih svojstava tvari. Međutim, kako bi se smanjio volumen ovih tablica, one daju vrijednosti prosječnih toplinskih kapaciteta određenih u temperaturnom rasponu od 0 °C do t °C.

Ako je potrebno izračunati vrijednost prosječnog toplinskog kapaciteta u određenom temperaturnom rasponu t 1 - t 2, tada se to može učiniti na sljedeći način.

Područje 0a14 ispod krivulje c \u003d f (t) (slika 1.4) odgovara količini topline q 1 potrebnoj za povećanje temperature plina od 0 ° C do t 1 ° C.

Slično, područje 0a23 odgovara q 2 kada temperatura poraste od 0 o C do t 2 o C:

Dakle, q \u003d q 2 - q 1 (područje 4123) može se predstaviti kao

(1.34)

Zamjenom vrijednosti q prema (1.34) u izraz (1.33), dobivamo formulu za prosječni toplinski kapacitet u bilo kojem temperaturnom rasponu:

. (1.35)

Stoga se prosječni toplinski kapacitet može izračunati iz tabličnih prosječnih toplinskih kapaciteta pomoću jednadžbe (1.35). Štoviše, dobivamo nelinearnu ovisnost c = f(t). Također možete pronaći prosječni toplinski kapacitet koristeći jednadžbu (1.32) koristeći linearni odnos. Vrijednosti a i u u jednadžbi (1.32) za razne plinove dani su u literaturi.

Količina topline dovedena ili odvedena iz radnog fluida može se izračunati pomoću bilo koje jednadžbe:

(1.36)

(1.37)

, (1.38)

gdje

- prosječnu masu, volumen i molarni toplinski kapacitet; M je masa plina; n je broj kilomola plina; V n - volumen plina u normalnim uvjetima.

Volumen plina V n može se pronaći na sljedeći način. Nakon što smo napisali jednadžbu stanja za zadane uvjete: pV = MRT i za normalne uvjete: p n V n = MRT n, drugu jednadžbu pripisujemo prvoj:

,

odavde

. (1.39)

Toplinski kapacitet plinskih smjesa

Toplinski kapacitet plinske smjese može se izračunati ako je zadan sastav smjese i poznati toplinski kapaciteti komponenti koje ulaze u smjesu.

Da bi se smjesa mase M cm zagrijala za 1 K, potrebno je također povećati temperaturu svake komponente za 1 K. Pritom se količina topline jednaka c i M i troši na zagrijavanje i-te komponente smjese mase M i . Za cjelokupnu smjesu količina topline

,

gdje su c i i c cm maseni toplinski kapaciteti i-te komponente i smjese.

Podijelivši zadnji izraz s M cm, dobivamo formulu za izračun masenog toplinskog kapaciteta smjese:

, (1.40)

gdje je m i maseni udio i-te komponente.

Raspravljajući na sličan način, nalazimo volumetrijski toplinski kapacitet c¢ cm i molarni toplinski kapacitet c m cm smjese:

(1.41)

gdje je c¢ i - volumenski toplinski kapacitet i-te komponente, r i - volumni udio i-te komponente,

, (1.42)

gdje je c m i molarni toplinski kapacitet i-te komponente,

r i - molni (volumenski) udio i-te komponente.

Praktični rad№ 2

Tema: Toplinski kapacitet, entalpija, smjese idealnih plinova, unutarnja energija, rad, termodinamički procesi.

Svrha rada: Konsolidacija znanja stečenog tijekom teorijske obuke, stjecanje vještina u provedbi proračuna toplinske tehnike.

ja Osnovne definicije, formule i jednadžbe

1. Smjese idealnih plinova

Plinska smjesa je mehanička smjesa nekoliko plinova koji međusobno ne kemijski djeluju. Svaki od plinova u smjesi naziva se plinskom komponentom; ponaša se kao da u smjesi nema drugih plinova, tj. ravnomjerno rasporediti po smjesi. Tlak kojim svaki plin iz smjese djeluje na stijenke posude naziva se parcijalni tlak. Osnovni zakon za smjese idealnih plinova je Daltonov zakon prema kojem je tlak smjese jednak zbroju parcijalnih tlakova plinova koji tvore smjesu:

2. Unutarnja energija

Unutarnja energija tijela kombinacija je kinetičke energije gibanja mikročestica koje čine tijelo i njihove potencijalne energije. definirana interakcija. sile međusobnog privlačenja ili odbijanja. Apsolutnu vrijednost unutarnje energije nemoguće je odrediti, stoga se u termodinamičkim proračunima ne računa apsolutna vrijednost unutarnje energije, već njezina promjena, tj.

ili

gdje su U 1 i U 2 - unutarnja energija početnog i konačnog stanja radnog fluida (plina);

u 1 i i 2 - otkucaji. unutarnja energija početnog i konačnog stanja radnog fluida.

Iz ovoga slijedi da promjena unutarnje energije ne ovisi o prirodi i putu procesa, već je određena stanjem radnog fluida na početku i na kraju procesa promjene.

Značajka idealnog plina je odsutnost sila molekularnih interakcija u njemu, a time i odsutnost unutarnje potencijalne energije, tj. U n \u003d 0 i U „ \u003d 0. Prema tome, unutarnja energija idealnog plina:

U=U k =f(T) unu u=uk =f(T).

H. Plinski rad.

U termodinamici svaka promjena stanja radnog fluida kao rezultat izmjene energije s okoliš zove proces. U ovom slučaju se mijenjaju glavni parametri radnog tijela:

Transformacija topline u mehanički rad povezana je s procesom promjene stanja radnog fluida. Procesi promjene stanja plina mogu biti procesi širenja i skupljanja. Za proizvoljnu masu plina M (kg), rad je jednak:

L \u003d M l \u003d Mp (v 2 - v 1) \u003d, J

gdje je l \u003d p (v 2 -v 1) J / kg rad 1 kg plina ili specifični rad.

4. Plinska entalpija,

Entalpija je parametar koji karakterizira potencijalnu energiju veze radnog fluida (plina) s okolinom. Entalpija i specifična entalpija:

I \u003d U + pV, J i i i \u003d i + pv, J / kg.

5. Toplinski kapacitet.

Specifični toplinski kapacitet je količina topline koja se mora dovesti do 1 kg plina da bi se zagrijao za 1 °C u određenom temperaturnom području.

Specifični toplinski kapacitet je maseni, volumetrijski i kilomolski. Postoji veza između mase C, volumena C i kilomol C toplinskih kapaciteta:

;

gdje je Vo 22,4 m 3 / kmol - otkucaja. volumen plina u normalnim uvjetima.

Misa ud. toplinski kapacitet plinske smjese:

Volumetrijska specifična toplina plinske smjese:

Kilomolarna specifična toplina plinske smjese:

6. Jednadžba za određivanje količine topline

Količina topline koju radni fluid (plin) preda ili primi može se odrediti jednadžbom:

Q \u003d M C m (t 2 -t 1), J ili Q \u003d VC (t-t), J, gdje su M i V težina ili volumen količina plina, kg ili m 3;

t u t - temperatura plina na kraju i na početku procesa ° S;

C i C - prosječni otkucaji mase i volumena. toplinski kapacitet plina

Pri t cp \u003d J / kgK ili J / m 3 K

7. Prvi zakon termodinamike

Ovaj zakon razmatra međupretvorbe topline i mehaničkog rada. Prema tom zakonu toplina se pretvara u mehanički rad i obrnuto, mehanički rad u toplinu u strogo ekvivalentnim količinama. Jednadžba ekvivalencije za toplinu i rad ima oblik:

Uzimajući u obzir načelo ekvivalencije topline i rada, jednadžba toplinske bilance za proizvoljnu masu plina:

Q \u003d U + L i q \u003d u + l \u003d u -u + l

Rješavanje problemaII

Zadatak #1 (#1)

Atmosferski suhi zrak ima sljedeći približni maseni sastav: g 02 =23,2%, g N 2 =76,8%.

Barometrom odredite volumenski sastav zraka, njegovu plinsku konstantu, prividnu molekulsku masu, parcijalni tlak kisika i dušika, ako je zrak P = 101325 Pa.

Određujem volumenski sastav zraka:

;

;

gdje je r maseni udio;

m je relativna molekulska težina;

g je volumni udio.

m zrak. =m O2 r O2 +m N2 r N2 = 32 0,209 + 28 0,7908=6,688+22,14=28,83;

;

gdje je R 0 plinska konstanta.

Određujem parcijalne tlakove raznih plinova:

P O 2 \u003d P cm r O2 \u003d 101325 0,209 \u003d 21176,9 (Pa);

P N 2 \u003d P cm r N 2 \u003d 101325 0,7908 \u003d 80127,81 (Pa);

gdje P O 2, P N 2 - parcijalni tlak;

P cm je tlak smjese.

Zadatak #2 (#2)

Posuda je pregradom podijeljena na 2 dijela čiji su volumeni V 1 =1,5 m 3 i V 2 =1,0 m 3 . Prvi dio volumena V 1 sadrži CO 2 pri P 1 =0,5 MPa i t 1 =30°C; drugi dio volumena V 2 sadrži O 2 pri P 2 =0,2 MPa i t 2 =57°C. Odredite maseni i volumni udio CO 2 i O 2, prividnu molekulsku masu smjese i njezinu plinsku konstantu nakon uklanjanja pregrade i završetka procesa miješanja.

Određujem pojedinačne plinske konstante:

Da bih to učinio, određujem relativnu molekularnu težinu: m (CO 2) \u003d 32 + 12 \u003d 44; m(02)=32;

;

;

Prema Klaiperonovoj karakterističnoj jednadžbi određujem mase plinova:

(kg);

(kg);

Određujem masene udjele:

Određujem volumne udjele:

Odredite prividnu molekulsku masu zraka:

m zrak. \u003d m O2 r O 2 + m CO2 r CO2 \u003d 32 0,21 + 44 0,79 \u003d 6,72 + 34,74 = 41,48;

Određujem pojedinačnu plinsku konstantu za zrak (R):

;

Zadatak #3 (#6)

U posudi s volumenom od 300 l nalazi se kisik pri tlaku P 1 = 0,2 MPa i t 1 = 20 0 C. Koliko topline mora biti dovedeno tako da temperatura kisika poraste na t 2 = 300 0 C ? Koliki će se tlak uspostaviti u posudi? Za izračun uzmite prosječnu volumetrijsku specifičnu toplinu kisika na n.o. C 02 \u003d 0,935

Prema Charlesovom zakonu, određujem konačni pritisak procesa:

; (Godišnje);

gdje su P, T parametri plina.

Određujem pojedinačnu plinsku konstantu za kisik (R):

;

Budući da je proces izohoričan, određujem količinu topline koju treba dostaviti prema odgovarajućoj formuli: Q v \u003d M C cv (T 2 -T 1) za to, prema Claiperonovoj karakterističnoj jednadžbi, određujem masu plina

(kg); Q v \u003d M C cv (T 2 -T 1) \u003d 1,27 935 280 \u003d 332486 (J).

Zadatak #4 (#7)

Koliko topline treba utrošiti da se zagrije 2m 3 zraka pri stalnom pretlaku P ex. \u003d 0,2 MPa od temperature od 100 0 C do temperature od 500 0 C. Kakav će rad u tom slučaju obaviti zrak? Za izračun uzmite: atmosferski tlak P at. \u003d 0,1 MPa, prosječni maseni izobarni toplinski kapacitet zraka C pm \u003d 1,022 ; izračunajte plinsku konstantu imajući u vidu da je prividna molekularna težina zraka M zrak. =29.

Određujem pojedinačnu plinsku konstantu za zrak:

;

Apsolutni tlak jednak je zbroju viška i atmosferskog P=P est. + P na. =0,1+0,2=0,3 MPa

(kg);

Budući da je proces izobarni, Q i L određujem prema odgovarajućim formulama:

prema Gay-Lussacovom zakonu određujem konačni volumen:

m 3;

Q \u003d M C pm (T 2 -T 1) \u003d 5,56 1022 400 \u003d 2272928 (J);

L \u003d P (V 2 -V 1) \u003d 300000 2,15 \u003d 645000 (J).

Zadatak #5 (#8)

U cilindru se nalazi zrak tlaka P=0,5 MPa i temperature t 1 =400 0 C. Zraku se odvodi toplina pri P=const tako da je na kraju procesa temperatura t 2 =0 0 C volumen cilindra u kojem je zrak V 1 \u003d 400l.

Odredite količinu odvedene topline, konačni volumen, promjenu unutarnje energije i savršeni rad kompresije C pm =1,028 .

Budući da je proces izobarni, tada prema Gay-Lussacovom zakonu određujem konačni volumen:

m 3;

Prema Klaiperonovoj karakterističnoj jednadžbi određujem masu plina:

Iz prethodnog zadatka R=286.7 (kg);

Određujem količinu topline koja se oslobađa:

Q = M C pm (T2-Tl) = 1,03 1028 (273-673) = -423536 (J);

Određujem količinu utrošenog rada:

L=P (V 2 -V 1) = 500 000 (0,16-0,4) = -120 000 (J);

Iz jednadžbe kojom se određuje ukupni iznos određujem promjenu iznosa unutarnje energije:

; (J)

Problem #6 (#9)

Zrak volumena V 1 =0,02 m3 pri tlaku P 1 =1,1 MPa i t 1 =25 s ekspandira u cilindru s pomičnim klipom do tlaka P 2 =0,11 MPa. Nađite konačni volumen V 2 , konačnu temperaturu t 2 , rad zraka i dovedenu toplinu ako dođe do širenja u cilindru:

a) izotermno

b) adijabatski s eksponentom adijabate k=1,4

c) politropni s indeksom politropnosti n=1,3

Izotermni proces:

P 1 / P 2 \u003d V 2 / V 1

V 2 \u003d 0,02 1,1 / 0,11 \u003d 0,2M 3

Q=L=RMT 1 Ln(V 2 /V 1)=P 1 V 1 Ln(V 2 /V 1)=1,1 10 6 0,02Ln(0,2/0,02)=22000J

adijabatski proces:

V 1 / V 2 \u003d (P 2 / P 1) 1 / k

V 2 \u003d V 1 / (P 2 / P 1) 1 / k \u003d 0,02 / (0,11 / 1,1) 1 / 1,4 \u003d 0,1036 M 3

T 2 /T 1 \u003d (P 2 /P 1) k-1 / k

T 2 \u003d (P 2 / P 1) k-1 / k T 1 \u003d (0,11 / 1,1) 1,4-1 / 1,4 298 \u003d 20,32 k

C v \u003d 727,4 J / kg k

L \u003d 1 / k-1 (P 1 V 1 -P 2 V 2) \u003d (1 / 1,4-1) (1,1 10 6 0,02 -0,11 10 6 0, 1) = 2,0275 10 6 J

Politropni proces:

V 1 / V 2 \u003d (P 2 / P 1) 1 / n

V 2 \u003d V 1 / (P 2 / P 1) 1 / n \u003d 0,02 / (0,11 / 1,1) 1 / 1,3 \u003d 0,118 M 3

T 2 /T 1 \u003d (P 2 /P 1) n-1 / n

T 2 \u003d (P 2 / P 1) n-1 / n T 1 \u003d (0,11 / 1,1) 1,3-1 / 1,3 298 \u003d 175k

L \u003d 1 / n-1 (P 1 V 1 -P 2 V 2) \u003d (1 / (1,3-1)) (1,1 10 6 0,02 -0,11 10 6 0,118) = 30000J

Q=(k-n/k-1) l M=((1,4-1,3)/(1,4-1)) 30000=7500J

Književnost:

1. Energija, Moskva, 1975.

2. Litvin A.M. "Teorijske osnove toplinske tehnike", izdavačka kuća "Energija", Moskva, 1969.

3. Tugunov P.I., Samsonov A.A., “Osnove toplinske tehnike, toplinski strojevi i parna energija”, izdavačka kuća Nedra, Moskva, 1970.

4. Krutov V.I., "Toplotna tehnika", izdavačka kuća "Engineering", Moskva, 1986.

Praktični rad br.1

Tema: Idealni plinovi i plinske smjese. Toplinski kapacitet plinova

Cilj: dati studentima pojam idealnog plina i plinskih smjesa, te toplinski kapacitet plinova.

Kratke teorijske informacije

Pri proračunu idealnih plinova i plinskih smjesa, kao i toplinskog kapaciteta plinova, potrebno je poznavati i koristiti sljedeće formule:

Jednadžbe stanja idealnih plinova:

– za 1 kg plina

, (1.1)

- za m kg plina

, (1.2)

– za 1 mol plina

, (1.3)

gdje je molarni volumen, m 3 /mol; je univerzalna (molarna) plinska konstanta, J/(mol K).

Univerzalna plinska konstanta = 8,314 J/(mol. DO).

Specifična plinska konstanta, J/(kg K),

, (1.4)

gdje je molarna masa, kg/mol

, (1.4a)

gdje je relativna molekulska težina tvari.

Termodinamička temperatura, K,

, (1.5)

gdje je temperatura u stupnjevima Celzija, 0 C.

Uobičajeno je dovesti volumen plina u takozvane normalne uvjete, pod kojima je tlak plina \u003d 101,3 kPa, a temperatura \u003d 0 0 C.

Tlak mješavine plinova

, (1.6)

gdje je parcijalni tlak komponente.

Za plinsku smjesu

, (1.7)

gdje je masa komponente;

, (1.7a)

gdje je djelomični (reducirani) volumen komponente, m 3 .

Gustoća plinske smjese

, (1.8)

gdje je volumni udio komponente; je gustoća ove komponente, kg/m 3 ;

, (1.8a)

gdje je maseni udio komponente.

Prividna molarna masa smjese idealnih plinova

, (1.9)

gdje je molarna masa komponente;

. (1.9a)

Omjer masenog i volumnog udjela

. (1.10)

Parcijalni tlak komponente

. (1.11)

Toplinski kapacitet određuje količinu topline koja se mora dovesti tijelu (sustavu) da bi se temperatura povećala za 1 0 C (po 1 K).

Između ovih toplinskih kapaciteta postoji funkcionalni odnos

. (1.12)

Poseban značaj u toplinskim proračunima imaju toplinski kapaciteti plina u procesima pri stalnom tlaku i stalnom volumenu - izobarni, odnosno izohorni toplinski kapaciteti. Oni su povezani Mayerovom jednadžbom:

– za 1 kg plina

, (1.13)

gdje su i izobarni i izohorni specifični toplinski kapaciteti;

– za 1 mol plina

, (1.13a)

gdje su i izobarni i izohorni molarni toplinski kapaciteti.

Omjer ovih toplinskih kapaciteta naziva se eksponent adijabate

. (1.14)

Prosječni toplinski kapacitet u temperaturnom području od do obično se računa kao

, (1.15)

gdje su i prosječni toplinski kapaciteti u temperaturnom području od 0 do 0 S i od 0 do 0 S.

Toplinski kapaciteti mješavine plinova:

- specifično

, (1.16)

gdje - specifični toplinski kapacitet komponenta;

– volumetrijski

, (1.16a)

gdje je volumetrijski toplinski kapacitet komponente;

– kutnjak

, (1.16b)

gdje je molarni toplinski kapacitet komponente.

Smjernice do rješavanja problema

Zadatak broj 1.

Kompresor pumpa zrak u količini od 4 m 3 /min u 17 0 C i tlaka 100 kPa u spremnik volumena 10 m 3 . Koliko će vremena trebati da se tlak u spremniku poveća s 0,1 na 0,9 MPa? Prilikom izračuna pretpostavite da se temperatura zraka u spremniku ne mijenja i da je jednaka 17 0 C.

Riješenje

Masa zraka u spremniku na početku rada kompresora prema formuli (1.2)

kg,

gdje je prihvaćeno:

287 kJ/(kg . K) - specifična plinska konstanta zraka (Prilog B);

17 + 273,15 = 290,15 K - prema jednadžbi (1.5).

Masa zraka u spremniku kada je postignut konačni tlak = 0,9 MPa prema formuli (1.2)

kg.

Gustoća zraka pri početnim parametrima prema ovisnosti (1.1)

kg/m3.

Prema uvjetu problema, volumenski protok kompresora je postavljen = 4 m 3 /min, potrebno je odrediti njegovu masu napajanja

kg/min.

Vrijeme rada kompresora kada je zrak potisnut u spremnik

min.

Odgovor: Za 20 minuta tlak u spremniku će porasti s 0,1 na 0,9 MPa.

Zadatak broj 2.

Odredite specifični i volumetrijski toplinski kapacitet zraka u procesima pri konstantnom tlaku i volumenu, uz pretpostavku da je toplinski kapacitet konstantan. Gustoća zraka u normalnim uvjetima = 1,29 kg/m 3 .

Riješenje

Za zrak ispisujemo relativnu molekulsku masu = 28,96 (Dodatak B) i vrijednost molarnih toplinskih kapaciteta kao za dvoatomni plin = 29,1 J / (mol. K) i \u003d 20,8 J/(mol. K) (Dodatak B).

Prema formuli (1.4a) određujemo:

– molarna masa zraka

kg/mol

Izračunajte po formuli (1.12):

– izobarna specifična toplina

J / (kg. K) \u003d 1,005 kJ / (kg. K),

– izobarni volumetrijski toplinski kapacitet

kJ / (m 3, K),

– izohorna specifična toplina

J / (kg K) \u003d 0,718 kJ / (kg. DO),

– izohorni volumetrijski toplinski kapacitet

kJ / (m 3, K).

Odgovor: Specifični toplinski kapacitet je 0,718 kJ/(kg . K), a volumetrijski toplinski kapacitet je 0,926 kJ / (m 3. K).

Zadaci za neovisna odluka

Zadatak broj 1.

Odredite gustoću ugljičnog dioksida u normalnim uvjetima.

Zadatak broj 2.

Koliki je volumen 100 kg dušika pri 70 0 C i tlak od 0,2 MPa?

Zadatak broj 3.

Odredite masu zraka u gledalištu površine 120 m 2 i visine 3,5 m. Temperatura zraka u gledalištu je 18 0 C, a barometarski tlak je 100 kPa.

Zadatak broj 4.

Odredite broj atoma u molekuli kisika ako je u volumenu od 10 litara pri temperaturi od 30 0 C i tlaka 0,5 MPa je 63,5 g kisika.

Zadatak broj 5.

U spremniku kapaciteta 8 m 3 postoji zrak pri tlaku od 10 MPa i pri temperaturi od 27 0 C. Nakon što je potrošen dio zraka, tlak je pao na 5 MPa, a temperatura na 20 0 C. Odredite masu utrošenog zraka.

Zadatak #6

Kompresor pumpa plin u spremnik od 10 m 3 . U tom slučaju tlak u ležištu raste od 0,2 do 0,7 MPa pri konstantnoj temperaturi plina od 20 0 C. Odrediti vrijeme rada kompresora ako mu je dovod 180 m 3 /h Hrana se određuje u normalnim uvjetima.

Zadatak broj 7.

Kompresor pumpa zrak u spremnik od 7 m 3 , dok se tlak u spremniku povećava od 0,1 do 0,6 MPa. Temperatura također raste od 15 do 50 0 C. Odredite vrijeme rada kompresora ako je njegov protok 30 m 3 /h, u odnosu na normalne uvjete: 0,1 MPa i 0 0 C.

Zadatak broj 8.

Za određivanje topline izgaranja goriva koristi se kalorimetrijska bomba od 0,4 litre napunjena kisikom. Tijekom punjenja postiže se tlak kisika u bombi, jednak 2,2 MPa. Kisik dolazi iz cilindra od 6 litara. Za koliko će punjenja biti dovoljno kisika u cilindru ako je njegov početni tlak 12 MPa? Pri proračunu uzmite temperaturu kisika i u cilindru i prilikom punjenja bombe jednakom 20 0 C.

Zadatak broj 9.

Pokretanje stacionarnog motora provodi se komprimiranim zrakom iz cilindra od 40 litara. Za 1 start troši se 0,1 m3 zraka 3 utvrđeno u normalnim uvjetima. Odredite broj pokretanja motora ako se tlak u cilindru smanji s 2,5 na 1 MPa. Uzmite temperaturu zraka jednakom 10 0 C.

Zadatak broj 10.

Plinoviti produkti izgaranja goriva hlade se u izobarnom procesu od temperature do temperature. Sastav plinova dat je u volumnim udjelima: , i. Odredite količinu topline koju predaje 1 m 3 produkti izgaranja. Volumen se određuje u normalnim uvjetima.

Uzmite početne podatke prema tablici. 1.1 ovisno o šifri (broj opcije). Izračun se provodi korištenjem prosječnih toplinskih kapaciteta.

Tablica 1.1. Početni podaci

ispitna pitanja

1. Dajte definiciju idealnog plina i naznačite njegove razlike od realnog plina.

2. Koja je razlika između plinske konstante i univerzalne plinske konstante?

3. Kako se naziva parcijalni tlak plina u smjesi, postoji li on fizikalno i kako se određuje?

4. Što se naziva parcijalni volumen plina u smjesi, postoji li on fizikalno i kako se određuje?

5. Kako odrediti volumni udio plina u smjesi ako je poznat njegov maseni udio?

6. Koje karakteristike idealnih plinova određuju numeričke vrijednosti njihovih specifičnih molarnih izobarnih i izohornih toplinskih kapaciteta.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja jednostavno je. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

Domaćin na http://www.allbest.ru/

Ministarstvo obrazovanja i znanosti Ruske Federacije

Savezna državna proračunska obrazovna ustanova

Više obrazovanje

Volgogradsko državno tehničko sveučilište

Kirov Večernji fakultet

Semestralni rad iz discipline:

Inženjerstvo topline

Na temu:

GORIVO, PLINSKE SMJESE I TOPLINSKI KAPACITET

Izvršio: student gr.TVB-385

Sheludchenko B.D.

Provjerio: izv. prof. Goryunov V.A.

Volgograd 2015

Stanje

temperatura izgaranja goriva oksidator

U industrijskoj peći gorivo (etanol) izgara pri konstantnom tlaku. Zrak se koristi kao oksidans pri temperaturi T 1 =660K. Zadani su koeficijenti viška zraka: a= 1,0 i koeficijent potpunosti izgaranja goriva w=0,9. Odredite teorijsku vrijednost najveće temperature izgaranja Tg. Zanemarite toplinu koju dovodi gorivo.

tab. broj 1. Sastav i kalorična vrijednost goriva

tab. broj 2. Formule za prosječne izohorne masene toplinske kapacitete (c v)

	Toplinski kapacitet kJ/kg*K
	0,691 + 7,1 * 10 - 5 T
	0,775 + 11,7 * 10 -5 T
	1,328 + 28,07 * 10 -5 T
	0,716 + 7,54 * 10 -5 T
	0,628 + 6,75 * 10 -5 T

tab. Broj 3. Rezultati proračuna

Najveća teoretska temperatura izgaranja nalazi se pomoću jednadžbe toplinske bilance :

zhQ H +Q o \u003d Q p.sg.

gdje je: Q o - toplina koju unosi oksidator;

Qh - Donja ogrjevna vrijednost goriva;

g - koeficijent potpunosti izgaranja goriva;

Qn. Cr- Toplina primljena od produkata izgaranja;

Nalazimo toplinu koja se oslobađa pri izgaranju goriva (lQ h).

Iz tablice 2 uzima se vrijednost Q h:

Q h \u003d 27100 kJ / kg

Iz tablice 1 preuzeta je vrijednost w (u mojoj verziji w = 0,9)

i*Q H \u003d 0,9 * 27100 \u003d 24390 kJ / kg

Pronađite toplinu koju pridonosi oksidacijsko sredstvo:

Q o \u003d C str. zrak *m zrak* T 1

Određujemo prosječni izohorni maseni toplinski kapacitet zraka prema formuli danoj u tablici br. 2

c v zrak \u003d 0,691 + 7,1 * 10 -5 * 660 \u003d 0,73786 kJ / kg * K

Izračunavamo prosječni izobarni maseni toplinski kapacitet pomoću Mayerove formule:

Av zrak \u003d c v zrak +R \u003d 0,73786 + 0,287 \u003d 1,02486 kJ / kg * K

Određujemo teoretski potrebnu masu zraka:

m o zrak \u003d 2,67 * C p + 8H p - O p / 0,23 \u003d (2,67 * 0,52 + 8 * 0,13-0,35) / 0,23 \u003d (1,3884 + 1,04-0,35)/0,23=2,0784/0,23=9,0365 Kg/Kg

Odredite stvarnu masu zraka:

m zraka \u003d a * m o zraka \u003d 1,0 * 9,0365 \u003d 9,0365 Kg / Kg

Definirajte Q o:

Q o \u003d C str. zrak * m zraka * T 1 \u003d 1,02486 * 9,0365 * 660 \u003d 6112,36 kJ / kg

Izračunavamo toplinu koju unose oksidans i izgorjelo gorivo:

zhQ H +Q o \u003d 24390 + 6112,36 \u003d 30502,36 kJ / kg

Nalazimo toplinu produkata izgaranja (Qn.Sg):

Q n . Cr \u003d C R, str. sg * m p, sg * T 2.

a) Odredite masu produkata izgaranja:

m p, sg \u003d 1 + m zraka \u003d 1 + 9,0365 \u003d 10,0365

b) Izračunavamo masene udjele komponenata u produktima izgaranja:

g co 2 \u003d m co 2 / m p, sg \u003d 3,67 * C P / m p, sg = 3,67 * 0,52 / 10,0365 \u003d 0,1901

g H 2 o \u003d m H 2 o / m p, sg = 9 * H p / m p, sg \u003d 9 * 0,13 / 10,0365 \u003d 0,1166

g o2 \u003d m o2 / m p, sg = 0,23 * (a-1) * m o zraka / m p, sg \u003d 0,23 * (1,0-1) * 9,0365 / 10,0365 \u003d 0

g N2 \u003d m N2 / m p, sg = 0,77 * a * m o zraka / m p, sg = 0,77 * 1,0 * 9,0365 / 10,0365 \u003d = 0,693

c) Odredite prosječni izobarni maseni toplinski kapacitet produkata izgaranja pomoću formule:

C P, p. sg \u003d g (co 2) * C p (co 2) + g (H 2 o) * C p (H 2 O) + g (o 2) * C p (O 2) + g ( N 2) * C p (N 2) \u003d

Nalazimo izobarne toplinske kapacitete komponenata produkata izgaranja:

a) c v (co 2) \u003d 0,775 + 11,7 * 10 -5 * T 2

b) c v (H2 o) \u003d 1,328 + 28,07 * 10 -5 * T 2

c) c v (O 2) \u003d 0,628 + 6,75 * 10 -5 * T 2

d) c v (N 2) \u003d 0,716 + 7,54 * 10 -5 * T 2

Pomoću Mayerove formule nalazimo sa str. :

1. C p (co 2) \u003d c v (co 2) + R \u003d 0,775 + 11,7 * 10 -5 * T 2 +0,189 = 0,964 + 11,7 * 10 -5 * T 2

2. C p (H2O) \u003d c v (H2 o) + R \u003d 1,328 + 28,07 * 10 -5 * T 2 +0,462 \u003d 1,79 + 28,07 * 10 -5 * T 2

3. C p (O 2) \u003d c v (O 2) + R = 0,628 + 6,75 * 10 -5 * T 2 + 0,260 \u003d 0,888 + 6,75 * 10 -5 * T 2

4. C p (N 2) \u003d c v (N 2) + R \u003d 0,716 + 7,54 * 10 -5 * T 2 + 0,297 = 1,013 + 7,54 * 10 -5 * T 2

Dakle, nalazimo prosječni izobarni maseni toplinski kapacitet produkata izgaranja prema formuli:

C P, p. sg \u003d g (co 2) * C p (co 2) + g (H 2 o) * C p (H 2 O) + g (o 2) * C p (O 2) + g ( N 2) * C p (N 2) \u003d 0,1901 * (0,964 + 11,7 * 10 -5 * T 2) + 0,1166 * (1,79 + 28,07 * 10 -5 * T 2) + 0 * (0,888 + 6,75 * 10 - 5 * T 2) + 0,693 * (1,013 + 7,54 * 10 -5 * T 2) \u003d 0,1832 + 2,2242 * 10 -5 * T 2 + 0,2087 + 3,2729 * 10 -5 * T 2 +0 + 0,702 + 5,2252 * 10 -5 * T 2 = 1,0939 + 10,7223 * 10 -5 * T 2 = 1,0939 + 10,7223 * 10 -5 * 3934,89 = = 1,516

Nađi toplinu produkata izgaranja Q n . SG:

Q n . Cr \u003d C R, p.sg * m p, sg * T 2 \u003d (1,0939 + 10,7223 * 10 -5 * T 2) * 10,0365 * T 2

Pomoću jednadžbe toplinske bilance određujemo maksimalnu teoretsku temperaturu izgaranja (T 2):

iQ h= Q n . SG

24390=(1.0939+10.7223*10 -5 *T 2) *10.0365*T 2 rezali smo obje strane za 10.0365:

10,7223*10 -5 *(T 2) 2 +1,09369*T 2 - 2430,13=0

1,09369 + 1,495/0,000214=1875 K

Domaćin na Allbest.ru

Slični dokumenti

Određivanje mase, volumena i molarnog toplinskog kapaciteta plinske smjese. Proračun konvektivnog koeficijenta prolaza topline i konv protok topline od cijevi do zraka u garaži. Izračun prema formuli D.I. Mendeljejeva o najnižoj i najvišoj kaloričnoj vrijednosti goriva.

test, dodan 01.11.2015


Plinske smjese, toplinski kapacitet. Izračun srednjeg molnog i specifičnog toplinskog kapaciteta. Osnovni ciklusi motora unutarnje izgaranje. Toplinski koeficijent korisna radnja dizelski ciklus. Vodena para, parne elektrane. Opći koncept Rankineovog ciklusa.

seminarski rad, dodan 01.11.2012


Određena toplina- omjer topline koju prima jedinica količine tvari i promjene temperature. Ovisnost količine topline o prirodi procesa, a toplinski kapacitet - o uvjetima njegovog tijeka. Termodinamički procesi s idealnim plinom.

sažetak, dodan 25.01.2009


Određivanje ogrjevne vrijednosti za plinovita goriva kao zbroj umnožaka toplinskih učinaka sastojaka zapaljivih plinova s ​​njihovom količinom. Teoretski potreban protok zraka za izgaranje prirodnog plina. Određivanje volumena produkata izgaranja.

test, dodan 17.11.2010


Molarna masa i maseni toplinski kapaciteti plinske smjese. Proces adijabatskog stanja. Parametri radnog tijela u točkama ciklusa. Utjecaj omjera kompresije, povećanja tlaka i izobarne ekspanzije na toplinsku učinkovitost ciklusa. Proces odvođenja topline duž izohore.

seminarski rad, dodan 07.03.2010


Određivanje protoka zraka i količine produkata izgaranja. Proračun sastava ugljene prašine i koeficijenta viška zraka tijekom sinteriranja boksita u rotacijskim pećima. Korištenje poluempirijske formule Mendeljejeva za izračunavanje topline izgaranja goriva.

test, dodan 20.02.2014


Metoda proračuna izgaranja goriva u zraku: određivanje količine kisika u zraku, produkata izgaranja, kalorijska vrijednost goriva, kalorimetrijske i stvarne temperature izgaranja. Izgaranje goriva u zraku obogaćenom kisikom.

seminarski rad, dodan 08.12.2011


Termodinamika kao grana fizike koja proučava procese pretvaranja topline u rad i druge vrste energije. Karakterizacija ključnih značajki kruga plinskog termometra. Razmatranje osnovnih svojstava idealnog plina. Bit pojma "toplinski kapacitet".

prezentacija, dodano 15.04.2014


Opis kotlovske jedinice prije prelaska na drugu vrstu goriva. Karakteristike plamenika prihvaćenih za ugradnju. Opravdanost temperature ispušnih plinova. Proračun volumena zraka i produkata izgaranja pri izgaranju dvije vrste goriva. Toplinska bilanca i potrošnja goriva.

diplomski rad, dodan 13.06.2015


Namjena tunelskih sušara. Sastav goriva i proračun zraka za izgaranje. Određivanje ukupnog volumena produkata izgaranja tijekom izgaranja goriva i teorijske temperature. Tehnološki proračun tunela za sušenje. Termotehnički proračun procesa sušenja.