Determinarea amestecului de gaz constant de azot și oxigen, greutatea și volumul inițial, sfârșitul
Un amestec format din 0,8 kmoli M1 = M2 = N și 0,2 oxigen kmol cu parametrii inițiali p1 = 1 MPa și T1 = 1000 K este extins la o presiune P2 = 0,57 MPa. Expansiunea poate fi realizată de-a lungul izotermă, adiabatică și politropic exponent cu n = 0,8. Se determină constanta de gaz amestec, greutatea și volumul inițial, parametrii finali ai amestecului, lucrările de extindere și de căldură implicate în acest proces.
1. Se determină constanta R gaz specific al amestecului de gaz Formula universal (molar) constantă de gaz
unde M - masa molară a amestecului, R0 = 8314,3 kJ / (kmol * K) - constanta universală a gazelor.
Masa molară a amestecului M este egală cu suma produselor maselor molare ale componentelor în fracțiunile lor molare:
Deoarece masa amestecului este de 1 kmol și fracțiile molare:
Substituind valorile masei molare de azot și oxigen, obținem valoarea masa molară a amestecului:
Putem defini acum o constantă de gaz specific al amestecului R:
Greutatea amestecului poate fi determinată prin formula:
m = M * n, unde n - cantitatea de substanță în moli de amestec, pentru problema noastră n = 0,8 + 0,2 = 1 kmol
2. Volumul inițial prin formula Mendeleev
3. Procesul de izoterma, T = const
Definim volumul final atunci când gazul se extinde din proces izoterm ecuația
Deoarece procesul este izotermă, atunci T1 = T2 = 1000 K.
L12 definesc activitatea de expansiune prin formula:
Într-o expansiune izotermă a gazului furnizat la acesta Q12 într-o cantitate echivalentă cu căldura L12 expansiune. deci Q12 = L12 = 4,67 MJ.
Schimbarea entalpie în procesul izoterm este egală cu zero, adică. Pentru. T2 -T1 = 0
Schimbarea în entropie S12 = Q12 / T:
S12 = 4,67 * 10 iunie / 1000 = 4,67 kJ / K.
Schimbarea în energia internă nu este un proces izotermă, deoarece (U2 U1) = Cv (T2 -T1); (T2 -T1) = 0, deci (U2 U1) = 0.
4. adiabatică proces pV k = const:
Volumul final V2 poate fi găsit de raportul parametrilor într-un proces V2 = V1 adiabatic (p1 / p2) 1 / k. în cazul în care. k - raportul căldurilor specifice pentru gaze biatomice k = 1,4, așa
V2 = 8.314 1/4 √1 / 0,57 = 12,4 m3
Temperatura T2 este determinată din ecuația periodică:
Într-un proces adiabatic cantitatea de căldură degajată furnizată sau egală cu zero, adică Q12 = 0.
munca de expansiune poate fi determinată prin formula:
Schimbarea în energie internă poate fi determinată din ecuația primei legi a termodinamicii:
(U2 U1) = - 4,67 MJ. Semnul minus indică faptul că energia internă scade. Prin urmare, lucru mecanic pozitiv se realizează prin reducerea energiei interne într-un proces adiabatic.
Schimbarea entalpie Y = mcp (T2-T1), unde Cp - căldura specifică a amestecului mediu izobare, care este egal cu suma produselor din fracțiunea de masă a componentelor în călduri specifice ale acestora.
în care CpN2 u Cp O2 - izobară capacitate termică specifică medie, care sunt tabele ale procesului de la o medie Tav = temperatura (T1 + T2) / 2 = (1000 + 850) / 2 = 925K.
W - fracția masică de N2 și O2
Acum este posibil să se determine entalpia:
5. Procedeu politropic PVN = const
Volumul final V2 poate fi găsit de raportul parametrilor într-un proces de politropică V2 = V1 (p1 / p2) 1 / n = 8,34 (1 / 0,57) 1 / 0,8 = 16,8 m3
Temperatura T2 este determinată din ecuația periodică:
Căldura implicată în proces poate fi determinat prin formula:
unde Cv - capacitate medie de căldură volumul specific al amestecului, care este după cum urmează. Este cunoscut faptul că k = Cp / Cv. De aceea, amestecul Cv termic volum specific = Cp / k = 1,136 / 1,4 = 0, 8 kJ / (kg * K).
Membru supleant valoarea capacității calorice molară în formulă, obținem:
Schimbarea energiei interne, pentru orice proces definit prin formula:
Munca proces de expansiune politropică se calculează cu formula:
Y schimbare entalpiei este dată de:
Tabel sinoptic al rezultatelor:
Valoarea politropic adiabatice izoterma
V2. 12.42 16 14.586 m3
T2. K 1000 850 1151.8
L12. MJ -4.67 4.67 6.3
Q12. MJ 4.67 0 9.5