Расчет основных характеристик смеси идеальных газов

Контрольная работа по предмету «Химия»
Информация о работе
  • Тема: Расчет основных характеристик смеси идеальных газов
  • Количество скачиваний: 34
  • Тип: Контрольная работа
  • Предмет: Химия
  • Количество страниц: 15
  • Язык работы: Русский язык
  • Дата загрузки: 2014-06-18 08:05:38
  • Размер файла: 265.9 кб
Помогла работа? Поделись ссылкой
Узнать стоимость учебной работы online!
  • Тип работы
  • Часть диплома
  • Дипломная работа
  • Курсовая работа
  • Контрольная работа
  • Решение задач
  • Реферат
  • Научно - исследовательская работа
  • Отчет по практике
  • Ответы на билеты
  • Тест/экзамен online
  • Монография
  • Эссе
  • Доклад
  • Компьютерный набор текста
  • Компьютерный чертеж
  • Рецензия
  • Перевод
  • Репетитор
  • Бизнес-план
  • Конспекты
  • Проверка качества
  • Экзамен на сайте
  • Аспирантский реферат
  • Магистерская работа
  • Научная статья
  • Научный труд
  • Техническая редакция текста
  • Чертеж от руки
  • Диаграммы, таблицы
  • Презентация к защите
  • Тезисный план
  • Речь к диплому
  • Доработка заказа клиента
  • Отзыв на диплом
  • Публикация статьи в ВАК
  • Публикация статьи в Scopus
  • Дипломная работа MBA
  • Повышение оригинальности
  • Копирайтинг
  • Другое
Узнать стоимость
Информация о документе

Документ предоставляется как есть, мы не несем ответственности, за правильность представленной в нём информации. Используя информацию для подготовки своей работы необходимо помнить, что текст работы может быть устаревшим, работа может не пройти проверку на заимствования.

Если Вы являетесь автором текста представленного на данной странице и не хотите чтобы он был размешён на нашем сайте напишите об этом перейдя по ссылке: «Правообладателям»

Можно ли скачать документ с работой

Да, скачать документ можно бесплатно, без регистрации перейдя по ссылке:

Содержание
1. Задание 1.1 «Расчет основных характеристик смеси идеальных газов» 3
2. Задание 1.2 «Расчет политропного процесса смеси идеальных газов» 4
3. Задание 2 « Расчет комбинированного процесса идеального воздуха, с учетом влияние температуры на его изобарную и изохорную теплоемкости» 7
4. Задание 3«Расчет процесса воды и водяного пара» 10
5. Задание 4 «Расчет процесса влажного атмосферного воздуха» 12
Список использованной литературы 15




















1.Задание 1.1 «Расчет основных характеристик смеси идеальных газов»
1.1 Исходные данные для расчета характеристик смеси газов
№ N4 N5 газ 1 газ 2 1 2 см Rсм сvсм сpсм сvсм срсм
кг кг кг Дж Дж Дж Дж Дж
кмоль кмоль кмоль кг•К кмоль•К кмоль•К кг•К кг•К
4 0 8 NH3 N2 17 28 925,15

1.2 Выполнение задания 1.1
1.2.1Определение массовых долей смеси
Массовая изобарная теплоёмкость смеси
Сvсм = g1**сv1/µ1 + g2**сv2/µ2 (1)
g1 + g2 = 1(2)
g1 u g2 – массовые доли NH3 и N2 в смеси;
*сvi – мольная изохорная теплоёмкость компонента смеси, для двухатомного газа µсv=20,93 кДж/(кмоль*К), для многоатомного газа µсv=29,31 кДж/(кмоль*К);
µi – мольная масса компонента смеси.
Выразим из уравнения (2) массовую долю первого газа, подставим в уравнение (1), решим полученное уравнение и определим массовую долю NH3
g2 = 1 - g1
Сvсм = g1**сv1/µ1 + (1 – g1)**сv2/µ2 → g1 = (Сvсм - *сv2/µ2)/(*сv1/µ1 -*сv2/µ2)
g1 = (925,15 - 20930/28)/(29310/17 -20930/28) = 0,107
g2 = 1 – 0,107 = 0,893
1.2.2 Определение объёмных долей смеси
r1 = (g1/µ1)/[g1/µ1 + g2/µ2] = (0,107/17)/[0,107/17 + 0,893/28] = 0,165
r2 = 1 - r1 = 1 – 0,165 = 0,835
1.2.3 Определение массы киломоля смеси
µсм = r1*µ1 + r2*µ2 = 0,165*17 + 0,835*28 = 26,19 кг/кмоль
1.2.4 Определение газовой постоянной смеси
Rсм = 8314/µсм = 8314/26,19 = 318 Дж/(кмоль*К)
1.2.5 Определение мольной изохорной и изобарной теплоемкостей смеси
*сvсм = r1**сv1 + r2**сv2 = 0,165*29,310 + 0,835*20,93 = 22,313 кДж/(кмоль*К)
*срсм = r1**ср1 + r2**ср2 = 0,165*37,680 + 0,835*29,31 = 30,691 кДж/(кмоль*К)
1.2.6 Определение массовой изобарной теплоёмкости смеси
Сpmсм = g1**ср1/µ1 + g2**ср2/µ2 = 0,107*37,68/17 + 0,893*29,31/28 = 1,172 Дж/(кг*К),
1.2.7 Определение коэффициента Пуассона смеси
kсм = Сpmсм/Cvmсм = 1,172/0,92515 = 1,267
Все характеристики смеси газов сводим в таблицу.
Характеристики смеси идеальных газов
Смесь идеальных газов: (газ 1 – NH3 , газ 2 – N2)

g1 g2 r1 r2 *см,
кг/кмоль Rсм,
Дж/(кгК) *сv см,
кДж/(кмольК) *ср см,
кДж/(кмольК) сv см,
кДж/(кгК) ср см,
кДж/(кгК) ксм
0,107 0,893 0,165 0,835 26,19 318 22,313 30,691 0,92515 1,172 1,267


2. Задание 1.2 «Расчет политропного процесса смеси идеальных газов»
2.1 Исходные данные для расчета процесса смеси идеальных газов
№ N1 N2 р1,
МПа t1,
оС v1,
м3/кг Проц.
1-2 р2,
МПа v2,
м3/кг t2,
оС
4 0 8 1,8 418 n=const 1,3 47

2.2 Выполнение задания 1.2
2.2.1Определение неизвестных начальных и конечных термических параметров процесса р, v, t
Удельный объём смеси определяем из уравнения состояния
v1 = Rсм*Т1/Р1 = 318*691/(1,8*106) = 0,122 м3/кг
v2 = Rсм*Т2/Р2 = 318*320/(1,3*106) = 0,078 м3/кг
Результаты расчётов сводим в таблицу.
Термические параметры смеси газов в начальном и конечном состоянии процесса
р1,
МПа t1,
oC v1,
м3/кг р2,
МПа t2,
oC v2,
м3/кг
1,8 418 0,122 1,3 47 0,078

2.2.2Определение количества теплоты, работы изменения объема, изменения: внутренней энергии, энтальпии и энтропии.
Показатель политропы
n = lg(P1/P2)/lg(v2/v1) = lg(1,8/1,3)/lg(0,078/0,122) = - 0,726
q = Cvсм*[(n-k)/(n-1)]*(t2 – t1) = 0,92515*[(-0,725-1,267)/(-0,726-1)]*(47 – 418)=
=-396,127 кДж/кг
l = [1/(n-1)]*(P1*v1 – P2*v2) = [1/(-0,726-1)]*(1,8*0,122 – 1,3*0,078)*103 =
=-54,482кДж/кг
∆u = Cvсм*(t2 – t1) = 0,92515*(47 – 418) = -343,231 кДж/кг
∆h = Cpсм*(t2 – t1) = 1,172*(47 – 418) = -434,812 кДж/кг
∆s = Cvсм*[(n-k)/(n-1)]*ln(T2/T1) =
= 0,92515*[(-0,725-1,267)/(-0,726-1)]*ln(320/691) = -0,822 кДж/(кг*K)
Результаты расчета процесса сводим в таблицу.
Результаты расчета политропного процесса смеси газов
Процесс
(название) n q,
кДж/кг ,
кДж/кг *u,
кДж/кг *h,
кДж/кг *s,
кДж/(кг*К)

политропный -0,726 -396,127 -54,482 -343,231 -434,812 -0,822

2.2.3Построение процесса в диаграммах р,v и Т,s






По изображению процесса 1-2 в р,v-диаграмме видно, что в этом процессе работа изменения объема <0, т.к. v2<v1 , а по изображению процесса 1-2 в T,s-диаграмме видно, что в этом процессе положительная теплоемкость, с>0, т.к. dT и ds имеют одинаковые знаки, теплота процесса q<0, т.к. ds<0, u<0 и h<0, т.к. dT<0.
Первый закон термодинамики q = l + ∆u в данном расчете выполняется с относительной погрешностью 0,4%, следовательно расчёт произведён корректно.
3. Задание 2 « Расчет комбинированного процесса идеального воздуха, с учетом влияние температуры на его изобарную и изохорную теплоемкости»
3.1 Исходные данные для расчета
№ N4 N5 р1,
МПа t1,
оС v1,
м3/кг Проц.
1-2 р2,
МПа t2,
оС v2,
м3/кг Проц.
2-3 р3,
МПа t3,
оС v3,
м3/кг
4 0 8 0,16 40 s=const 0,672 v=const 0,3094

3.2 Выполнение задания 2
3.2.1 Определение параметров: р, v, t, u, h, s в характерных точках 1, 2, 3 процесса
Удельный объём в точке 1 определяем из уравнения состояния
v1 = R*T1/P1 = 287*313/(0,16*106) = 0,56 м3/кг
По табл. 2[1] определяем πо1 по известной температуре t1=40 °C. Определив πо1=1,6113, рассчитываем πо2 по известному отношению давлений адиабатного процесса:
πо2 = πо1Р2/Р1 = 1,6113*0,672/0,16 = 6,7675.
По величине πо2 определяем по табл.2[1] температуру в конце адиабатного процесса t2=198 °C.
Удельный объём в точке 2 определяем из уравнения состояния
v2 = R*T2/P2 = 287*471/(0,672*106) = 0,20 м3/кг
Удельный объём в точке 3
v3 = v2 = 0,20 м3/кг
Температуру в точке 3 определяем из уравнения состояния
T3 = P3*v3/R = 0,3094*106*0,20/287 = 216K
3.2.2 Определение удельных (на 1 кг воздуха) работы изменения объема, изменения внутренней энергии, энтальпии и энтропии процесса
Процесс 1-2
Зная температуры в двух точках процесса, определим по ним из табл.2[1] необходимые для расчета калорические параметры:
по t1=40 °C находим
h1 = 313,37 кДж/кг, u1=223,50 кДж/кг so1=6,7452 кДж/(кг•К);
по t2=198 °C определяем
h2=473,39 кДж/кг, u2=338,18 кДж/кг, so2=7,1587 кДж/(кг•К).
Задавшись (произвольно) величиной Ро=1 бар, рассчитываются абсолютные значения энтропий:
s1 = so1 - R•ln(Р1/Ро) = 6,7452 – 0,287•ln(0,16/0,1) = 6,6103 кДж/(кг•К),
s2 = so2 - R•ln(Р2/Ро) = 7,1587 – 0,287•ln(0,672/0,1) = 6,6119 кДж/(кг•К).
Равенство значений энтропий s1=s2 (в пределах погрешности рассчета) указывает на правильность определения параметров обратимого адиабатного процесса.
Величины: разность энтальпий, разность внутренних энергий и работа изменения объема для адиабатного процесса 1-2 определяются в соответствии с первым законом термодинамики
h2 - h1 = 473,39 - 313,37 = 160,02 кДж/кг,
u2 - u1 = - l = 338,18 - 223,50 = 114,68 кДж/кг.
Процесс 2-3
По табл. 2[1] определяются энергетические параметры конца процесса:
по t3 = - 57 °C определяем
h3 = 223,11 кДж/кг, u3 = 159,07 кДж/кг, so3 = 6,4054 кДж/(кг•К).
s3 = so3 - R•ln(Р3/Ро) = 6,4054 – 0,287•ln(0,3094/0,1) = 6,081 кДж/(кг•К).
Изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии определяются как разность
u3 – u2= 159,07 - 338,18 = -179,11 кДж/кг,
h3 – h2= 223,11 - 473,39 = -250,28 кДж/кг,
s3 – s2 = so3-so2-R•ln(Р3/Р2) = 6,4054 - 7,1587 – 0,287•ln(0,3094/0,672) = -0,5307 кДж/(кг•К).
Теплота в изохорном процессе равна изменению внутренней энергии, т.к. работа изменения объема равна нулю
q= u3 – u2= -179,11 кДж/кг, l = 0 .
Результаты расчетов сводим в таблицу
Результаты расчета процесса 1-2-3
Точка р, МПа t,
o C v,
м3/кг u,
кДж/кг h,
кДж/кг s,
кДж/(кг К)
1 0,160 40 0,56 223,50 313,37 6,6103
2 0,672 198 0,20 338,18 473,39 6,6119
3 0,3094 -57 0,20 159,07 223,11 6,081
Процесс q,
кДж/кг ,
кДж/кг *u,
кДж/кг *h
кДж/кг *s,
кДж/(кг К)
1-2 0 -114,68 114,68 160,02 0,0016
2-3 -179,11 0 -179,11 -250,28 -0,5307
1-2-3 -179,11 -114,68 -64,43 -90,26 -0,5291

Построение расчетного процесса 1-2-3 в диаграммах р,v и Т,s



















4. Задание 3«Расчет процесса воды и водяного пара»

4.1 Исходные данные для расчета процесса воды и водяного пара
Проц.
1-2 № N4 N5 р1, МПа t1,
оС x1 р2, МПа t2,
оС x2
v=const 4 0 8 160 0,608 240

4.2 Выполнение задания 3
4.2.1 Определение начальных и конечных параметров процесса (в точках 1 и 2): р, v, t, u, h, s
По таблицам насыщенного водяного пара определяем по температуре t1 = 1600C: P1 = 0,618 МПа; h’ = 675,5кДж/кг; h’’ = 2758кДж/кг; v’ = 0,0011м3/кг; v’’ = 0,307м3/кг ; s’ =1,943кДж/(кг*К) ; s’’ = 6,751кДж/(кг*К)
v1 = v’ + x(v’’ – v’) = 0,0011 + 0,608(0,307 – 0,0011) = 0,187 м3/кг;
h1 = h’ + x(h’’ – h’) = 675,5 + 0,608(2758 – 675,5) = 1941,66 кДж/кг;
s1 = s’ + x(s’’ – s’) = 1,943 + 0,608(6,751 – 1,943) = 4,866кДж/(кг*К);
u1 = h – P*v = 1941,66 – 0,618*103*0,187 = 1826,094 кДж/кг.
По таблицам перегретого водяного пара определяем по температуре t2 = 2400C и удельному объёму v2 = 0,187 м3/кг: P2 = 1,2 МПа; h2 = 2911кДж/кг; s2 =6,78кДж/(кг*К);
u2 = h – P*v = 2911 – 1,2*103*0,187 = 2686,6 кДж/кг.
4.2.2Определение удельных работы изменения объема, изменения внутренней энергии, энтальпии и энтропии процесса
u2 - u1 = 2686,6 – 1826,094 = 860,606 кДж/кг
s2 – s1 = 6,78 – 4,866 = 1,914 кДж/(кг*К)
h2 – h1 = 2911 – 1941,66 = 969,34 кДж/кг
l = 0
q = u2 - u1 = 860,606 кДж/кг

Результаты расчета процесса сводим в таблицы
Параметры начального и конечного состояния процесса водяного пара
Параметр
р,
МПа t,
oC v,
м3/кг h,
кДж/кг u,
кДж/кг s,
кДж/(кгК)
Точка 1 0,618 160 0,187 1941,66 1826,094 4,866
Точка 2 1,2 240 0,187 2911 2686,6 6,78

Результаты расчета процесса водяного пара
Величина /
процесс q,
кДж/кг ,
кДж/кг u,
кДж/кг h,
кДж/кг s,
кДж/(кгК)
процесс 860,606 0 860,606 969,34 1,914

Построение расчетного процесса в диаграммах р,v , Т,s и h,s


В результате процесса влажный насыщенный пар перегревается, его температура, энтальпия и энтропия возрастают, тепло в процессе подводится. Так как процесс изохорный, то всё тепло, подведённое в процессе идёт на изменение внутренней энергии водяного пара.





5. Задание 4 «Расчет процесса влажного атмосферного воздуха»
5.1.Исходные данные для расчёта влажного атмосферного воздуха

№ N4 N5 В, рп1, t1, tросы1, 1 dп1 Процесс рп2, t2, tросы2, 2 dп2
мм рт.ст. мм рт.ст. оС оС % г/(кг с.в.) 1.-.2 мм рт.ст. оС оС % г/(кг с.в.)
4 0 8 734 63,4 19,1 охлаждение 27,4


5.2 Выполнение задания 4
5.2.1 Определение начальных и конечных параметров процесса (в точках 1 и 2):
Начальные параметры влажного воздуха
температура t1 = 63,4 0С,
парциальное давление водяных паров рп1 =21мм рт.ст. ,
относительная влажность 1 = 12%,
температура точки росы tросы1 =25 0С,
влагосодержание паровой фазы воды dп1 = 19,1г/(кг с.возд.),
удельная энтальпия H1 = 118кДж/кг,
температура мокрого термометра tм1 = 330С.
Конечные параметры влажного воздуха
температура t2 = 27,40С,
парциальное давление водяных паров рп2 =21мм рт.ст. ,
относительная влажность 2 =85 %,
температура точки росы tросы2 =250С,
влагосодержание паровой фазы воды dп2 = 19,1г/(кг с.возд.),
удельная энтальпия H2 = 77кДж/кг,
температура мокрого термометра tм2 =26 0С.
5.2.2Определение удельной теплоты, изменения влагосодержания и относительной влажности воздуха в заданном процессе
q = H2 – H1 = 77 – 118 = - 41 кДж/кг
d2 – d1 = 0
2 - 1 = 85 – 12 = 73%
Результаты расчетов процесса сводим в таблицы


Параметры начального и конечного состояния процесса охлаждения влажного атмосферного воздуха
Параметр
t,
oC tросы,
oC tм,
oC рп,
кПа ,
% dп,
г/(кг с.в) H,
кДж/(кг с.в)
Точка 1 63,4 25 33 21 12 19,1 118
Точка 2 27,4 25 26 21 85 19,1 77

Результаты расчета процесса охлаждения влажного атмосферного воздуха
Величина /
процесс q,
кДж/(кг с.в) d,
г/(кг с.в) ,
%
(указать
какой) -41 0 73


В результате охлаждения влажного воздуха при постоянном влагосодержании его температура и энтальпия уменьшаются, относительная влажность возрастает. Так как влагосодержание воздуха не изменяется, то парциальное давление водяного пара и точка росы в результате процесса не изменяются.





Список использованной литературы
1. Чухин, Иван Михайлович. Техническая термодинамика. Ч. 1.: учеб. пособие / И.М.Чухин; Федеральное агентство по образованию, ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И.Ленина». – Иваново, 2006. – 224 с.
2. Чухин, Иван Михайлович. Сборник задач по технической термодинамике: учеб. пособие./ И.М.Чухин; Федеральное агентство по образованию, ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И.Ленина». – Иваново, 2011. – 248 с.
3. Чухин, Иван Михайлович. Термодинамические свойства воздуха. Справочные материалы и методические указания по курсу «Техническая термодинамика» для определения термодинамических свойств идеального воздуха с учетом влияния температуры на их изобарную и изохорную теплоемкость / И.М. Чухин, Т.Е. Созинова, Г.А. Родионов; Министерство образования и науки РФ, ФГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И.Ленина». – Иваново, 2013, 52 с. (библиотека ИГЭУ № 2095)
4. Чухин, Иван Михайлович. Термодинамические свойства воздуха. Справочные материалы и методические указания и для определения термодинамических свойств воздуха с учетом влияния температуры на их изобарную и изохорную теплоемкость / И.М. Чухин; Министерство образования РФ, ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И.Ленина». – Иваново, 2001, 36 с. (библиотека ИГЭУ № 1296)
5. Ривкин, Соломон Лазаревич. Теплофизические свойства воды и водяного пара: справочник / С.Л.Ривкин, А.А.Александров. – М.: Энергия, 1980. – 424 с.