Как найти удельный объем смеси газов

Содержание

1. Задание к выполнению курсовой работы………………………………………	3
2. Расчет смеси идеальных газов…………………………………………………..	5
2.1. Определение объемного состава смеси…………………………………..	5
2.2. Газовые постоянные компонентов и смеси………………………………	6
2.3. Кажущаяся молекулярная масса смеси……………………………………	6
2.4. Масса и парциальные давления компонентов смеси по параметрам газа в начальной точке расширения газа в двигателе………………………..	7
2.5. Плотность и удельный объем компонентов смеси при расчетных и нормальных условиях…………………………………………………………..	7
2.6 Истинные теплоемкости смеси (массовые, мольные и объемные) при постоянном давлении и объеме………………………………………………..	9
2.7 Средняя теплоемкость смеси и(массовая, мольная и объемная) в процессе росширения газа в цикле двигателя (процесс 3–4)…………………	11
3. Расчет и термодинамический анализ цикла газового двигателя………………	15
3.1 Определение параметров цикла P, v, T, u, h в узловых точках цикла…..	15
3.2 Определение значений c, ,,q, l для каждого процесса цикла…….	16
3.3 Расчет работы цикла, термического КПД, и среднеидикаторного давления………………………………………………………………………………………………….	18
3.4 Среднеинтегральные температуры процессов. Потери работоспособ-ности……………………………………………………………………………..	18
3.5 Изображение цикла в P–v и T–s тепловых диаграммах………………….	19
3.6 Оптимизация цикла двигателя…………………………………………….	19
4. Расчет цикла и термодинамический анализ паросиловой установки………..	20
5. Список литературы………………………………………………………………	26

Смесь
газов имеет массовый состав: N₂
– 72 %, СО – 2 %, CO₂
– 17 %,
H₂O
– 9 %.

Определить:

а)
объемный состав смеси;

б)
газовую постоянную компонентов и смеси;

в)
кажущийся молекулярный вес смеси;

г)
парциальные давления компонентов смеси
в точке цикла 3;

д)
плотность и удельный объем компонентов
и смеси при заданных и нормальных
физических условиях;

е)
истинные теплоемкости смеси (мольную,
объемную и массовую при p
= const и v
= const) для заданной температуры;

ж)
средние теплоемкости смеси (мольную,
объемную и массовую).

2.1 Определение объемного состава смеси

Объемные
доли компонентов смеси r_i
связаны с массовыми g_i
зависимостью:

,

где
µ_i
– молесулярные массы компонентов смеси.

Зная,
что

µ_N2
= 0,028
моль/кг; µ_CO
= 0,028
моль/кг;

µ_СО2
= 0,044
моль/кг; µ_Н2О
= 0,018
моль/кг.

(0,72/0,028)+(0,02/0,028)+(0,17/0,044)+(0,09/0,018)=35,292
.

Отсюда:

;

;

;

.

2.2
Газовые постоянные компонентов и смеси

Газовые
постоянные компонентов смеси рассчитываются
по зависимости:

,

где
8314
– универсальная газовая постоянная.

Тогда:

8314/0,028
= 297
;

8314/0,028
= 297
;

8314/0,044
= 189
;

8314/0,018
= 462
.

Газовая
постоянная смеси определяется как:

,

Таким
образом получим:

297·0,72+297·0,02+189·0,17+462·0,09
= 293
.

2.3
Кажущаяся молекулярная масса смеси

Кажущаяся
молекулярная масса смеси определяется
по выражению:

,

0,7286·0,028+0,0202·0,028+0,1095·0,044+0,1417·0,018
= 29,06
.

2.4 Масса и парциальные
давления компонентов смеси по параметрам
газа в начальной точке расширения газа
в двигателе

Начальная
точка расширения газа – точка 3.

Определим
значение
через начальные параметры состояния в
заданном цикле.

Для
процесса 1–2:
,
т.е.

или
.

Для
процесса 2–3:
,
откуда.

120
000·6^1,3·4
= 4 929 897 Па

Тогда
парциальные давления компонентов смеси:

4
929 897·0,7286 = 3 591 923 Па;

4
929 897·0,0202 = 99 584 Па;

4
929 897·0,1095 = 539 824 Па;

4
929 897·0,1417 = 698 566 Па.

2.5
Плотность и удельный объем компонентов
смеси при расчетных и нормальных
условиях.

Удельный
объем компонентов смеси можно определить
из выражения:

.

.

При
нормальных условиях

(293·273)/101300
= 0,7924
.

Таким
образом, удельный
объем компонентов смеси при нормальных
условиях:

0,7286·0,7924
= 0,5773
;

0,0202·0,7924
= 0,0160
;

0,1095·0,7924
= 0,0868
;

0,1417·0,7924
= 0,1123
.

Плотность
компонентов смеси при нормальных
условиях:

.

Тогда:

0,72/0,5773
= 1,247
;

0,02/0,016
= 1,250
;

0,17/0,0868
= 1,959
;

0,09/0,1123
= 0,801

Плотность
газовой смеси при нормальных условиях:

0,7286·1,247+0,0202·1,25+0,1095·1,959+0,1417·0,801
= 1,262

Определяем
через начальные параметры состояния в
заданном цикле:

;
;;;.

293·303/(120000·6)
= 0,1233
.

При
расчетных условиях удельные объемы
компонентов смеси:

0,7286·0,1233
= 0,0898
;

0,0202·0,1233
= 0,0025
;

0,1095·0,1233
= 0,0135
;

0,1417·0,1233
= 0,0175
.

При
расчетных условиях плотности компонентов
смеси:

0,072/0,0898
= 8,018
;

0,02/0,0025
= 8,000
;

0,17/0,0135
= 12,593
;

0,09/0,0175
= 5,143
.

Плотность
смеси при расчетных условиях составит:

.

Тогда:

0,7286·8,018+0,0202·8+0,1095·12,593+0,1417·5,143
= 8,111
.

2.6
Истинные теплоемкости смеси (массовые,
мольные и объемные) при постоянном
давлении и объеме.

В
точке 3:

4
929 897·0,1233/293 = 2075 К (1802 ºC).

Истинная
мольная теплоемкость при
находиться по интерполяционным формулам
[1,c.40,
табл.4 и 5]:

32,7466+0,001652·2075
= 35,723 ;

33,6991+0,0013406·2075
= 36,115
;

56,8768+0,002174·2075
= 60,794
;

40,2393+0,005985·2075
= 51,025
.

Истинная
мольная теплоемкость газовой смеси при
:

35,723·0,7286+36,115·0,202+60,115·0,1095+51,025·0,1417
= 40,644
.

Истинная
мольная теплоемкость газовой смеси при
:

;

.

Тогда:

40,644–28,3·293
= 32,352
.

Истинная
массовая теплоемкость:

при

40,644/28,3
= 1,4362
;

при

=32,352/28,3
= 1,1432
.

Истинная
объемная теплоемкость:

при

40,644/22,4
= 1,814
;

при

32,352/22,4
.

2.7
Средняя теплоемкость смеси
и(массовая, мольная и объемная) в процессе
росширения газа в цикле двигателя
(процесс 3–4).

Для
определения средних теплоемкостей
процесса, необходимо рассчитать
теплоемкости смеси в начальной и конечной
точках процесса.

Точка
3:

2075
К (1802 ºC).

Средняя
мольная теплоемкость при
находиться по интерполяционным формулам
[1,c.40,
табл.4 и 5]:

29,7815+0,0016835·2075
= 29,782
;

30,4242+0,0015579·2075
= 33,232
;

48,4534+0,0030032·2075
= 53,865
;

34,5118+0,0045979·2075
= 42,797
.

Средняя
мольная теплоемкость смеси при
:

,

29,782·0,7286+33,232·0,0202+53,865·0,1095+42,797·0,1417
= 34,333
.

Средняя
мольная теплоемкость смеси при
:

;

.

34,333–28,3·293
= 26,041
.

Средняя
массовая теплоемкость смеси при
:

34,333/28,3
= 1,2132
;

при

26,041/28,3
= 0,9202
.

Средняя
объемная теплоемкость смеси:

при

34,333/22,4
= 1,533

при

26,041/22,4
= 1,163
.

Точка
4:

;
;

;

;

;
1374
К (1101 ºC).

Средняя
мольная теплоемкость при
находиться по интерполяционным формулам
[1,c.40,
табл.4 и 5]:

29,7815+0,0016835·1374
= 31,631
;

30,4242+0,0015579·1374
= 32,139
;

48,4534+0,0030032·1374
= 50,044
;

34,5118+0,0045979·1374
= 39,576
.

Средняя
мольная теплоемкость смеси при
:

31,631·0,7286+32,139·0,0202+50,044·0,1095+39,576·0,1417
= 34,783
.

при

;

;

34,783–28,3·293
= 26,491
.

Средняя
массовая теплоемкость смеси:

при

34,783/28,3
= 1,229
;

при

26,491/28,3
= 0,936
.

Средняя
объемная теплоемкость:

при

34,783/22,4
= 1,553
;

при

26,491/22,4
= 1,183
.

Средняя
мольная теплоемкость процесса 3–4:

при

,

;

при

.

Средняя
массовая теплоемкость процесса 3–4:

33,626/28,3
= 1,188
;

25,334/28,3
= 0,895.

Средняя
объемная теплоемкость процесса 3–4:

33,626/22,4
= 1,501
;

25,334/22,4
= 1,131
.

3.
РАСЧЕТ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЦИКЛА
ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Цикл
поршневого двигателя имеет следующие
характеристики:
=30°C
и давление 120 000 Па. Принимается за
рабочее тело воздух для процесса 1–2.
(1,004,0,716,R=287
Дж/(кг град)), требуется:

1. определить
   параметры цикла p,
   v,
   t,
   u,
   s,
   i
   для основных точек цикла;

2. определить
   с,
   ,q,
   l
   для каждого процесса входящего в цикл;

3. найти
   работу цикла, термический КПД и среднее
   индикаторное давление;

4. определить
   среднеинтегральные температуры
   процессов;

5. изобразить
   цикл на T–s
   диаграмме.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Удельный объем газа

Количество вещества n характеризует число структурных элементов содержащихся в данной системе.
Это могут быть атомы, молекулы, а также ионы, электроны и другие частицы.
Единица количества вещества n является одной из основных единиц СИ.

Единица СИ количества вещества:

[ [n] = (моль) enspace основная enspace единица ]

Один моль – это такое количества вещества , в котором содержится столько же структурных элементов,
сколько атомов в 12 грамм изотопа углерода-12. В количестве вещества, равном один моль, содержится
6.022 × 10²³ структурных элементов.

Часто бывает удобно относить объем и массу газа к количеству вещества.

Если

то

[ υ = frac{V}{m} ]

[ M = frac{m}{n} ]

[ V_m = frac{V}{n} ]

[ υ = frac{V_m}{M} = frac{V}{m} = frac{1}{ρ} ]

Вычислить, найти удельный объем газа по формуле (5)

Удельный объем газа	стр. 531

Примеры решения задач по теме “Смеси идеальных газов”

1. Объемный состав газообразного топлива следующий: $H2 = 10$ %, $CH4 = 90$ %. Определить среднюю молекулярную массу и газовую постоянную смеси.

2. Объемный состав продуктов сгорания $СО2 = 12.3$ %; $O2 = 7.2$ %; $N2 = 80.5$ %. Определить плотность и удельный объем смеси при $t = 800$ °C и $P_{бар} = 740$ мм.рт.ст.

3. В резервуаре емкостью $V = 155$ м³ находится светильный газ при давлении $Р = 4$ ат и температуре $t = 18$ °C. Объемный состав газа $Н2 = 46$ %; $СН4 = 32$ %; $СО = 15$ %; $N2 = 7$ %. После израсходования некоторого количества газа давление его понизилось до $3.1$ ат, а температура упала до $12$ °С. Определить массу израсходованного газа.

4. Массовый состав смеси следующий: $СО2 = 18$ %; $O2 = 10$ %; $N2 = 72$ %. До какого давления нужно сжать эту смесь, находящуюся при нормальных условиях, чтобы при $t = 180$ °C $8$ кг ее занимали объем $40$ л?

5. Анализ продуктов сгорания топлива показал следующий объемный состав: $CO2 = 12.2$ %; $O2 = 7.1$ %; $CO = 10$ %; $N2 = 70.7$ %. Найти массовый состав газов, составляющих продукты сгорания.

6. В резервуаре объемом $10$ м³ находится газовая смесь, состоящая из $1$ кг кислорода и $39$ кг азота. Температура смеси равна $27$ °С. Определить парциальные давления компонентов смеси.

7. Плотность смеси азота и углекислого газа при давлении $1.4$ бар и температуре $45$ °C равна $2$ кг/м³. Определить массовый состав смеси.

8. Определить массовый состав газовой смеси, состоящей из углекислого газа и азота, если известно, что парциальное давление углекислого газа $p_{CO2}=120$ кПа, а давление смеси $p_{см}=300$ кПа.

9. Определить газовую постоянную, удельный объем газовой смеси и парциальные давления ее составяющих, если объемный состав смеси следующий: $CO_2=12$ %, $O_2= 8$ % и $N_2= 80$ %, а общее давление $p=100$ кПа и температура $t=40$ °C.

10. Газовая смесь имеет следующий массовый состав: $CO_2=12$ %, $O_2= 8$ % и $N_2= 80$ %. До какого давления нужно изотермически сжать эту смесь, находящуюся при нормальных условиях, чтобы плотность ее составляла $1.6$ кг/м³?