Теплоемкость газов

З-3.5

З-3.4

З-3.3

З-3.2

З-3.1

Задачи

В сосуде находится смесь, состоящая из одного киломоля кислорода и двух киломолей азота, при p₁ = 0,1 МПа и t₁ = 30 ºС. Эта смесь охлаждается при постоянном объеме до температуры t₂ = 10 ºС.

Определить изменение внутренней энергии смеси.

Ответ: кДж/кг.

Объемный состав горючего газа: r_CO =10 %, =45 %, =35 %, =4 %, =3 %, =3 %.

Определить кажущуюся мольную массу, плотность, удельный объем при нормальных условиях, массовую газовую постоянную R, парциальное давление метана в процентах и массовые доли содержания компонентов.

Ответ: = 12,63; = 0,563 кг/м³; v_см = 1,776 м³/кг; R_см =0,658 кДж/(кг·К); = 35 %; m_CO= 0,222; = 0,072; = 0,089; = 0,445; = 0,067; = 0,105.

Объемный состав сухих продуктов сгорания топлива (не содержащих водяных паров) следующий: СО₂ =12,3 %; О₂ =7,2 %; N₂ =80,5 %.

Найти кажущуюся молекулярную массу и газовую постоянную, а также плотность и удельный объем продуктов сгорания при В =100 кПа и t =800 ºС.

Ответ: = 30,3; R_см =274 кДж/(кг·К); v= 2,94 м³/кг; = 0,34 кг/м³.

Найти газовую постоянную, удельный объем газовой смеси и парциальные давления ее составляющих, если объемный состав смеси следующий: СО₂ =12 %; СО =1 %; Н₂O =6 %; О₂ =7 %; N₂ =74 %; а общее давление ее р= 100 кПа.

Ответ: R_см =281 Дж/(кг·К); v= 0,76 м³/кг; = 12000 Па; = 1000 Па; = 6000 Па; = 7000 Па; = 74000 Па.

Газовая смесь имеет следующий массовый состав: СО₂ =12 %; О₂ =8 % и N₂ =80 %.

До какого давления нужно сжать эту смесь, находящуюся при нормальных условиях, чтобы плотность ее составляла 1,6 кг/м³.

Ответ: до р =0,213 МПа.

В теплотехнических расчетах пользуются понятием «удельная теплоемкость», хотя называют ее просто «теплоемкость». Под удельной теплоемкостью понимают количество теплоты, которое необходимо сообщить телу, чтобы повысить температуру какой-либо его количественной единицы на 1 ºС. В зависимости от выбранной количественной единицы различают теплоемкости:

· мольную mс, кДж/(кмоль×К);

· массовую с, кДж/(кг×К);

· объемную с^/, кДж/(нм³×К).

Эти теплоемкости связаны между собой следующими соотношениями:

с = mс/m; с^/ = mс/ 22,4; с^/ = с×r_н, (4.1)

где r_н – плотность газа при нормальных условиях.

1 м³ газа имеет различную массу в зависимости от давления и температуры. В связи с этим объемную теплоемкость всегда относят к массе газа, заключенной в 1 м³ при нормальных условиях. В зависимости от способа подвода тепла к газу (р = const или V = const) различают изобарную с_р и изохорную с_v теплоемкости. Отношение этих величин носит название показателя адиабаты

k = mc_p/mc_v = c_p/c_v. (4.2)

Теплоемкости с_р и с_v связаны также соотношением Майера

mс_p - mc_v = mR = 8,314, кДж/(кмоль×К). (4.3)

Для приближенных расчетов при невысоких температурах можно принимать следующие значения мольных теплоемкостей (таблица 3).

Таблица 3

Мольные теплоемкости газов, кДж/(кмоль×К)

Газы	mcv	mcp	k
Одноатомные	12,56	20,93	1,67
Двухатомные	20,93	29,31	1,40
Многоатомные	29,31	37,68	1,30

Теплоемкость газов меняется с изменением температуры, причем эта зависимость имеет криволинейный характер. Значения истинных и средних теплоемкостей в интервале от 0º до t берутся непосредственно из таблиц, причем в необходимых случаях производится интерполяция. Количество теплоты, которое необходимо затратить в процессе нагревания 1 кг газа в интервале температур от t₁ до t₂:

, кДж/кг. (4.4)

где c_m1 и c_m2 – соответственно средние теплоемкости в пределах 0º – t₁ и 0º – t₂.

Если в процессе участвуют М (кг) или V_н (м³) газа, то

Q_V = M(c_vm2 t₂ – c_vm1t₁) = V_н(c^/_vm2 t₂ – c^/_vm1 t₁), кДж;

Q_P = M(c_pm2 t₂ – c_pm1 t₁) = V_н(c^/_pm2 t₂ – c^/_pm1 t₁), кДж. (4.5)

Теплоемкость газовой смеси следует определять по формулам:

массовая - ;

объемная - ;

мольная - . (4.6)

Дата добавления: 2015-05-09