Теплоемкость газов

ЗАДАЧИ

2.1 Процентный массовый состав дымового газа следующий: = 15 %, = 6 %; = 79 %. Найти молекулярный вес газа, газовую постоянную, плотность и удельный объем при нормальных условиях. Найти парциальное давление каждого газа, входящего в смесь, считая давление смеси р = 740 мм рт.ст.

Ответ: m_см= 29,8;v_см = 0.751 м³/кг; r = 1,33 кг/м³;

= 9997,5 Па

2.2 Найти давление смеси по манометру, если масса ее М = 20 кг; V = 4 м³; t = 100 °С, причем состав смеси по объему = 0,4; = 0,6.

Ответ: 0,297 Мпа.

2.3 Анализом определен объемный состав газовой смеси: =0,12; =0,05; = 0,03; = 0,80. Определить плотность и удельный объем смеси при нормальных условиях, молеку­лярный вес, газовую постоянную и относительный массовый состав ее.

Ответ: m_см = 29,8; v_см = 0.752 м³/кг; r_см = 1,33 кг/м³; = 0.177 и т.д.

2.4 Смесь состоит из 50 кг дымовых газов, массовый состав которых: СО₂₌ 14 %; О₂ = 6 %; Н₂О = 5 %; N₂ = 75 % и 75 кг воздуха. Определить массовый и объемный составы смеси, если массо­вый состав воздуха: О₂ = 23,2 %; N₂ = 76,8 %.

Ответ: = 0,761 и т.д.; = 0,78 и т.д.

2.5 Состав горючего газа по массе: Н₂ = 1,5 %; СО = 28 %;СО₂ = 10,0 %; N₂ = 60,5 %. Определить объемный состав, плотность и удельный объем при Р = 0,2 МПа и t = 100 ^oС, а также количест­во киломолей в 1 т смеси. Ответ: = 0,525 и т.д.;

v_см = 0.655 м³/кг;r_см = 1,53 кг/м³; К_см= 41,4 кмоля.

2.6 До какого давления по манометру нужно довести смесь газов, состоящую из = 0,14; = 0,25 и = 0,61, чтобы парциальное давление в ней составляло = 0,12 МПа? Какое дав­ление при этом будет иметь СО? Принять В = 780 мм рт. ст.

Ответ: 0,73 МПа, 0,513 МПа.

2.7. Для светильного газа анализ дал следующий состав в объемных долях: 50 % Н₂; 30 % СН₄; 15 % СО; 3 % CO_2; 2 % N₂. Чему равны газовая постоянная и средний молекулярный вес этого газа? Каков состав в весовых долях и чему равна плотность газа при 25^оС и давлении 750 мм рт.ст. Ответ: R_см= 0,698 кДж/кг К; r_см = 0,461 кг/м³.

2.8 Определить объем 3 кг смеси, относительный массовый состав которой следующий: = 0,4; =0,2; = 0,4. Температура смеси t = 50^oС, давление по манометру Р = 600 мм рт.ст. Давление атмосферы нормальное.

Ответ: V = 2,38 м³.

2.9 Определить массу 4 м³ смеси, относительный объемный состав которой следующий: = 0,4; = 0,2; = 0,4. Температура смеси t = 50 ^oС; давление по манометру Р = 0,04 МПа В = 700 мм рт. ст. (93,325 кПа). Ответ: 7,07 кг.

2.10 Дымовые газы поступают в первый ход котла при t₁ = 1200 ^oС, а выходят при t₂ = 800 ^oС. Состав газов по объему: = 12 %; = 5 %; = 8 %, остальное азот. Вычислить ко­личество теплоты, теряемое 1 м³ (при нормальных условиях) газовой смеси, считая зависимость нелинейной.

Ответ: 160 ккал/м³ (670,4 кДж/м³),

Теплоемкостью называют количество тепла, которое необходимо сообщить телу (газу), чтобы повысить температуру какой-либо коли­чественной единицы его на I ^ОC.

В зависимости от выбранной количественной единицы различают весовую теплоемкость (С - кДж/кг К), объемную теплоемкость ( - кДж/нм³ К) и мольную теплоемкость (mС - кДж/моль К).

Для определения значений этих теплоемкостей достаточно знать значение одной какой-либо из них. Удобнее всего иметь значение мольной теплоемкости.

Весовая теплоемкость тогда определяется из выражения

, кДж/кг К, (3.1)

а объемная теплоемкость получается равной

, кД./нм³К. (3.2)

Объемная и весовая теплоемкости связаны между собой следую­щей зависимостью.

. кДж/нм³ К, (3.3)

где r - плотность газа при нормальных условиях.

Теплоемкость газа зависит от его температуры. По этому приз­наку различают среднюю и истинную теплоемкость.

Если q - количество тепла, сообщаемое единице количества газа (или отнимаемое от него) при изменении температуры газа от t₁ до t₂ (или, что то же, от T₁ до Т₂), то величина

, (3.4)

представляет собой среднюю теплоемкость в пределах от t₁ до t₂.Предел этого отношения, когда разность температур стремится к нулю, называется истинной теплоемкостью. Аналитически последняя определяется как,

.

Теплоемкость идеальных газов зависит не только от их темпе­ратуры, но и от их атомности и характера процесса. Теплоемкость реальных газов зависит от их природных свойств, характера процес­са, температуры и давления.

Для газов особо важное значение имеют следующие два случая нагрева (охлаждения):

1) изменение состояния при постоянном объеме;

2) изменение состояния при постоянном давлении;

Обоим этим случаям соответствуют различные значения теплоемкостей.

Таким образом, различают истинную и среднюю теплоемкость:

а) весовую - при постоянном объеме ( и ) и постоян­ном давлении (С_р и С_pm);

б) объемную - при постоянном объеме ( и ) и постоянном давлении ( и );

в) мольную - при постоянном объеме ( и ) и постоянном давлении ( и ).

Между мольными теплоемкостями при постоянном давлении и при постоянном объеме существует зависимость:

. (3.5)

Отношение теплоемкостей , обозначаемое буквой К, называется показателем адиабаты:

. (3.6)

Этот показатель играет в термодинамике большую роль. Показатель адиабаты зави­сит от атомности газа. Для одноатомных газов К = 1,6, двух­атомных - К = 1,4, трехатомных - К = 1,3.

Дата добавления: 2015-05-09