intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Nhiệt động lực học: Chương 1.2 - TS. Hà Anh Tùng

Chia sẻ: Khánh Thành | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST
Báo xấu
32
lượt xem 2
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Nhiệt động lực học: Chương 1.2 Phương trình trạng thái của chất khí cung cấp cho người học những kiến thức như: Phương trình trạng thái của chất khí; Nhiệt dung riêng của chất khí. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Nhiệt động lực học: Chương 1.2 - TS. Hà Anh Tùng

  1. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Chương 1 (phần 2): Pt trạng thái của chất khí 1.4 Phương trình trạng thái của chất khí 1.5 Nhiệt dung riêng của chất khí p.1
  2. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 1.4 Phương trình trạng thái của chất khí - Tại trạng thái cân bằng, thực nghiệm và lý thuyết cho thấy: f ( p , v, T ) = 0 cho phép tìm thấy thông số thứ 3 khi biết 2 thông số kia 1.4.1 Phương trình trạng thái khí lý tưởng 1.4.2 Hỗn hợp khí lý tưởng 1.4.3 Phương trình trạng thái khí thực p.2
  3. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 1.4.1 Phương trình trạng thái khí lý tưởng ¾ Khí được xem là khí lý tưởng nếu thỏa mãn 2 điều kiện sau: - Không có lực tương tác giữa các phân tử và nguyên tử - Không có thể tích bản thân phân tử ¾ Khí thực có thể xem là khí lý tưởng ở điều kiện áp suất khá thấp và nhiệt độ khá cao ¾ Mối quan hệ giữa các thông số p, v, T của khí lý tưởng đầu tiên được rút ra từ các kết quả thực nghiệm, sau đó được chứng minh bằng lý thuyết nhờ thuyết động học phân tử p.3
  4. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Mô phỏng chuyển động của phân tử khí p.4
  5. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Boyle’s Law (1662) pV = constant (constant temperature) p.5
  6. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Charles’ Law (1776) -273.15 oC t (oC) V = constant (constant pressure) T p.6
  7. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Gay-Lussac’s Law (1802) t (oC) p = constant (constant volume) T p.7
  8. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Phương trình trạng thái khí lý tưởng (Pt Clapeyron) pv = RT hay: pV = GRT trong đó: - p (N/m2): áp suất tuyệt đối của khối khí đang xét - v (m3/kg): thể tích riêng của khối khí đang xét - V (m3): thể tích của khối khí đang xét - T (oK): nhiệt độ tuyệt đối của khối khí đang xét - G (kg): khối lượng của khối khí đang xét - R (J/kg.độ) hằng số của chất khí đang xét Rμ 8314 Với μ là khối lượng phân tử của 1 kmol khí R= = μ μ đang xét (vd: μ của O2 là 32 kg, của N2 là 28 kg, vv..) p.8
  9. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Ví dụ 1.4 [1]: xác định thể tích riêng của CO2 tại: p = 70 bar nếu xem khí CO2 ở điều kiện trên như T = 40 oC khí lý tưởng. Giải: CO2 ⇒ μ = 12 + 2 x16 = 44 (kg / kmol ) (Hoặc tra theo bảng 1.3 [1]: μ CO2 = 44.01 (kg / kmol ) 8314 RCO2 = = 188.955 ( J / kg.đo) 44 Sử dụng pt trạng thái khí lý tưởng: RT 188.955 x (40 + 273) pv = RT ⇒ v = = 5 = 0 . 00845 ( m 3 / kg ) p 70 x 10 p.9
  10. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 1.4.2 Hỗn hợp khí lý tưởng ¾ Hỗn hợp các khí lý tưởng cũng là khí lý tưởng Gi ¾ Thành phần khối lượng gi = G n G = G1 + G 2 + .... + G n ⇒ ∑g i =1 i =1 Vi ¾ Thành phần thể tích ri = x x p,V1,T V x o x o n x o x o o V = V1 + V2 + .... + Vn ⇒ ∑ ri = 1 i =1 p,V,T o p,V2,T x ¾ Định luật Gibbs-Dalton x x p1,V,T o x o p = p1 + p 2 + ..... + p n x o x o o p2,V,T o p,V,T p.10
  11. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Hằng số chất khí Rhh của hỗn hợp ¾ Phân tử lượng tương đương của hỗn hợp 1 μ hh = (nếu biết gi của hh) g1 / μ1 + g 2 / μ 2 + ... + g n / μ n hay: μ hh = r1 μ1 + r2 μ 2 + .... + rn μ n (nếu biết ri của hh) μ i ri ¾ Quan hệ giữa ri và gi gi = μ hh ¾ Hằng số chất khí tương Rμ 8314 Rhh = = (J/kg.độ) đương Rhh của hỗn hợp μ hh μ hh p.11
  12. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Thể tích riêng và khối lượng riêng của hỗn hợp Vhh g1 g 2 gn v hh = = + + ..... + (nếu biết gi của hh) Ghh ρ1 ρ 2 ρn Ghh ρ hh = = r1 ρ1 + r2 ρ 2 + ..... + rn ρ n (nếu biết ri của hh) Vhh ¾ Phân áp suất của các thành phần p hh = p1 + p 2 + .... + p n μ hh pi = p hh gi μi p.12
  13. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Ví dụ 1.5 [1] p1 = 100 kPa (1) T = 227 oC 12.5% CO2 1 xác định Hỗn hợp khói thải 4% O2 Đẳng áp vhh tại 83.5% N2 (2) T = 27 oC 2 RhhThh Xem hh là khí lý tưởng v hh = p hh 8314 ¾ Tính Rhh: Rhh = (J/kg.độ) với: μ hh = r1 μ1 + r2 μ 2 + r3 μ 3 μ hh μ hh = 0.125 x 44 + 0.04 x32 + 0.835 x 28 = 30.16 (kg/kmol) Rhh = 275.66 (J/kg/độ) 275.66 x(227 + 273) ¾ Thể tích riêng của hh: (1) v hh = = 1.3783 (m3/kg) 100 x10 3 275.66 x(27 + 273) ( 2) v hh = = 0.8270 (m3/kg) 100 x10 3 p.13
  14. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 1.4.3 Phương trình trạng thái của khí thực ¾ Có hơn 200 pt trạng thái của khí thực đã được công bố, hầu như tất cả đều xuất phát từ thực nghiệm ¾ Pt Van der Waals được thành lập (năm 1871) dựa trên pt trạng thái của khí lý tưởng: ⎛ ⎞ vμ = v μ (m3/kmol) ⎜p+ a ⎟ (v μ − b ) = Rμ T với: ⎜ v 2 ⎟ Rμ = 8314 (J/kmol.độ) ⎝ μ ⎠ pt 1.34 [1] trong đó: - a: hệ số hiệu chỉnh khi tính đến lực tương tác giữa các phân tử - b: hệ số hiệu chỉnh khi kể đến thể tích bản thân của phân tử ¾ Để thuận tiện tính toán, từ pttt của từng loại khí thực Æ BẢNG 1.2 [1] để dễ dàng tra cứu p.14
  15. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Tính lại VD 1.4: xác định thể tích riêng của CO2 tại: p = 70 bar a) xem khí CO2 ở điều kiện trên như khí lý tưởng. T = 40 oC b) xem khí CO2 ở điều kiện trên là khí thực, sử dụng pt Van des Waals RT Giải: a) v= = 0.00845 (m 3 / kg ) p ⎛ ⎞ ⎜ p + a ⎟ (v μ − b ) = Rμ T b) Sử dụng pt Van des Waals: ⎜⎝ v μ2 ⎟⎠ a = 3.647 bar.(m3/kmol)2 Bảng 1.2 [1] cho CO2: b = 0.0428 m3/kmol ⎛ 5 ⎞ ⎜ 70 x10 +5 3.647 x10 ⎟ (v μ − 0.0428) = 8314 (40 + 273) ⎜ 2 vμ ⎟ ⎝ ⎠ 70 v μ3 − 29.019 v μ2 + 3.647 v μ − 0.1561 = 0 vμ 0.23 v μ = 0.23 (m3/kmol) v= = = 0.005227 (m3/kg) μ 44 p.15
  16. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 1.5 Nhiệt dung riêng (NDR) của chất khí ¾ Là nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho 1 đơn vị chất khí tăng lên 1 độ theo một quá trình nào đó. ¾ Phân loại: - NDR khối lượng c (kJ/kg/độ) - NDR thể tích c’ (kJ/m3/độ) - NDR kmol cμ (kJ/kmol.độ) ¾ Quan hệ giữa các loại NDR c μ = μ c = 22.4 c' ¾ Thường sử dụng nhất: cp, cμp (đẳng áp); cv, cμv (đẳng tích) ¾ NDR khối lượng của hỗn hợp khí: n c hh = ∑ g i ci với gi là các thành phần khối lượng của hỗn hợp i =1 p.16
  17. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Bảng NDR kmol của một số loại khí (kcal/kmol.độ) kcal/kmol.độ Loại khí k = cp/cv cμv cμp Khí 1 nguyên tử 3 5 1.6 Khí 2 nguyên tử (O2, N2, ...) 5 7 1.4 Khí 3 và nhiều nguyên tử 7 9 1.3 (CO2, NH3, …) ¾ Note: 1 kcal = 4.186 kJ p.17
  18. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Bảng NDR kmol của một số loại khí kJ/kmol.độ Loại khí k = cp/cv cμv cμp Khí 1 nguyên tử 12.6 20.9 1.6 Khí 2 nguyên tử (O2, N2, ...) 20.9 29.3 1.4 Khí 3 và nhiều nguyên tử 29.3 37.7 1.3 (CO2, NH3, …) ¾ VD: - Khí O2: cμp= 29.3 Æ cp= cμp/μ = 29.3/32 = 0.9156 kJ/kg.độ - Khí CO2: cμp= 37.7 Æ cp= cμp/μ = 37.7/44 = 0.857 kJ/kg.độ - Không khí: cp (kk) = 0.23 cp (O2) + 0.77 cp (N2) = 1.016 kJ/kg.độ p.18
  19. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng Q = Gc (t2-t1) trong đó: * Q (kJ): nhiệt lượng cung cấp cho quá trình * G (kg): khối lượng chất môi giới * c (kJ/kg.độ): nhiệt dung riêng của quá trình * t1, t2 (oC): nhiệt độ đầu và cuối của quá trình Q Q G G t1 t2 - Gia nhiệt cho dòng môi giới đẳng áp - Gia nhiệt cho dòng môi giới đẳng tích Q p = Gc p (t 2 − t1 ) Qv = Gcv (t 2 − t1 ) p.19
  20. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Ví dụ 2.4 [1]: V = 300 l p = 3 at không khí T1 = 20 oC Q = ?? T2 = 120 oC Giải: Q = G cv (T2 − T1 ) = 1.05 x 0.721 x (120 − 20 ) = 75.705 (kJ ) Không khí (21% O2, 79% N2) μ KK = 28.84 ≈ 29 (kg/kmol) pV 3 x0.981x10 5 x 0.3 Khối lượng KK chứa trong bình là: G = = = 1.05 (kg ) RT 8314 x(20 + 273) 29 KK được xem như khí lý c μv = 20.9 (kJ / kmol.đo ) tưởng 2 nguyên tử c = c / μ = 20.9 / 29 = 0.721 (kJ / kg.đo ) v μv p.20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2