POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT TECHNIKI CIEPLNEJ I MECHANIKI PŁYNÓW ZAKŁAD TERMODYNAMIKI

Transkrypt

1 POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT TECHNIKI CIEPLNEJ I MECHANIKI PŁYNÓW ZAKŁAD TERMODYNAMIKI Materiały omocnicze do ćiczeń rachunkoych z rzedmiotu Termodynamika tooana CZĘŚĆ 1: GAZY WILGOTNE mr inż. Piotr Kolaińki Oracoano na odtaie odręcznika S. Wiśniekieo Termodynamika techniczna Wrocła, 2007

2 I. PODSTAWOWE WŁAŚCIWOŚCI GAZÓW WILGOTNYCH Gazem ilotnym nienayconym nazyamy roztór ary rzerzanej i azu ucheo. Gazem ilotnym nayconym nazyamy roztór ary nayconej uchej i azu ucheo Gazem ilotnym rzeyconym nazyamy roztór ary ilotnej, mły ciekłej lub lodoej i azu ucheo. Wielkości dotyczące ary będziemy oznaczać dolnym indekem, zaś azu indekem. 1. Ciśnienie azu ilotneo: + ciśnienie azu ciśnienie ary 2. Temeratura roy ( ) T T r Temeraturą roy nazyamy temeraturę naycenia ary rzy jej ciśnieniu kładnikoym. 3. Wilotność bezzlędna iloć Wilotnością bezzlędną ary nazyamy jej ętość rzy ciśnieniu kładnikoym i temeraturze azu ilotneo. m ρ V R T ; 0 ρ ρ ρ max ρ R T Wilotność bezzlędna jet makymalna i róna ętości ary nayconej uchej dy ciśnienie kładnikoe ary jet róne ciśnieniu naycenia, tj. dy temeratura azu taje ię róna temeraturze roy.

3 4. Wilotność zlędna azu ϕ Wilotnością zlędną azu nazyamy tounek ilotności bezzlędnej ρ do makymalnej ilotności bezzlędnej ρ dla tej amej temeratury. Może być rónież określona jako tounek ciśnienia kładnikoeo ary do jej ciśnienia makymalneo max rzy tej amej temeraturze. ρ ϕ ρ T max T ; 0 ϕ 1 5. Stoień iloci (zailżenie) azu Jet tounkiem ilości ary lotnej m i eentualnie kondenoanej m ( otaci mły ciekłej lub lodoej) do ilości azu ucheo m, któreo ilość ię nie zmienia trakcie rozażania ielu zjaik m + m ; 0 m Stoień iloci ilotneo azu nienayconeo rzy ϕ ynoi: m ρ R M M M ϕ m ρ R M M M ϕ ( ) ; 0 Dla oietrza i ary odnej: M 18,015k kmol ; M 28,967k kmol ϕ 0,6219 ϕ Stoień iloci ilotneo azu nayconeo (ϕ1) ynoi: M M a dla oietrza i ary odnej 0,6219

4 Moloy toień iloci: z n + n ϕ n ϕ 6. Stała azoa azu ilotneo dla oietrza i ary odnej R 7. Gętość ilotneo azu R + R R R 1+ R ϕ 1 1 R 461,52 J kk ; R 287,03 J kk 0, R 461,52 1+ ϕ 1 0, ρ ρ + ρ + + R R T RT ( 1 ) 8. Objętość (łaścia) (1+) k ilotneo azu, czyli 1 k ucheo azu ynoi T R T R v1 + R + R R + dla oietrza i ary odnej 9. Entalia 3 v T m 1 461,52( 0, ) k ( 1+ ) Entalia (1+) k ilotneo azu nienayconeo lub nayconeo ( ) arą o entalii aroania r 0, tanie odnieienia o temeraturze T 0 ynoi: ( ) ( ) i1 + i + i c T T0 + r0 + c T T 0

5 Entalia (1+) k ilotneo azu rzeyconeo (> ) z młą ciekłą o ciele łaściym c 1 jet róna: ( ) ( ) ( ) ( ) i + c T T + c T T + r + c T T Entalia (1+) k ilotneo azu rzeyconeo (> ) z młą lodoą o ciele łaściym c i entalii tonienia q t ynoi: ( ) ( ) ( ) ( ) i + c T T + c T T + r + q c T T t 0 Dla oietrza zaierająceo arę odną, młę ciekłą lub lodoą za tan odnieienia rzyjmuje ię unkt otrójny ody T Tr 237,16K oraz łaściości fizyczne ody: c + T 6 1, C 1,006 kk r k c 1,864+ 0,0002TC 1,87 kk c 1 4,19 kk c q t 2,09 kk 334,1 k o odtaieniu tych artości do oyżzych rónań otrzymujemy: entalia łaścia oietrza ucheo ( ) i 1,006 T 273,16 1,006T 275 k entalia łaścia ary odnej i ,87( T 273,16) ,87T k

6 entalia łaścia oietrza ilotneo nienayconeo ( ) ( ) ( ) i1 + 1,006 T 273, ,87T 1,006T ,87T 275 k ( 1+ ) entalia łaścia oietrza ilotneo rzeyconeo młą ciekłą ( ) ( ) ( )( ) i1 + 1,006 T 273,16 + 1,87 T 273, ,19 Τ 273,16 1,006Τ+ ( ,32T) ( ,19T) 275 k ( 1+ ) entalia łaścia oietrza ilotneo rzeyconeo młą lodoą ( ) ( ) ( ) ( ) i1 + 1,006 T 273,16 + 1,87 T 273, ,1 2,09 Τ 273,16 1,006Τ+ ( ,22T) ( 905 2,09T) 275 k ( 1+ ) II. RÓWNANIA STANU GAZU WILGOTNEGO V ( ) + mrt 1 V V mrt m RT V V mrt m RT III. PRZEMIANY WILGOTNEGO POWIETRZA Ry.1. Odczytyanie ciśnienia naycenia i temeratury roy z ykreu i 1+.

7 Ry.2. Odczytyanie ilotności zlędnej z ykreu i Ouzanie oietrza Ry.3. Ouzanie ilotneo oietrza na ykreie i 1+. Ouzanie oietrza (ze tanu 1 na ry.3) ymaa najier izobaryczneo ochłodzenia oietrza nienayconeo, odcza któreo toień iloci nie zmienia ię. Początkoo zrata ilotność zlędna do ϕ1, o czym otaje oietrze rzeycone, które tanoi roztór oietrza nayconeo i mły (tan 2).

8 Doroadzenie lub odroadzenie cieła bez zmiany tonia iloci (idem) iąże ię ze zmianą entalii ( i ) ( i ) ( c + c )( T T ) ( + )( T T ) ,006 1,87 Stan oietrza nayconeo zmienia ię natęnie zdłuż linii naycenia (toień iloci i entalia maleją) aż do tanu 3, yznaczoneo rzez unkt rzecięcia linii naycenia z izotermą odoiadającą tanoi końcoemu 2 oietrza rzeyconeo. Ilość krolonej ody ynoi ( 1 3) m m 2. Miezanie izobaryczno-adiabatyczne dóch trumieni oietrza ilotneo Ry.4. Miezanie izobaryczno-adiabatyczne dóch trumieni ilotneo oietrza na ykreie i 1+. Rozażmy da trumienie may ucheo oietrza 1 oraz 2 i tanach określonych rzez artości 1, T 1 oraz 2, T 2. Zmiezanie tych trumieni ooduje utorzenie trumienia oietrza ilotneo o tanie 3, T 3 i trumieniu may oietrza ucheo Z rónania bilanu ilości ody otrzymuje ię toień iloci:

9 Z rónania bilanu entalii ynika ( i ) 1+ 3 ( ) + ( ) i m i Po yeliminoaniu trumieni may ucheo oietrza z rónań bilanó otrzymuje ię ( 1+ ) ( 1+ ) ( ) ( ) i i i i Stan trumienia otrzymaneo o zmiezaniu leży na ykreie o ółrzędnych i 1+ (ry.4) na rotej łączącej tany 1 i 2 miezanych trumieni ilotneo oietrza. Punkt 3 dzieli odcinek 1-2 tounku trumieni may lub udziałó maoych oietrza ucheo miezanych trumieni. x x Należy zauażyć, że miezanie dóch trumieni ilotneo oietrza nienayconeo o tanach 4 i 5 może doroadzić do otania trumienia oietrza rzeyconeo (tan 6 z młą), dy rota 4-5 rzecina linię naycenia (ry.4) W zczeólnym rzyadku, kiedy drui trumień jet trumieniem ary odnej lub ciekłej ody o trumieniu may, tedy jeo tan o 2 nie może być rzedtaiony na ykreie. Z rónania ilości ubtancji ynika 3 1 m 1 natomiat z rónania bilanu entalii jet m i i i ( ) ( ) m1 dzie i oznacza entalię łaścią ary odnej lub ciekłej ody.

10 Ry.5. Miezanie trumienia ilotneo oietrza z arą odną na ykreie i 1+. Stan 3 otały o zmiezaniu trumieni znajduje ię na rotej ychodzącej z unktu 1 (ry.5) kierunku ( i ) ( i ) i i i1 + rónolełym do linii łączącej bieun B z artością na dodatkoej odziałce umiezczonej okół ykreu. Położenie unktu 3 na tej linii yznacza artość 3.