Ćwiczenie nr 3. Wyznaczanie współczynnika Joule a-thomsona wybranych gazów rzeczywistych.

Podobne dokumenty
Katedra Silników Spalinowych i Pojazdów ATH ZAKŁAD TERMODYNAMIKI. Pomiar ciepła spalania paliw gazowych

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 2

Ć W I C Z E N I E N R C-5

Wykład 4 Gaz doskonały, gaz półdoskonały i gaz rzeczywisty Równanie stanu gazu doskonałego uniwersalna stała gazowa i stała gazowa Odstępstwa gazów

Kalorymetria paliw gazowych

13) Na wykresie pokazano zależność temperatury od objętości gazu A) Przemianę izotermiczną opisują krzywe: B) Przemianę izobaryczną opisują krzywe:

Wykład 2. Przemiany termodynamiczne

Opis techniczny. Strona 1

Ćwiczenia do wykładu Fizyka Statystyczna i Termodynamika

TERMODYNAMIKA. Przedstaw cykl przemian na wykresie poniższym w układach współrzędnych przedstawionych poniżej III

16 GAZY CZ. I PRZEMIANY.RÓWNANIE CLAPEYRONA

M. Chorowski Podstawy Kriogeniki, wykład Metody uzyskiwania niskich temperatur - ciąg dalszy Dławienie izentalpowe

LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

Stany materii. Masa i rozmiary cząstek. Masa i rozmiary cząstek. m n mol. n = Gaz doskonały. N A = 6.022x10 23

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Teoria kinetyczna INZYNIERIAMATERIALOWAPL. Kierunek Wyróżniony przez PKA

Jest to zasada zachowania energii w termodynamice - równoważność pracy i ciepła. Rozważmy proces adiabatyczny sprężania gazu od V 1 do V 2 :

11. Termodynamika. Wybór i opracowanie zadań od 11.1 do Bogusław Kusz.

10. FALE, ELEMENTY TERMODYNAMIKI I HYDRODY- NAMIKI.

[ ] 1. Zabezpieczenia instalacji ogrzewań wodnych systemu zamkniętego Przeponowe naczynie wzbiorcze. ν dm [1.4] Zawory bezpieczeństwa

LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

Entalpia swobodna (potencjał termodynamiczny)

Wykład 7 Entalpia: odwracalne izobaryczne rozpręŝanie gazu, adiabatyczne dławienie gazu dla przepływu ustalonego, nieodwracalne napełnianie gazem

Doświadczenie Joule a i jego konsekwencje Ciepło, pojemność cieplna sens i obliczanie Praca sens i obliczanie

Ćw. 11 Wyznaczanie prędkości przepływu przy pomocy rurki spiętrzającej

TERMODYNAMIKA TECHNICZNA I CHEMICZNA

Zadania domowe z termodynamiki I dla wszystkich kierunków A R C H I W A L N E

Ćw. 1 Wyznaczanie prędkości przepływu przy pomocy rurki spiętrzającej

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

MODELOWANIE POŻARÓW. Ćwiczenia laboratoryjne. Ćwiczenie nr 1. Obliczenia analityczne parametrów pożaru

LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

Termodynamika techniczna

[1] CEL ĆWICZENIA: Identyfikacja rzeczywistej przemiany termodynamicznej poprzez wyznaczenie wykładnika politropy.

Metody doświadczalne w hydraulice Ćwiczenia laboratoryjne. 1. Badanie przelewu o ostrej krawędzi

termodynamika fenomenologiczna

Termodynamika 1. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

prawa gazowe Model gazu doskonałego Temperatura bezwzględna tościowa i entalpia owy Standardowe entalpie tworzenia i spalania 4. Stechiometria 1 tość

Ćwiczenie N 13 ROZKŁAD CIŚNIENIA WZDŁUś ZWĘśKI VENTURIEGO

TERMODYNAMIKA PROCESOWA I TECHNICZNA

BADANIE OBWODÓW TRÓJFAZOWYCH

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 4

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie H-1 OKREŚLENIE CHARAKTERYSTYK DŁAWIKÓW HYDRAULICZNYCH

PGC 9000 / PGC 9000 VC

POLITECHNIKA KRAKOWSKA Instytut Inżynierii Cieplnej i Procesowej Zakład Termodynamiki i Pomiarów Maszyn Cieplnych

). Uzyskanie temperatur rzędu pojedynczych kalwinów wymaga użycia helu ( Tw

Termodynamika 2. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Pracownia elektryczna i elektroniczna

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

1. Parametry strumienia piaskowo-powietrznego w odlewniczych maszynach dmuchowych

TERMODYNAMIKA FENOMENOLOGICZNA

Inżynieria procesów przetwórstwa węgla, zima 15/16

TERMODYNAMIKA. Termodynamika jest to dział nauk przyrodniczych zajmujący się własnościami

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 3

Rozdział 8. v v p p --~ 3: :1. A B c D

Doświadczenie B O Y L E

Podstawy Obliczeń Chemicznych

Temperatura i ciepło E=E K +E P +U. Q=c m T=c m(t K -T P ) Q=c przem m. Fizyka 1 Wróbel Wojciech

J. Szantyr - Wykład nr 30 Podstawy gazodynamiki II. Prostopadłe fale uderzeniowe

POLITECHNIKA RZESZOWSKA

Termodynamika Termodynamika

WARUNKI RÓWNOWAGI UKŁADU TERMODYNAMICZNEGO

Zadanie 1. Zadanie: Odpowiedź: ΔU = 2, J

BADANIE PROCESU POLIMORFIZMU LOSARTANU METODAMI KALORYMETRY

ĆWICZENIE BADANIE BEZPIECZEŃSTWA UŻYTKOWEGO SILOSÓW WIEŻOWYCH

Pracownia elektryczna i elektroniczna

ZEROWA ZASADA TERMODYNAMIKI

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

Zadanie 1. Zadanie: Odpowiedź: ΔU = 2, J

Para wodna najczęściej jest produkowana w warunkach stałego ciśnienia.

STECHIOMETRIA SPALANIA

DŁAWIENIE IZENTALPOWE

WYZNACZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO POLIMERU BIOKOMPATYBILNEGO METODĄ STANDARDOWEJ SKANINGOWEJ KALORYMETRII RÓŻNICOWEJ (DSC).

WYKŁAD 2 TERMODYNAMIKA. Termodynamika opiera się na czterech obserwacjach fenomenologicznych zwanych zasadami

10. FALE, ELEMENTY TERMODYNAMIKI I HYDRODY- NAMIKI.

Wykład 3. Entropia i potencjały termodynamiczne

ĆWICZENIE 22 WYZNACZANIE CIEPŁA PAROWANIA WODY W TEMPERETATURZE WRZENIA

Termodynamika Część 7 Trzecia zasada termodynamiki Metody otrzymywania niskich temperatur Zjawisko Joule'a Thomsona Chłodzenie magnetyczne

= T. = dt. Q = T (d - to nie jest różniczka, tylko wyrażenie różniczkowe); z I zasady termodynamiki: przy stałej objętości. = dt.

Wykład 4. Przypomnienie z poprzedniego wykładu

Katedra Silników Spalinowych i Pojazdów ATH ZAKŁAD TERMODYNAMIKI. Wyznaczanie ciepła właściwego c p dla powietrza

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

Katedra Silników Spalinowych i Pojazdów ATH ZAKŁAD TERMODYNAMIKI. Wyznaczanie stosunku c p /c v metodą Clementa-Desormesa.

CZĘŚĆ III OBLICZENIA

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Pomiar natęŝeń przepływu gazów metodą zwęŝkową

SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie

Termodynamika techniczna Thermodynamics. Inżynieria Środowiska I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

1. Model procesu krzepnięcia odlewu w formie metalowej. Przyjęty model badanego procesu wymiany ciepła składa się z następujących założeń

Skraplanie gazów metodą Joule-Thomsona. Wyznaczenie podstawowych parametrów procesu. Podstawy Kriotechniki. Laboratorium

Termodynamika poziom podstawowy

GAZ DOSKONAŁY W TERMODYNAMICE TO POJĘCIE RÓŻNE OD GAZU DOSKONAŁEGO W HYDROMECHANICE (ten jest nielepki)

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT TECHNIKI CIEPLNEJ I MECHANIKI PŁYNÓW ZAKŁAD TERMODYNAMIKI

Destylacja z parą wodną

PŁYN Y RZECZYWISTE Przepływy rzeczywiste różnią się od przepływów idealnych obecnością tarcia (lepkości): przepływy laminarne/warstwowe - różnią się

WYKŁAD 14 PROSTOPADŁA FALA UDERZENIOWA

Ć W I C Z E N I E N R C-6

ZADANIA Z CHEMII Efekty energetyczne reakcji chemicznej - prawo Hessa

KATEDRA INŻYNIERII CHEMICZNEJ I PROCESOWEJ INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH LABORATORIUM INŻYNIERII CHEMICZNEJ, PROCESOWEJ I BIOPROCESOWEJ

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 4 OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKA STRAT LOEKALNYCH

Węzeł 2 Funkcyjny - Równoległy c.o. i c.w.u. Adres: Siedlce. Komenda Policji

Transkrypt:

Termodynamika II ćwiczenia laboratoryjne Ćwiczenie nr 3 Temat: Wyznaczanie wsółczynnika Joule a-tomsona wybranyc gazów rzeczywistyc. Miejsce ćwiczeń: Laboratorium Tecnologii Gazowyc Politecniki Poznańskiej -Hala 9/7 Osoby rowadzące: Dr inŝ. Zofia Figas, Mgr inŝ. Jan Cmielewski

. Cel ćwiczenia W niniejszym ćwiczeniu zajmujemy się omiarem części właściwości termodynamicznyc gazów rzeczywistyc. Jedną z tyc właściwości i jednocześnie celem ćwiczenia jest wyznaczenie wsółczynnika Joule a-tomsona dla oszczególnyc badanyc gazów. 2. Ois zagadnienia Wsółczynnik Joule a-tomsona wyznaczymy na odstawie obserwacji efektu Joule a-tomsona, który olega na obniŝaniu temeratury rzeczywistego rzy izentalowym dławieniu. Wsółczynnik ten oisuje oniŝszy wzór: T v T T T µ = = = lim dla P 0 () P C P określający zmianę temeratury (dt) rzy zmianie ciśnienia (dp) w rzemianie izentalowej. Dla doskonałego wsółczynnik µ i jest równy zeru. Natomiast dla rzeczywistego moŝe on rzyjmować nastęujące wartości: a) µ > 0, gdy T > v (2) T b) µ < 0, gdy T < v (3) T c) µ = 0, gdy T = v (4) T W rzyadku trzecim unkt w którym zacodzi wartość µ i =0 nazywamy unktem inwersji. Punkt krytyczny K jest zdefiniowany: ( / V) T=T c = 0 ( 2 / V 2 ) T=T c = 0 (5) czyli w unkcie krytycznym nie ma róŝnicy między ciśnieniem, objętością i temeraturą fazy gazowej i ciekłej; oznacza to Ŝe nie ma róŝnicy faz. Dlatego moŝemy naisać: T = Tc P = Pc Vm = Vm,c Z = V m /(MR)T= + B M (T) ρ m +C(T) ρ m 2 +... (6) Powyzsze równanie jest równaniem wirialnym na wsółczynnik ścisliwości Z gdzie: (MR) = 8,34 J/mol/K B, C,... stałe, oznaczają drugi, trzeci it. wsółczynniki wirialne Z - wsółczynnik ściśliwości Dla większości zastosowań tecnicznyc moŝna stosować równanie tylko z drugim wsółczynnikiem, czyli B:

stąd równanie [6] rzyjmie ostać: B = b (0) +b () T+b (2) T 2 [m 3 /kmol] Z = + (b (0) +b () T+b (2) T 2 ) ρ m (7) b (0) b () b (2) CH4-0,29867,33425 x 0-3 -,5976 x 0-6 CO2-0,86834 4,0375 x 0-3 - 5,657 x 0-6 3. Ois stanowiska Do realizacji ćwiczenia osłuŝy nam secjalnie zarojektowane stanowisko, którego rysunek jest rzedstawiony oniŝej. Interesujący nas efekt Joule a-tomsona uzyskujemy dzięki załoŝonej omiędzy kołnierze zwęŝce o średnicy otworu 2 mm. Przeływający rzez rurkę o średnicy 3/4 badany gaz, ulega rozręŝeniu o rzejściu rzez zwęŝkę. Efekt ten obserwujemy na odstawie odczytu róŝnicy wartości ciśnienia i temeratury rzed i za zwęŝką omiarową. Rurka na badanym odcinku jest umieszczona w zaizolowanej termicznie obudowie. Do izolacji termicznej stanowiska uŝyto ziarenka erlitu eksandowanego, którego wsółczynnik rzewodzenia cieła λ waa się w granicac 0,045-0,059 W/mK. Źródłem badanyc gazów są butle tecniczne zawierające metan (CH 4 ) oraz dwutlenek węgla (CO 2 ). Do omiaru ciśnienia uŝyto manometry o zakresie od do +9 bar i klasie omiaru 0,6. Temeraturę odczytuje się za omocą czujnika temeratury PT 00. PT 00 Manometr Manometr 2 PT 00 Reduktory Zawór Licznik Wylot Obudowa z izolacją Kołnierz ZwęŜka CH 4 CO 2 Rys. Scemat stanowiska do omiaru wsółczynnika Joule a-tomsona

4. Przebieg ćwiczenia W ćwiczeniu naleŝy dokonać omiaru sadku temeratury w funkcji ciśnienia dla odanyc gazów rzeczywistyc. Nastęnie z otrzymanyc omiarów naleŝy obliczyć wsółczynnik Joule a-tomsona, cieło otrzebne do ogrzania stacji redukcyjnej oraz wsółczynnik ściśliwości. 5. Zagadnienia obowiązujące Własności termodynamiczne i równania gazów rzeczywistyc: Punkt krytyczny, wsółczynnik ściśliwości, wykresy PV. RozręŜanie gazów. 6. Literatura: I. Tuliszka Edmund Termodynamika tecniczna, PWN 978 II. Szargut Jan Termodynamika tecniczna, WPS 2000 II. Przebieg ćwiczenia Wsółczynnik Joule a-tomsona carakteryzuje stoień obniŝenia temeratury gazów na skutek sadku ciśnienia na zwęŝce/reduktorze i wywołanym nim obniŝeniem temeratury t.. Wsółczynnik ten moŝemy obliczyć ze wzoru: T = µ = f ( ) T, 2. Gęstości badanyc gazów ρ R (rzed reduktorem) oraz, ρ Z (rzed zwęŝką) dla warunków (P max,t) obliczamy korzystając ze wzoru: P [Pa] ρ m = [kmol/m 3 P [Pa] M ] ; ρ = [kg/m 3 ] R T [K] R T [K] gdzie: R = 834 [J/kmolK] uniwersalna stała gazowa Do wyznaczenia wsółczynnika ściśliwości korzystamy ze wzoru: oraz: Z P = ρ R T Z = + B m ρ m +C m ρ 2 m gdzie: B m = b (0) +b () T +b (2) T 2 [m 3 /kmol] C m = c (0) +c () T +c (2) T 2 [m 6 /kmol 2 ] b (0) b () b (2) c (0) c () c (2) CH 4-0,29867,33425 x 0-3 -,5976 x 0-6 9,2726 x0-3 -3,763x 0-5 4,93 x 0-8 CO 2-0,86834 4,0375 x 0-3 - 5,657 x 0-6 2,05 x0-3 3,488x 0-5 - 8,37 x 0-8

3. Ilość cieła otrzebnego do ogrzewania rzed na rzykład stacją redukcyjną obliczamy według: Q = m& CP ( T) [W] c - cieło właściwe od stałym ciśnieniem odowiednio dla metanu i dwutlenku węgla m strumień masy [kg/s] MoŜemy rzyjąć odowiednio: CH 4 CO 2 Cieło właściwe C [kj/kgk] 2,235,292 Masę znajdującego się w butli obliczymy: V B ojemność butli [m 3 ] m = ρ R V B

Politecnika Poznańska Katedra Tecniki Cielnej Laboratorium z termodynamiki II, ćwiczenie nr 3 Temat ćwiczenia: Wyznaczanie wsółczynnika Joule a-tomsona wybranyc gazów rzeczywistyc Imię i nazwisko Grua Semestr/rok akademicki Prowadzący Data wykonania ćwiczenia/godz. Ocena Zadania do wykonania:. Wyznaczyć wsółczynnik Joule a-tomsona dla metanu oraz dwutlenku węgla. 2. Obliczyć własności badanyc gazów. Tabela omiarowa dla CH 4 Na zwęŝce L T [ C] T 2 [ C] T P [bar] P 2 [bar] P µ v [m 3 /] 2 3 4 Na reduktorze T [ C] T 2 [ C] T P [bar] P 2 [bar] P µ v [m 3 /] Obliczone własności Przed zwęŝką Przed reduktorem Gęstość ρ Z = [kg/m 3 ] ρ R = [kg/m 3 ] Wsółczynnik ściśliwości Z Z = Z R = Ilość cieła Q Z = [W] Q R = [W] Pojemność butli V = [m 3 ] Masa w butli m = [kg] Tabela omiarowa dla CO 2 Na zwęŝce L T [ C] T 2 [ C] T P [bar] P 2 [bar] P µ v [m 3 /] 2 3 4 Na reduktorze T [ C] T 2 [ C] T P [bar] P 2 [bar] P µ v [m 3 /] Obliczone własności Przed zwęŝką Przed reduktorem Gęstość ρ Z = [kg/m 3 ] ρ R = [kg/m 3 ] Wsółczynnik ściśliwości Z Z = Z R = Ilość cieła Q Z = [W] Q R = [W] Pojemność butli V = [m 3 ] Masa w butli m = [kg] Ciśnienie atmosferyczne P A =