thegioivanconchuadu
New Member
Download miễn phí Giáo trình Nhiệt động lực học
Hỗn hợp khí lý tưởnglà hỗn hợp cơhọc của hai hay nhiều chất khí lýtưởng
khi không xảy ra phản ứng hóa học giữa các chất khí thành phần. Ví dụ: không khí có
thể được xemnhưlà hỗn hợp khí lý tưởng với các chất khí thành thành gồm nitơ(N2),
oxy (O2), dioxit carbon (CO2), v.v. Hỗn hợp khí được sửdụng có thểcó tỷlệcác chất
khí thành phần rất khác nhau nên việc xây dựng các bảng hay đồthịcho chúng là
không thực tế. Bởi vậy, người ta nghiêncứu phương pháp xác định các thông sốnhiệt
động và tính toán với hỗn hợp khí lý tưởng.
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
đại lượng tương đương của HHK.
1) Phân tử lượng tương đương (µ)
→ 1
1
=∑
=
n
i
ig
1
1
n
i
i
i
rµµ= ⋅ =∑ → 1
n
i i
i
rµ µ
=
= ⋅∑ (2.2-14a)
hay
1 1 1
1
n n n
i i
i
i i ii i
m m m
m mN N
m
µ
µ µ= = =
= = = =
⋅∑ ∑ ∑
→
1
1
n
i
i i
g
µ
µ=
=
∑ (2.2-14b)
2) Hằng số chất khí tương đương (R)
• Xác định theo phân tử lượng tương đương :
8314R µ= (2.2-15a)
• Xác định theo thành phần và hằng số chất khí thành phần :
i ii
m R Tp
V
⋅ ⋅= , m R Tp V
⋅ ⋅=
Vì
1
n
i
i
p p
=
=∑ nên
1 1
n n
i i
i
i i
m R T m R Tp
V V= =
⋅ ⋅ ⋅ ⋅= =∑ ∑ (2.2-15b)
- 26 -
Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2008
Nhân 2 vế phương trình (2.2-15b) với
V
T m⋅ , ta có :
∑
=
=⋅
n
i
i
i RR
m
m
1
→
1
n
i
i
iR g R
=
= ⋅∑ (2.2-15c)
3) Nhiệt dung riêng của HHK
Muốn nâng nhiệt độ của HHK lên 1 độ cần nâng nhiệt độ của từng chất
khí thành phần lên 1 độ. Vì vậy :
m. C = m1C1 + m2C2 + .... + mnCn (2.2-16a)
C = g1C1 + g2C2 + ... + gnCn = (2.2-16b) ∑ ⋅n ii Cg
1
Tùy theo đặc điểm quá trình cấp nhiệt ta có :
(2.2-16c) ∑ ⋅= n piip CgC
1
(2.2-16d) ∑ ⋅= n viiv CgC
1
Lập luận tương tự ta có :
(2.2-16e) ∑ ⋅= n ii CrC
1
''
(2.2-16f) ∑ ⋅= n ii CrC
1
µµ
4) Thể tích riêng và mật độ tương đương (v, ρ)
(v và ρ được xác định ở nhiệt độ T và áp suất p)
'
11
1
nn
i
i n
ii i
i i
m
V
mVv
m m m m
ρ i
ρ
==
=
= = = = ⋅
∑∑ ∑ →
1
n
i
i i
gv ρ== ∑ (2.2-17)
→
1
v
ρ = (2.2-18a)
hay
'
1 1
n n
i i
h i i
m V
m
V V V
iρ
ρ = =
⋅
= = =
∑ ∑
→
1
n
i
i
r iρ ρ
=
= ⋅∑ (2.2-18b)
5) Phân áp suất (pi )
i i i i ii
m R T N R Tp
V V
µ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅= =
- 27 -
Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2008
m R T N R Tp
V V
µ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅= =
Chia từng về hai phương trình trên :
i i i ip N R
p N R
µ
µ
⋅ ⋅= ⋅ ⋅
Vì 8314i iR Rµ µ⋅ = ⋅ = J/ kmol.deg, nên
i i
i
p N r
p N
= = → i ip r p= ⋅ (2.2-19)
2.2.5. QUÁ TRÌNH HỖN HỢP CỦA KHÍ
Có 3 cách tạo ra HHK : hỗn hợp trong thể tích đã cho, hỗn hợp theo dòng và
hỗn hợp khi nạp vào thể tích cố định.
Trong phần này sẽ nghiên cứu quá trình hỗn hợp của khí khi các chất khí
không thực hiện công ngoài và không trao đổi nhiệt với môi trường. Trong trường hợp
này phương trình định luật nhiệt động I có dạng như sau :
E1 = E2 = const
trong đó E1 và E2 là năng lượng toàn phần của hệ trước và sau khi thực hiện quá trình
hỗn hợp.
2.2.5.1. HỖN HỢP TRONG THỂ TÍCH ĐÃ CHO
m1, V1,
T1, p1
m2, V2,
T2, p2
m, V, T, p
N
H. 2.2-2. Hỗn hợp trong thể tích đã cho
V1, T1, p1 - thể tích, nhiệt độ và áp suất của chất khí thứ 1,
V2, T2, p2 - thể tích, nhiệt độ và áp suất của chất khí thứ 2,
V, T, p - thể tích, nhiệt độ vá áp suất của hỗn hợp,
N - vách ngăn
1) Thể tích của hỗn hợp
(2.2-20) ∑= n iVV
1
2) Nhiệt độ của hỗn hợp
Hệ nhiệt động trước và sau khi các chất khí hỗn hợp là hệ kín, năng lượng toàn
phần trong hệ kín là nội năng :
E1 = U1 + U2 + ... + Un
- 28 -
Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2008
E2 = U
Áp dụng định luật nhiệt động I, ta có
U = U1 + U2 + ... + Un
Đối với khí lý tưởng, nếu qui ước nội năng ở 0 0K bằng 0 thì nội năng ở nhiệt
độ Ti nào đó sẽ là : Ui = Cvi . Ti , ta có :
m.Cv.T = m1. Cv1.T1 + m2. Cv2. T2 + ... + + mn. Cvn. Tn
v
nvnnvv
C
TCgTCgTCgT ⋅⋅++⋅⋅+⋅⋅= ...222111
Theo (2.2-16d) : , nên : ∑ ⋅= n viiv CgC
1 ∑
∑
⋅
⋅⋅
= n
vii
n
ivii
Cg
TCg
T
1
1
(2.2-21a)
hay ∑
∑
⋅
⋅
= n
i
ii
n
ii
T
Vp
Vp
T
1
1
(2.2-21b)
7) Áp suất của hỗn hợp
∑ ⋅= n
i
ii
T
Vp
V
Tp
1
(2.2-22)
2.2.5.2. HỖN HỢP CÁC DÒNG KHÍ
1) Nhiệt độ của dòng khí hỗn hợp
Hệ nhiệt động trước và sau khi sự hỗn hợp của các dòng khí là hệ hở và năng
lượng toàn phần của hệ hở được thể hiện bằng enthalpy (khi bỏ qua động năng và thế
năng) :
E1 = I1 + I2 + ... + In
E2 = I
Áp dụng định luật nhiệt động I ta có :
I = I1 + I2 + ... + In
hay m.i = m1.i1 + m2 . i2 + ... + mn . in
i = g1 . i1 + g2 . i2 + ... + gn . in
(2.2-23) ∑ ⋅= n ii igi
1
- 29 -
Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2008
Đối với khí lý tưởng khi qui ước enthalpy ở 0 0K bằng 0, ta có :
∑ ⋅⋅=⋅ n ipiip TCgTC
1
Thay từ (2.2-16c) ta có : ∑ ⋅= n piip CgC
1 ∑
∑
⋅
⋅⋅
= n
pii
n
ipii
Cg
TCg
T
1
1 (2.2-24a)
hay ∑
∑
= n
i
i
n
i
T
V
V
T
1
1
(2.2-24b)
m , V , p , T
m1 , V1 , p1 , T1
m2 , V2 , p2 , T2
H. 2.2-3. Hỗn hợp theo dòng
2) Thể tích của dòng khí hỗn hợp
∑ ⋅= n
i
ii
T
Vp
p
TV
1
(2.2-25)
2.2.5.3. HỖN HỢP KHI NẠP VÀO THỂ TÍCH CỐ ĐỊNH
Trước khi xảy ra quá trình hỗn hợp, hệ nhiệt động gồm khối khí có trong bình
với năng lượng toàn phần U1 và các dòng khí nạp với năng lương toàn phần Ii.
Năng lượng toàn phần của hệ trước khi hỗn hợp : E1 = U1 + ΣIi
Năng lượng toàn phần của hệ sau khi hỗn hợp : E2 = U
Áp dụng định luật nhiệt động I, ta có :
U = U1 + ΣIi
hay m.u = m1 . u1 + Σmi . ii
(2.2-26) ∑+ ⋅+⋅= 1
2
11
n
ii igugu
Đối với khí lý tưởng khi qui ước nội năng và enthalpy ở 0 0K bằng 0, ta có :
∑+ ⋅⋅+⋅⋅=⋅ 1
2
111
n
ipiivv TCgTCgTC
- 30 -
Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2008
∑
∑
⋅
⋅⋅+⋅⋅
=
+
n
vii
n
ipiiv
Cg
TCgTCg
T
1
1
2
111
(2.2-27)
mi , pi , Ti
m1
p1
T1
V1
m
p
T
V
H. 2.2-4. Hỗn hợp khi nạp vào thể tích cố định
2) Áp suất của hỗn hợp
V
TRmp ⋅⋅= (2.2-28)
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2
1) Định nghĩa khí lý tưởng ? Phân tích và cho ví dụ về ý nghĩa của việc nghiên cứu
khí lý tưởng ?
2) Lập các phương trình trạng thái của khí lý tưởng ? Phân tích và cho ví dụ về ý
nghĩa của phương trình trạng thái của khí lý tưởng ?
3) Phân tích ý nghĩa của việc nghiên cứu HHK lý tưởng ? Các đặc điểm đặc trưng
của HHK lý tưởng ? Các loại thành phần của HHK và mối quan hệ giữa chúng ?
4) Lập công thức xác định phân tử lượng tương đương (µ) và hằng số chất khí
tương đương (R) của HHK ?
5) Lập công thức xác định NDR (c) của HHK ?
6) Lập công thức xác định thể tích riêng (v) và mật độ tương đương (ρ) của HHK ?
7) Lập công thức xác định phân áp suất (pi) của khí thành phần của HHK ?
8) Lập công thức xác định thể tích (V), nhiệt độ (T) và áp suất (p) của khí hỗn hợp
trong thể tích đã cho ?
9) Lập công thức xác định nhiệt độ (T) và thể tích (V) của dòng khí hỗn hợp ?
10) Lập công thức xác định nhiệt độ (T) và áp suất (p) của hỗn hợp khí nạp vào thể
tích cố định ?
- 31 -
Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2008
BÀI TẬP CHƯƠNG 2
Bài tập 2-1 : Một bóng đèn điện có thể tích phần
hình cầu VA = 90 cm3, phần hình trụ VB = 15 cm3. Trong
bóng đèn chứa khí N2. Độ chân không trong bóng đèn khi
nhiệt độ trung bình t1 = 25 0C và áp suất khí trời p0 = 760
mmHg là pCK = 200 mmHg. Khi đóng điện và đạt đến chế
độ ổn định thì phần hình cầu của đèn có nhiệt độ t2A = 160
0C, còn phần hình trụ có nhiệt độ t2B = 70 0C.
VA
t A2
VB
t B2 Coi N2 là khí lý tưởng. Tính áp suất trong bóng đèn
ở chế độ ổn định p2 ?
Bài tập 2-2 : Một bình kín có thể tích V = 625 dm3 chứa oxy có áp suất tuyệt
đối p = 23 bar và nhiệt độ t = 28...