chương 1 (phần 2) trinh_nhiet dong luc hoc... · 1.4 phương trình trạng thái của chất...
Post on 25-Jan-2020
4 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1.4 Phương trình trạng thái của chất khí
1.5 Nhiệt dung riêng của chất khí
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.1p.1
Pt trạng thái của chất khí
Chương 1 (phần 2):
1.4 1.4 Phương trình trạng thái của chất khíPhương trình trạng thái của chất khí
- Tại trạng thái cân bằng, thực nghiệm và lý thuyết cho thấy:
0),,( =Tvpf
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
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.2p.2
1.4.1 1.4.1 Phương trình trạng thái khí lý tưởngPhương trình trạng thái khí lý tưởng
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
Khí thực có thể xem là khí lý tưởng ở điều kiện áp suất khá thấp và nhiệt độ khá cao
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
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.3p.3
Mô phỏng chuyển động của phân tử khí
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.4p.4
Boyle’s Law (1662)
constant (constant temperature)pV =
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.5p.5
Charles’ Law (1776)
constant (constant pressure)VT
=
-273.15 oC t (oC)
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.6p.6
Gay-Lussac’s Law (1802)
constant (constant volume)pT
=
t (oC)
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.7p.7
Phương trình trạng thái khí lý tưởng (Pt Clapeyron)
RTpv = hay: GRTpV =
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
μμμ 8314
==R
R Với μ là khối lượng phân tử của 1 kmol khí đang xét (vd: μ của O2 là 32 kg, của N2 là28 kg, vv..)
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.8p.8
Ví dụ 1.4 [1]: xác định thể tích riêng của CO2 tại:
p = 70 bar
T = 40 oC
Giải: )/(44162122 kmolkgxCO =+=⇒ μ
(Hoặc tra theo bảng 1.3 [1]: )/(01.442
kmolkgCO =μ
Sử dụng pt trạng thái khí lý tưởng:
)/(00845.01070
)27340(955.188 35 kgm
xx
pRTvRTpv =
+==⇒=
đokgJRCO )./(955.18844
83142
==
nếu xem khí CO2 ở điều kiện trên như khí lý tưởng.
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.9p.9
1.4.2 Hỗn hợp khí lý tưởng
1....1
21 =⇒+++= ∑=
n
iin gGGGG
xx
xo
oo
x xx
ooo
p,V,T
p,V1,T
p,V2,T1....1
21 =⇒+++= ∑=
n
iin rVVVV
xx
xo
oo
p,V,T
p1,V,T
p2,V,T
xx
x
oo
onpppp +++= .....21
Hỗn hợp các khí lý tưởng cũng là khí lý tưởng
GG
g ii =Thành phần khối lượng
VV
r ii =Thành phần thể tích
Định luật Gibbs-Dalton
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.10p.10
Hằng số chất khí Rhh của hỗn hợp
Phân tử lượng tương đương của hỗn hợp
nnhh ggg μμμ
μ/...//
1
2211 +++= (nếu biết gi của hh)
nnhh rrr μμμμ +++= ....2211 (nếu biết ri của hh)
Hằng số chất khí tương đương Rhh của hỗn hợp
hhhhhh
RR
μμμ 8314
== (J/kg.độ)
Quan hệ giữa ri và gi hh
iii
rg
μμ
=
hay:
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.11p.11
Thể tích riêng và khối lượng riêng của hỗn hợp
n
n
hh
hhhh
gggGV
vρρρ
+++== .....2
2
1
1 (nếu biết gi của hh)
nnhh
hhhh rrr
VG
ρρρρ +++== .....2211 (nếu biết ri của hh)
Phân áp suất của các thành phần
i
hhihhi gpp
μμ
=
nhh pppp +++= ....21
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.12p.12
Ví dụ 1.5 [1]
Hỗn hợp khói thải12.5% CO2
4% O2
83.5% N2
xác định vhh tại
p1 = 100 kPaT1 = 227 oC(1)
Đẳng ápT2 = 27 oC(2)
Xem hh là khí lý tưởnghh
hhhhhh p
TRv =
Tính Rhh:hh
hhRμ
8314= (J/kg.độ) với: 332211 μμμμ rrrhh ++=
16.3028835.03204.044125.0 =++= xxxhhμ (kg/kmol) 66.275=hhR (J/kg/độ)
Thể tích riêng của hh: (m3/kg)3783.110100
)273227(66.2753
)1( =+
=x
xvhh
8270.010100
)27327(66.2753
)2( =+
=x
xvhh (m3/kg)
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.13p.13
1.4.3 Phương trình trạng thái của khí thựcCó hơn 200 pt trạng thái của khí thực đã được công bố, hầu như tất cả đều xuất phát từ thực nghiệm
( ) TRbvvap μμμ
=−⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+ 2
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
Để thuận tiện tính toán, từ pttt của từng loại khí thực BẢNG 1.2 [1] để dễ dàng tra cứu
Pt Van der Waals được thành lập (năm 1871) dựa trên pt trạng thái của khí lý tưởng:
pt 1.34 [1]
(m3/kmol)với:
8314=
=
μ
μ μ
Rvv
(J/kmol.độ)
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.14p.14
Tính lại VD 1.4: xác định thể tích riêng của CO2 tại:
p = 70 bar
T = 40 oC
Giải:
a) xem khí CO2 ở điều kiện trên như khí lý tưởng.
b) xem khí CO2 ở điều kiện trên là khí thực, sử dụng pt Van des Waals
)/(00845.0 3 kgmp
RTv ==a)
Sử dụng pt Van des Waals:b)( ) TRbv
vap μμμ
=−⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+ 2
Bảng 1.2 [1] cho CO2:a = 3.647 bar.(m3/kmol)2
b = 0.0428 m3/kmol
( ) ( )2734083140428.010647.31070 2
55 +=−⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+ μ
μ
vv
xx
01561.0647.3019.2970 23 =−+− μμμ vvv
23.0=μv (m3/kmol) 005227.04423.0
===μ
μvv (m3/kg)
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.15p.15
1.5 Nhiệt dung riêng (NDR) của chất khíLà nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho 1 đơn vị chất khí tăng
lên 1 độ theo một quá trình nào đó.Phân loại:
- NDR khối lượng c (kJ/kg/độ)- NDR thể tích c’ (kJ/m3/độ)- NDR kmol cμ (kJ/kmol.độ)
'4.22 ccc == μμQuan hệ giữa các loại NDR
Thường sử dụng nhất: cp, cμp (đẳng áp); cv, cμv (đẳng tích)
i
n
iihh cgc ∑
=
=1
với gi là các thành phần khối lượng của hỗn hợp
NDR khối lượng của hỗn hợp khí:
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.16p.16
Bảng NDR kmol của một số loại khí(kcal/kmol.độ)
Note: 1 kcal = 4.186 kJ
kcal/kmol.độLoại khí
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(CO2, NH3, …) 7 9 1.3
k = cp/cv
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.17p.17
Bảng NDR kmol của một số loại khí
VD: - Khí O2: cμp= 29.3 cp= cμp/μ = 29.3/32 = 0.9156 kJ/kg.độ- Khí CO2: cμp= 37.7 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
kJ/kmol.độLoại khí
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(CO2, NH3, …) 29.3 37.7 1.3
k = cp/cv
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.18p.18
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
GQ
t1 t2
- Gia nhiệt cho dòng môi giới đẳng áp
)( 12 ttGcQ pp −=
Q
G
- Gia nhiệt cho dòng môi giới đẳng tích
)( 12 ttGcQ vv −=
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.19p.19
Ví dụ 2.4 [1]:
Q = ??
V = 300 l không khí
p = 3 at
T1 = 20 oC
T2 = 120 oC
Không khí (21% O2, 79% N2) 2984.28 ≈=KKμ (kg/kmol)
Khối lượng KK chứa trong bình là: ( )kgx
xxxRTpVG 05.1
)27320(29
83143.010981.03 5
=+
==
Giải: )( 12 TTcGQ v −=
( )đokmolkJc v ./9.20=μKK được xem như khí lý tưởng 2 nguyên tử ( )đokgkJcc vv ./721.029/9.20/ === μμ
( ) )(705.7520120721.005.1 kJxx =−=
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.20p.20
---------------------------------------
HẾT CHƯƠNG 1
CHƯƠNG 2
Đinh luât nhiêt đông thư nhâ t va cac qua trinh nhiêt đông cơ ba n cua khi ly tương
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
1/2009
p.21p.21
top related