KHÍ LÝ TƯỞNG VÀ HỖN HỢP KHÍ LÝ TƯỞNG

Các loại khí trong tự nhiên là khí thực, chúng được tạo nên từ các phân tử, mỗi phân tử chất khí đều có kích thước và khối lượng nhất định, các phân tử trong chất khí tương tác với nhau. Để đơn giản cho việc nghiên cứu, người ta đưa ra khái niệm khí lý tưởng. Khí lý tưởng là chất khí được cấu thành từ các phân tử, nhưng thể tích của bản thân các phân tử bằng không và không có lực tương tác giữa các phân tử. Trong thực tế, khi tính toán nhiệt động...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
KHÍ LÝ TƯỞNG VÀ HỖN HỢP KHÍ LÝ TƯỞNG - 21 -Chương 2 KHÍ LÝ TƯỞNG VÀ HỖN HỢP KHÍ LÝ TƯỞNG2.1. KHÍ LÝ TƯỞNG 2.1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Các loại khí trong tự nhiên là khí thực, chúng được tạo nên từ các phân tử, mỗiphân tử chất khí đều có kích thước và khối lượng nhất định, các phân tử trong chất khítương tác với nhau. Để đơn giản cho việc nghiên cứu, người ta đưa ra khái niệm khí lýtưởng. Khí lý tưởng là chất khí được cấu thành từ các phân tử, nhưng thể tích của bảnthân các phân tử bằng không và không có lực tương tác giữa các phân tử. Trong thực tế, khi tính toán nhiệt động học với các chất khí như oxy (O2),hydro (H2), nitơ (N2), không khí, v.v. ở điều kiện áp suất và nhiệt độ không quá lớn,có thể xem chúng như là khí lý tưởng. 2.1.2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG Phương trình trạng thái là phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các thôngsố trạng thái của MCCT : f(T, p, v, ...) = 0 Từ (1.3-1) và (1.3-2) ta có : p=α.n.k.T (2.1-1a) • Đối với khí lý tưởng : α = 1 N Nµ Số phân tử trong một đơn vị thể tích : n = = • V Vµtrong đó : V - thể tích của chất khí, [m3] ; N - số phân tử có trong thể tích V ; Nµ - sốphân tử có trong 1 kmol chất khí ; Vµ - thể tích của 1 kmol chất khí, [m3/kmol]. Thế α và n vào (2.1-1a) : Nµ p= ⋅ k ⋅T (2.1-1b) Vµ p ⋅ Vµ = N µ ⋅ k ⋅ T (2.1-1c) • Theo Avogadro, 1 kmol của bất kỳ chất khí nào đều có số phân tử : Nµ = 6,0228.10 26 . Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2008 - 22 - • Hằng số phổ biến của chất khí : Rµ = k. Nµ = 1,3805. 10 - 23 . 6,0228. 10 26 = 8314 J/kmol. deg Rµ R= • Hằng số của chất khí : (2.1-2) µ • Phương trình trạng thái của khí lý tưởng : p . v = R. T (2.1-3a) p. V = m. R. T (2.1-3b) p .V = M. Rµ . T (2.1-3c)trong đó : m - khối lượng chất khí, [kg] ; M - lượng chất khí tính bằng kmol, [kmol] ;V - thể tích của chất khí, [m3] ; v - thể tích riêng, [m3/kg] ; Rµ = 8314 J/kmol.deg -hằng số phổ biến của chất khí ; R = 8314/µ - hằng số của chất khí , [J/kg.deg] ; µ -khối lượng của 1 kmol khí, [kg/kmol] ; p - áp suất, [N/m2] ; T - nhiệt độ tuyệt đối, [K]. 2.1.3. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ THỰC Phương trình trạng thái của khí lý tưởng có thể sử dụng để tính toán cho nhiềuloại khí thực trong phạm vi áp suất và nhiệt độ không quá lớn với một độ chính xácnhất định. Khi những điều kiện giả định đối với khí lý tưởng khác quá nhiều đối vớikhí thực, việc áp dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng có thể dẫn đến nhữngsai số lớn. Cho đến nay, bằng lý thuyết cũng như thực nghiệm, người ta chưa tìm đượcphương trình trạng thái dùng cho mọi khí thực ở mọi trạng thái mà mới chỉ xác địnhđược một số phương trình trạng thái gần đúng cho một hoặc một nhóm khí ở nhữngphạm vi áp suất và nhiệt độ nhất định. • Phương trình Wan der Walls (1893) : ⎛ a⎞ ⎜ p + 2 ⎟ ⋅ (v − b) = R ⋅T (2.3-4) ⎝ v⎠trong đó a và b là các hệ số được xác định bằng thực nghiệm và phụ thuộc vào từngchất khí. Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2008 - 23 -2.2. HỖN HỢP KHÍ LÝ THƯỞNG 2.2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hỗn hợp khí lý tưởng là hỗn hợp cơ học của hai hoặc nhiều chất khí lý tưởngkhi không xảy ra phản ứng hóa học giữa các chất khí thành phần. Ví dụ : không khí cóthể được xem như là 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 sử dụng có thể có tỷ lệ các chấtkhí thành phần rất khác nhau nên việc xây dựng các bảng hoặc đồ thị cho chúng làkhông thực tế. Bởi vậy, người ta nghiên cứu phương pháp xác định các thông số nhiệtđộng và tính toán với hỗn hợp khí lý tưởng. 2.2.2. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA HỖN HỢP KHÍ LÝ TƯỞNG m1 ...