Nhiệt động học kỹ thuật P2

Môi chất công tác (MCCT) là chất có vai trò trung gian trong các quá trình biến đổi năng lượng trong các thiết bị nhiệt. MCCT có thể ở trạng thái khí, lỏng hoặc rắn. Thiết bị nhiệt thông dụng thường sử dụng MCCT ở trạng thái khí vì chất khí có khả năng thay đổi thể tích rất lớn nên có khả năng thực hiện công lớn. Chất 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, đồng thời...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nhiệt động học kỹ thuật P2 - 13 -Chương 2 MÔI CHẤT CÔNG TÁC2.1. KHÍ LÝ TƯỞNG 2.1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Môi chất công tác (MCCT) là chất có vai trò trung gian trong các quá trìnhbiến đổi năng lượng trong các thiết bị nhiệt. MCCT có thể ở trạng thái khí, lỏng hoặcrắn. Thiết bị nhiệt thông dụng thường sử dụng MCCT ở trạng thái khí vì chất khí cókhả năng thay đổi thể tích rất lớn nên có khả năng thực hiện công lớn. Chất 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, đồng thời chúng tươngtác với nhau. Để đơn giản cho việc nghiên cứu, người ta đưa ra khái niệm khí lýtưởng. Khí lý tưởng - 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 Phương trình trạng thái - phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các thôngsố trạng thái. f(T, p, v, ...) = 0 2.1.2.1. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG Từ (1.2-1) và (1.2-2b) 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) : N p = µ ⋅ k ⋅T (2.1-1b) Vµ Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 - 14 - 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 . • Hằng số phổ biến của chất khí : Rµ = k. Nµ = 1,3805. 10 - 23 . 6,0228. 10 26 = 8314 J/kmol. deg R • Hằng số của chất khí : R= µ (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 .Vµ = 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 = 8341/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]. 2.1.2.2. 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 (2.1-4) ⎝ 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 - 2007 - 15 -2.2. HỖN HỢP KHÍ LÝ THƯỞNG 2.2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ In order to work examples and problems involving the first law, one must know thevalues of thermo properties of substance at given states. In this and the following chapter,such data will be provided in the specification of the problem or example. In actual practice,the engineer is not given values of thermo properties at different states in the process. Rather,he must refer to tables of thermo data that ...