قانون دالتون می گوید که ... مخلوط های گازی

بیانیه قوانین دالتون

قانون فشار کل مخلوط گازها

فشارمخلوط ها شیمیاییتعامل نکردن گازهای ایده آلبرابر با مجموع فشارهای جزئی.

(\displaystyle P=\sum _(i=1)^(n)(p_(i))=p_(1)+p_(2)+\cdots +p_(n))

قانون حلالیت اجزای مخلوط گازی

ثابت حلالیت دمادر یک مایع معین، هر یک از اجزای مخلوط گاز که در بالای مایع قرار گرفته اند با فشار جزئی آنها متناسب است.

(\displaystyle \m_(i)=(\frac (p_(i))(P)))

محدودیت های کاربردی

هر دو قانون دالتون برای گازهای ایده آل کاملاً رعایت می شود. برای گازهای واقعیاین قوانین به شرطی قابل اجرا هستند که حلالیت آنها کم باشد و رفتار آنها نزدیک به گاز ایده آل باشد.

اصطلاح حجم جرمی و کسر مولی را توضیح دهید

نسبت جرم ماده حل شده به جرم کل محلول را کسر جرمی املاح می گویند.

کسر حجمی(گاهی قسمت حجمی) کمیت بی بعد برابر با نسبت حجم یک ماده در یک مخلوط به حجم کل مخلوط است. با حرف φ نشان داده می شود.

کسر مولی

فیزیکی بدون بعد مقداری که غلظت را مشخص می کند و برابر با نسبت مقدار جزء به مقدار کل مخلوط است. ppm در کسری از واحد بیان می شود، به عنوان مثال صدم (درصد)، هزارم (ppm)، میلیونیم و بر این اساس تعیین می شود. ٪ اوو، میلیون -1.

اصل هم ارزی تبدیل انرژی

اصل هم ارزی را می توان به صورت زیر فرموله کرد. اگر انواع مختلفی از انرژی در مقادیری گرفته شوند که تغییر یکسانی در وضعیت یک سیستم بسته معین ایجاد کنند، آنگاه آنها معادل هستند.
تعمیم اصل هم ارزی منجر به قانون اول ترمودینامیک (قانون بقای انرژی) می شود. بیان می کند که در یک سیستم ایزوله مجموع انواع انرژی ثابت است، در حالی که اشکال مختلف انرژی می توانند به یکدیگر تبدیل شوند.قانون بقای انرژی تمام اشکال انرژی را که در یک سیستم معین یافت می شود پوشش می دهد. به مجموع انواع مختلف انرژی که یک سیستم دارد، طبق تعریف کلازیوس انرژی درونی و. بنابراین، انرژی درونی یک ماده، مجموع انرژی های مختلف است، به عنوان مثال، انرژی جنبشی اتم ها یا مولکول های آن، انرژی پتانسیل، و همچنین انرژی میدان های الکتریکی و مغناطیسی و غیره.

5. قضیه کارنو

اجازه دهید به طور خلاصه فرمول راندمان ترمینین چرخه کارنو مستقیم برگشت پذیر را تحلیل کنیم:

از این برابری چنین می شود:

1) بازده حرارتی فقط به دمای منابع گرم و سرد بستگی دارد.

2) h t(برای چرخه کارنو) هر چه دمای چشمه آب گرم (71) بیشتر و دمای چشمه سرد (72) کمتر باشد.

3) در چرخه کارنو، راندمان حرارتی باید کمتر از واحد باشد. زیرا h t= 1 فقط می تواند در مورد T 2 / T 1 = 0 باشد، زمانی که T 1 = 0، یا T 2 = 0 (یا T 2 = -273.15- o C). دمای منبع سرد 72 در موتورهای حرارتی واقعی معمولاً دمای T 2 = 260 – 300 است. ک(محیط). دمای بخاری در کوره نیروگاه‌های بخار تقریباً 2000 کلوین و در موتورهای احتراق داخلی حدود 2500 کلوین است، زیرا دیواره‌های سیلندرهای پیستونی این موتورها خنک می‌شوند و محصولات احتراق به ماده کار تبدیل می‌شوند. این بیانگر همان عبارت است که تمام گرمای عرضه شده به گاز در طول چرخه نمی تواند به طور کامل به کار مفید تبدیل شود؛ این انتقال لزوماً باید با از دست دادن بخشی از گرما (که توسط منبع سرد جذب می شود) همراه باشد.

4) در چرخه کارنو راندمان حرارتی در مورد T صفر است 1 = تی 2 . از این نتیجه می شود که اگر تعادل حرارتی در سیستم حفظ شود، یعنی دمای تمام اجسام در سیستم یکسان باشد، تبدیل گرما به کار مفید غیرممکن است. برای چرخه کارنو (مستقیم) درست است: h t= 1 – T 2 / T 1 = 1 – 1 = 0 در T 1 = ? t = T 2 (در صورت دمای مساوی هر دو منبع)؛

5) راندمان حرارتی؟ t یک چرخه کارنو برگشت پذیر (فرایند دایره ای) را مشخص می کند. همه فرآیندهای واقعی برگشت ناپذیر هستند، این با تلفات انرژی (به دلیل انتقال حرارت، اصطکاک و غیره) توضیح داده می شود. بنابراین، بازده حرارتی یک چرخه واقعی کارنو (غیر قابل برگشت) همیشه کمتر از مقدار 1 – T است. 2 / تی 1 . ویژگی اصلی این چرخه این است که برای گازهای واقعی ایده آل و معمولی یکسان است، اگر دما داده شود. (تی 1 , تی 2) منابع این بیانیه اصل است قضیه کارنو،که می گوید: "در یک موتور حرارتی برای هر چرخه برگشت پذیر، بازده حرارتی نه به ماهیت چرخه و نه به نوع ماده (سیال کاری) بستگی ندارد." تنها با نسبت دمای بخاری (فرستنده گرما) و یخچال (گیرنده گرما) تعیین می شود. به عبارت دیگر، در یک موتور حرارتی، برای هر چرخه برگشت پذیر، بازده حرارتی با استفاده از همان فرمولی که برای چرخه برگشت پذیر کارنو تعریف شده است، محاسبه می شود.

کمپرسور تک مرحله ای

کمپرسور تک مرحله ای برای به دست آوردن فشارهای بالا نامناسب است و بنابراین برای بدست آوردن هوای فشرده حداکثر 10 تا 12 جرعه استفاده می شود. علاوه بر این، در فشارهای فشرده سازی بالا، دما افزایش می یابد که شرایط روغن کاری را بدتر می کند.

کمپرسورهای تک مرحله ای برای فشرده کردن گازها به فشارهایی که به ندرت از 6 تا 7 اتمسفر بیشتر می شود استفاده می شود. فشارهای بالاتر فقط در کمپرسورهای چند مرحله ای به دلایل زیر قابل دستیابی است.

چرخه، نمودار، مدت بازده واحد توربین گاز

سیال کار یک توربین گاز، محصولات احتراق سوخت مایع یا گازی است.

شکل 7.6 نموداری از ساده ترین نصب توربین گاز با احتراق سوخت در فشار ثابت را نشان می دهد. پمپ سوخت 5 و کمپرسور 4 سوخت و هوا را از طریق نازل های 6 و 7 وارد محفظه احتراق 1 می کنند. از محفظه، محصولات احتراق به سمت نازل های ترکیبی 2 هدایت می شوند، جایی که منبسط شده و وارد پره های توربین گاز 3 می شوند.

شکل 7.7 و شکل 7.8 چرخه ایده آل یک نیروگاه توربین گاز را بر روی نمودارهای PV و TS نشان می دهد.

1-2 - فشرده سازی آدیاباتیک به فشار P 2.

2-3 - تامین حرارت q 1 در فشار ثابت P 2 (احتراق سوخت).

3-4 - انبساط آدیاباتیک تا فشار اولیه P1.

4-1 - خنک کردن سیال کار در فشار ثابت P 1 (حذف گرما q 2).

ویژگی های چرخه عبارتند از:

درجه افزایشفشار -  = P 2 / P 1؛

درجه انبساط ایزوباریک-  =  3 / 2 .

عملکرد توربین:

l t = h 3 – h 4. (7.10)

عملکرد کمپرسور:

ln = h 2 – h 1. (7.11)

کار مفید یک توربین گاز برابر است با تفاوت کار توربین و کمپرسور:

L GTU = l t – l c. (7.12)

راندمان حرارتی چرخه GTU به شکل زیر است:

 t = 1 – 1/  (-1)/ . (7.13)

قدرت نظری توربین گاز، کمپرسور و نصب (GTU):

N t = l t D/3600 = (h 3 – h 4) D/3600 , (7.14)

N k = l k D/3600 = (h 2 – h 1) D/3600 , (7.15)

واحد توربین گاز N = واحد توربین گاز l ·D/3600 = [(h 3 – h 4) (h 2 – h 1) ]·D/3600. (7.16)

چرخه واقعی یک نیروگاه توربین گازی در حضور تلفات ناشی از اصطکاک و تشکیل گرداب در توربین و کمپرسور با چرخه نظری متفاوت است. روش های موثر برای افزایش راندمان واحدهای توربین گاز عبارتند از: بازیابی حرارت، فشرده سازی و انبساط مرحله ای سیال عامل و غیره.

9. طرح واحد توربین بخار (STU)
ن

و انجیر 9.8، 9.9، 9.10 نمودارهای یک واحد توربین بخار (STU) و یک چرخه برگشت پذیر در p-v-و تی اس-نمودارها (چرخه رانکین).

نامگذاری: کامپیوتر - دیگ بخار. PP - سوپرهیتر بخار؛ ET - صفحه نمایش (تبخیر) لوله های دیگ بخار؛ VE - صرفه جویی در آب؛ T - توربین بخار؛ K - کندانسور آب خنک؛ N - پمپ؛
EG - مولد جریان الکتریکی (مصرف کننده). اعداد روی نمودار
مطابق با نقاط گره ای چرخه برگشت پذیر نشان داده شده توسط
V p-v-و تی اس-نمودار

گرمای عرضه شده به آب و بخار آب در دیگ بخار (در فرآیندهای: 3-4 - گرم کردن آب تا جوش، 4-5 - تبخیر آب، 5-1 - گرمایش فوق العاده بخار)،

کار به دست آمده در توربین کار خارجی فرآیند انبساط آدیاباتیک 1-2 است:

کار مفید یک چرخه برگشت پذیر (منطقه چرخه در p-v-و تی اس-نمودارها)

در محاسبات عملی اغلب می توان از کار پمپ غفلت کرد که به دلیل تراکم ناپذیری سیال در مقایسه با کار توربین ناچیز است. در این مورد، حالت 3 روی نمودارها نشان داده نمی شود (شکل 9.11)، زیرا نقطه 3 با نقطه 2 ¢ منطبق است:

,
,	(9.11)
.	(9.12)

تجزیه و تحلیل فرمول های (9.9) - (9.12) نشان می دهد که بازده حرارتی به سه پارامتر بستگی دارد. پ 1 , تی 1 , پ 2) با افزایش فشار افزایش می یابد پ 1 در دیگ بخار، با افزایش دمای سوپرهیت بخار تی 1 و با کاهش فشار پ 2 در خازن

در کارخانه های توربین بخار قدرتمند مدرن، از پارامترهای بخار استفاده می شود پ 1 = 235 ... 240 بار، تی 1 = 535...565 o C، پ 2 = 0.03 ... 0.05 بار
(ts= 25...35 o C). ارتقا به تنظیمات بالاتر پ 1 و تی 1 با سطح توسعه متالورژی تعیین می شود، زیرا فولادهای گران قیمت آلیاژی مورد نیاز هستند. استفاده از فشارهای کمتر پ 2 توسط دمای آب خنک کننده کندانسور که در تابستان 18...20 درجه سانتیگراد است محدود می شود.

که در کارخانه توربین بخار می تواند چرخه کارنو را اجرا کند آ-4-5-ب(شکل 9.12): 4-5 - تبخیر; 5- ب- انبساط بخار در توربین؛ ب-آ -میعان بخار ناقص؛ آ-4 – فشرده سازی بخار مرطوب در کمپرسور.

در عمل، این چرخه اساساً انجام نمی شود زیرا در یک سیکل واقعی، به دلیل تلفات در محرک کمپرسور، بیشتر توان تولید شده توسط توربین صرف می شود. مقرون به صرفه تر است که بخار را به طور کامل متراکم کنید و سپس از پمپ برای افزایش فشار آب استفاده کنید پ 2 به پ 1 در فرآیند 2¢-3. علاوه بر این، فرآیند انبساط بخار اشباع خشک در توربین (5- ب) با تلفات اصطکاک زیاد به دلیل کاهش قابل توجه درجه خشکی در طول فرآیند انبساط، یعنی افزایش محتوای آب در بخار همراه است. بنابراین در تاسیسات توربین بخار از سوپرهیت بخار در لوله های سوپرهیتر دیگ بخار استفاده می شود. در این حالت، فرآیند انبساط 1-2 به ناحیه بخار فوق گرم منتقل می شود و تلفات اصطکاک در جریان جریان بخار در قسمت جریان توربین کاهش می یابد.

9 .3.2. سیستم کارایی
ارزیابی اثربخشی آموزشگاه های حرفه ای. تعادل حرارتی PTU

در شکل شکل 9.13 چرخه واقعی رانکین 1-2 را نشان می دهد د-2¢ (بدون در نظر گرفتن هزینه کار روی پمپ):

1-2د- فرآیند آدیاباتیک برگشت ناپذیر انبساط بخار در توربین ( س 2د > س 1);

1-2 - فرآیند انبساط آدیاباتیک برگشت پذیر ( س 2 = س 1).

راندمان حرارتیکمال ترمودینامیکی چرخه برگشت پذیر 1-2-2¢ را مشخص می کند:

جایی که N i = من جی- توان داخلی (قدرت چرخه واقعی).

تلفات حرارتی در دیگ بخار (از سوخت شیمیایی و مکانیکی سوخت، تبادل حرارت با محیط، با گازهای خروجی و غیره) مشخص می شود. راندمان دیگ بخار

جایی که N e = پا- قدرت موثر (روی شفت توربین)؛ l e- کار موثر

تمام تلفات در PTU (بدون در نظر گرفتن مصرف کننده انرژی) مشخص می شود بهره وری کارآمد

جایی که لاوه، ناوه = lاوه . جی– به ترتیب کار برق و نیروی برق.

تمام تلفات در یک نیروگاه توربین بخار که انرژی الکتریکی تولید می کند در نظر گرفته می شود راندمان الکتریکی

,	(9.19)
.

چرخه رنکین برای مدارس حرفه ای

حذف حرارت از بخار مرطوب در کندانسور باید تا زمانی که تمام بخار به طور کامل متراکم شود انجام شود. در این حالت، بخار مرطوب با چگالی کم نیست که از فشار p2 تا فشار p1 تحت فشار قرار می گیرد، بلکه آب است. برای تامین آب دیگ از پمپ آب تغذیه استفاده می شود که دارای ابعاد کوچک و راندمان بالایی می باشد. چنین چرخه ای در دهه 50 توسط فیزیکدان و مهندس اسکاتلندی W. Rankine پیشنهاد شد. در چرخه رانکین امکان استفاده از بخار فوق گرم وجود دارد که باعث می شود میانگین دمای انتگرال منبع گرما افزایش یابد و در نتیجه راندمان سیکل افزایش یابد.

در توربین 3 گرما به کار تبدیل می شود. بخار اگزوز بخشی از گرما را به آب خنک کننده یخچال 4 می دهد و توسط پمپ 5 به دیگ باز می گردد. در دیگ بخار 1، به دلیل حرارت سوختن سوخت در کوره، فرآیند تشکیل بخار اتفاق می افتد؛ در سوپرهیتر بخار 2، پارامترهای بخار لازم حاصل می شود.

در دیگ در فشار p1 = const، فرآیند 4-5 - گرمایش و 5-6 - تبخیر آب رخ می دهد.

فرآیند 6-1 - سوپر گرم کردن بخار در سوپرهیتر به T1. بنابراین، در خروجی سوپرهیتر بخار دارای پارامترهای p1، T1، h1 است، فرض می کنیم که از دیگ به سمت توربین p1 = const

1-2 - انبساط آدیاباتیک بخار در توربین تا فشار p2 پارامترهای بعد از توربین p2 T2 h2

2-3 - چگالش بخار ایزوباریک. نتیجه آب با پارامترهای h¢2 T¢2 خواهد بود. میعانات پس از فشرده سازی آدیاباتیک از p2 به p1 در پمپ تغذیه، وارد دیگ می شود.

3-4 - فشرده سازی آدیاباتیک آب توسط پمپ.

چرخه های دودویی

بر اساس چرخه های در نظر گرفته شده، می توانیم الزاماتی را برای ویژگی های راحت ترین سیال کاری فرموله کنیم:

سیال کار باید ضریب پر شدن سیکل بالاتری را ارائه دهد. برای این کار، سیال کار باید ظرفیت گرمایی ایزوباریک کمتری در حالت مایع داشته باشد، پارامترهای بحرانی بالاتری داشته باشد.

خواص سیال عامل باید به گونه ای باشد که دمای بالایی در یک ضریب پر شدن سیکل به اندازه کافی بالا در فشار بخار نه چندان بالا تضمین شود، زیرا فشار بالا نصب را دشوارتر می کند،

سیال کار باید ارزان، غیر سمی و نسبت به مواد ساختاری تهاجمی باشد.

از آنجایی که در حال حاضر هیچ سیال کاری وجود ندارد که این الزامات را برآورده کند، می توان یک چرخه را با استفاده از ترکیب دو سیال کار انجام داد و از هر یک از آنها در محدوده دمایی استفاده کرد که این سیال عامل بیشترین مزیت را دارد. چرخه هایی از این نوع چرخه های دوتایی نامیده می شوند.

چرخه یک کارخانه سیکل ترکیبی

چرخه بخار-گاز یک چرخه دوتایی است که از دو سیال فعال استفاده می کند - محصولات احتراق و بخار آب. در گاز

در چرخه، دمای گاز در ورودی توربین 900 ... 1000 درجه سانتیگراد و در خروجی 350 درجه سانتیگراد یا بیشتر است. در نیروگاه های بخار، دمای بخار سوپرهیت به 650 درجه سانتی گراد می رسد، اما دمای آب در کندانسور تنها 30 درجه سانتی گراد خواهد بود. بنابراین، در یک چرخه دوتایی، می توان تفاوت دما را به طور قابل توجهی بیشتر از هر یک از چرخه های جداگانه تشخیص داد و در نتیجه بازده حرارتی چرخه را افزایش داد.

کارخانه سیکل ترکیبی- یک ایستگاه تولید برق که برای تولید برق استفاده می شود. تفاوت آن با نیروگاه های بخار و توربین گاز در افزایش راندمان آن است.

مزایای PSU:

کارخانه های سیکل ترکیبی دستیابی به راندمان الکتریکی بیش از 50٪ را ممکن می کند. برای مقایسه، برای نیروگاه های بخار که به طور جداگانه کار می کنند، راندمان معمولاً در محدوده 33-45٪ است، برای نیروگاه های توربین گاز - در محدوده 28-42٪.

هزینه کم به ازای هر واحد ظرفیت نصب شده

نیروگاه های سیکل ترکیبی در مقایسه با نیروگاه های بخار به میزان قابل توجهی آب کمتری در واحد برق تولیدی مصرف می کنند.

1- زمان ساخت کوتاه (9-12 ماه)

۲- نیازی به تامین مداوم سوخت از طریق حمل و نقل ریلی یا دریایی نیست

3- ابعاد فشرده امکان ساخت و ساز را مستقیماً در مصرف کننده (کارخانه یا داخل شهر) می دهد که هزینه خطوط برق و حمل و نقل برق را کاهش می دهد. انرژی

4- سازگارتر با محیط زیست در مقایسه با نیروگاه های توربین بخار.

معایب PSU:

5- توان واحد کم تجهیزات (160-972.1 مگاوات در واحد)، در حالی که نیروگاه های حرارتی مدرن تا 1200 مگاوات توان واحد دارند و نیروگاه های هسته ای تا 1200 مگاوات ظرفیت واحد دارند و نیروگاه های هسته ای دارای توان واحد هستند. ظرفیت واحد تا 1200-1600 مگاوات.

نیاز به فیلتر کردن هوای مورد استفاده برای احتراق سوخت.

سیکل ایده آل بخار-گاز چرخه ای است که در آن دمای سیالات عامل در حین تامین و حذف گرما ثابت و برابر با دمای منابع گرمایی مربوطه باشد.

اجرای عملی تامین حرارت همدما در چرخه گاز 1-2-3-6-1 می تواند در نتیجه یک چند مرحله ای انجام شود.

تامین گرما و حذف حرارت همدما در چرخه بخار 3-4-5-6-3 می تواند در فرآیند تراکم بخار آب انجام شود (فرایند 4-5). گرما از محصولات احتراق به بخار آب در یک مبدل حرارتی منتقل می شود. چرخه گاز در این طرح باز است (محصولات احتراق به اتمسفر حذف می شوند) و چرخه بخار بسته است.

سیال کار در یک چرخه بسته می تواند نه تنها آب، بلکه دی اکسید کربن یا سایر موادی باشد که از گرمای چرخه گاز استفاده می کنند.

گاز همچنین در قالب یک چرخه واحد توربین گاز با تامین گرما در p = const (در نمودار Ts، منطقه 72367) انجام می شود.

چرخه گاز و بخار را می توان در یک چرخه گاز-بخار ترکیب کرد (سیال کاری چنین چرخه ای مخلوط بخار و گاز است که از محصولات احتراق و بخار آب تشکیل شده است). در نیروگاه های سیکل ترکیبی، تزریق آب در جلوی توربین منجر به کاهش دمای گازها و در عین حال افزایش آنتالپی سیال عامل می شود، زیرا آنتالپی ویژه آب بیشتر از آنتالپی است. محصولات احتراق چنین چرخه ای توسط آکادمیک S.A. Khristianovich پیشنهاد شد.

دو طرح اصلی از نیروگاه های گاز سیکل ترکیبی وجود دارد. در نصب نوع اول گازهای حاصل از احتراق و بخار آب با یکدیگر مخلوط شده و سپس وارد توربین می شوند.

در نوع دوم سیال های عامل هر کدام به صورت جداگانه به ترتیب به قسمت گاز و بخار تاسیسات ارسال می شوند.

بیایید یک کارخانه سیکل ترکیبی با جریان های جداگانه محصولات احتراق و بخار آب را در نظر بگیریم.

در این تاسیسات، هوا پس از فشرده شدن در کمپرسور، به یک مولد بخار پرفشار که با گاز یا سوخت مایع با فشار ثابت کار می کند، عرضه می شود. گرمای محصولات احتراق تا حدی صرف تشکیل بخار و گرمایش فوق العاده بخار در سوپرهیتر می شود. محصولات احتراق در دمای کاهش یافته به یک توربین گاز و سپس به یک بخاری آب گاز فرستاده می شود تا آب تغذیه ارسال شده به مولد بخار را گرم کند.

مقدار خاصی از گرمای دریافتی توسط هر دو سیال عامل در یک چرخه نظری

qi = m(hy - h4") + (h - h).

بازده حرارتی چرخه بخار-گاز خواهد بود

r]t = (h l - h 2 ) + m(h i - h 2") -(h 4 - h 3)-(h 4" -h 3") m(hy - h^)+ (hi - h$)

نیروگاه‌های سیکل ترکیبی کارآمد آن‌هایی هستند که گازهای خروجی از توربین‌های گازی را به ژنراتورهای بخار تخلیه می‌کنند. راندمان می تواند به 0.45 برسد.

20) 4 چرخه واحدهای تبرید.

خنک سازی اجسام تا دمای کمتر از دمای محیط با استفاده از واحدهای تبرید که در یک چرخه حرارتی معکوس کار می کنند انجام می شود.

چرخه معکوس چرخه ای است که در آن کار فشرده سازی از کار انبساط بیشتر می شود و به دلیل کار ارائه شده، گرما از منبع پایین به منبع بالایی منتقل می شود.

فرض کنید q2 گرمای گرفته شده از منبع سرد باشد. q\ - گرمای داده شده به چشمه آب گرم؛

L c =q 1 -q 2 - کار ارائه شده در یک چرخه

واحد تبرید شامل دستگاهی برای فشرده‌سازی سیال عامل (کمپرسور یا پمپ) و دستگاهی است که در آن انبساط سیال عامل اتفاق می‌افتد (سیال کار نامیده می‌شود. مبرد) انبساط سیال عامل می تواند با انجام کار مفید (در یک ماشین پیستونی یا توربوماشین) و بدون انجام کار مفید، یعنی. اساسا غیر قابل برگشت (با دریچه گاز).

چرخه تبرید هوا (چرخه لورنتس)

واحد تبرید هوا یکی از اولین انواع واحدهای تبرید بود که در عمل مورد استفاده قرار گرفت.

با کمپرسور پیستونی در نیمه دوم قرن نوزدهم رایج بود. در حال حاضر واحدهای دارای توربو کمپرسور و احیا به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند که به همین دلیل راندمان واحدهای تبرید هوا افزایش می یابد و دامنه کاربرد آنها گسترش می یابد. [ 1 ]

واحدهای تبرید هوامشکلات زیادی دارند و اخیراً از کار افتاده اند. در عوض، واحدهای تبرید در حال گسترش هستند، که در آن از مایعات کم جوش به عنوان سیال کار استفاده می شود: آمونیاک، دی اکسید کربن، دی اکسید گوگرد، فریون.

عناصر اصلی تاسیسات برای تولید سرما (شکل 14.1) کمپرسور هستند 1 و گسترش دهنده 3 . علاوه بر آنها، دو مبدل حرارتی وجود دارد که یکی از آنها یخچال است 4 هوا از ظرف خنک شده گرما دریافت می کند و در دوم - یخچال 2 گرما را به محیط یا آب یخچال آزاد می کند.

مبرد (هوا) در منبسط کننده 1 از فشار منبسط می شود p1تا فشار P2، انجام کار داده شده توسط بسط دهنده به مصرف کننده خارجی. هوا در نتیجه فرآیند انبساط آدیاباتیک در یک منبسط کننده از دما خنک می شود

T1تا دمای T2 وارد حجم 2 سرد شده می شود که از آن گرما می گیرد. فرآیند انتقال حرارت از حجم سرد شده به هوا در فشار ثابت هوا (p = const) اتفاق می افتد. حذف حرارت از

حجم خنک شده تنها در صورتی امکان پذیر است که دمای هوا در طول کل فرآیند حذف گرمای ایزوباریک کمتر از دمای حجم خنک شده باشد. در اصل دمای هوا در خروجی حجم سرد شده T3 می تواند برابر با دمای اجسام سرد شده باشد، اما در عمل همیشه کمی کمتر از این دما است. پس از خروج از حجم سرد شده، هوا به سمت کمپرسور 3 هدایت می شود که فشار آن از فشار افزایش می یابد آر 2 به فشار آر 1 (در همان زمان دمای هوا از T3 به ​​T4 افزایش می یابد). هوای فشرده شده توسط کمپرسور وارد کولر می شود

6- کولر یک مبدل حرارتی از نوع سطحی است که در آن به دلیل انتقال حرارت به آب خنک کننده در گردش در کولر دمای هوا کاهش می یابد. در اصل دمای هوای خروجی از کولر تی 1 را می توان به طور دلخواه نزدیک به دمای آب خنک کننده ساخت، اما در عمل دمای هوا همیشه کمی بالاتر از دمای آب خنک کننده است. فرآیند در کولر با فشار هوا ثابت اتفاق می افتد ( پی= ثابت).

چرخه نیروگاه هسته ای

نیروگاه های حرارتی با استفاده از سوخت های فسیلی استفاده می کنند چرخه بخار فوق گرمو در نیروگاه های هسته ای با راکتورهای نوترونی حرارتی (RTN) - چرخه بخار اشباع. این به دلیل این واقعیت است که RTN از آلیاژهای مبتنی بر زیرکونیوم به عنوان ماده اصلی ساختاری هسته استفاده می کند. آنها کاهش جذب مضر نوترون ها را در مقایسه با گریدهای مختلف فولاد ممکن می سازند، اما نمی توانند دمای بیش از 340-350 درجه سانتی گراد را تحمل کنند. و در پارامترهای زیر بحرانی راندمان چرخه بخار اشباع بیشتر از جفت چرخه بخار فوق گرم است (شکل 7).

تی،به

برنج. 7. چرخه رانکین در بخار اشباع (خطوط جامد) و فوق گرم (خطوط بریده) در پارامترهای بخار اولیه زیربحرانی

پارامترهای بخار اولیه - این فشار اوست پ o و دما تی o در ورودی توربین. توجه داشته باشید که برای چرخه بخار اشباع، فقط فشار اولیه را می توان انتخاب کرد، زیرا فشار اشباع به طور منحصر به فرد دمای سیال کار را تعیین می کند.

افزایش پارامترهای بخار اولیه یکی از راه های اصلی افزایش راندمان حرارتی سیکل است.

هرچه دمای اولیه فرض شده بالاتر باشد، فشار باید کمتر باشد - با توجه به قابلیت اطمینان فلز. مقادیر جفت شده پ o و تی o که قدرت یکسانی از تجهیزات قدرت را فراهم می کنند نامیده می شوند پارامترهای اولیه قدرت برابر سیال کاری.q (π *) =1 و با π *<π≤1 убывает до q(1) = 0.

اجازه دهید وابستگی نرخ جریان کاهش یافته گاز خروجی از نازل را به نسبت فشار معکوس در نظر بگیریم. پ n به فشار مخزن پ 0 - π n = پ n/ پ 0 .

از آنجایی که…………سرعت خروجی… از…………به این نتیجه می‌رسد که کاهش فشار…. که می‌تواند به عنوان اختلال ضعیفی در نظر گرفته شود که نسبت به جریان گاز در سرعت محلی صوت منتشر می‌شود. آ، به سمت جت جاری از نازل منتشر می شود و به قسمت خروجی این نازل می رسد. بنابراین، برای ……….و وابستگی …..به ….با فرمول (۱۰.۲) برای …توجه داشته باشید که برای…………..

با کاهش بیشتر فشار برگشتی، این اختلال دیگر نمی تواند به بخش خروجی نازل برسد، زیرا مولفه سرعت مطلق انتشار آن در جهت مخالف جت به 0 تبدیل می شود، یعنی. این اختلال فشار، همانطور که بود، توسط یک جریان مخالف گاز منتقل می شود. این منجر به پدیده ای عجیب به نام "مسدود کردن" جریان یا بحران جریان می شود. تغییر فشار در محدوده مشخص شده بر پارامترهای خروجی تأثیر نمی گذارد، بنابراین در این مورد، i.e. بخشی از نمودار وابستگی ... در .... با پاره ای از یک خط مستقیم افقی .... نشان داده می شود و نه با یک منحنی نقطه چین مطابق با فرمول (10.2).

حداکثر دبی جرمی ممکن گاز جاری برای پارامترهای داده شده حالت گاز در دیگ بخار ... و ... با فرمول (9.4) در تعیین می شود.

(10.3)

و در محدوده فشار برگشتی 0 اجرا می شود<پ n ≤ پ * (0<π н ≤π *).

وقتی برابری برقرار است

, (10.4)

که در آن qدر = q(π n) با فرمول (10.2) با π در =π n تعیین می شود.

سرعت بحرانیسرعت گاز در بخش خروجی کانال، در فشاری برابر یا کمتر از بحرانی - P K نامیده می شود.

w K = Ö 2 (g/(g + 1)) P 1 x 1

در هنگام خروج گاز ایده آل، سرعت بحرانی فقط به پارامترهای اولیه و ماهیت آن بستگی دارد و برابر با سرعت صدای گاز (a) در پارامترهای بحرانی است.

w K = a = Ö g P K x K

نازل ترکیبی لاوال برای استفاده از افت فشار زیاد و تولید سرعت جریان بیش از سرعت بحرانی یا صدا طراحی شده است. نازل لاوال از یک بخش مخروطی کوتاه و یک نازل مخروطی در حال گسترش تشکیل شده است (شکل 5.1). آزمایشات نشان می دهد که زاویه مخروط قسمت در حال انبساط باید برابر با  = 8-12 o باشد. در زوایای بزرگ، جدا شدن جت از دیواره های کانال مشاهده می شود.

دبی و دبی دوم گاز ایده آل با فرمول های (5.7) و (5.9) تعیین می شوند.
طول قسمت در حال گسترش نازل را می توان با معادله تعیین کرد:

l = (D – d) / 2 tan(/2) , (5.13)

جایی که:  - زاویه مخروطی نازل؛
D - قطر خروجی؛
d قطر نازل در حداقل بخش است.

سوال

نازل لاوال- یک کانال گاز با مشخصات ویژه که جریان گاز عبوری از آن را به سرعت های مافوق صوت تسریع می کند. به طور گسترده در برخی از انواع توربین های بخار استفاده می شود و بخش مهمی از موتورهای موشکی مدرن و موتورهای هواپیمای جت مافوق صوت است.

نازل کانالی است که در وسط باریک شده است. در ساده ترین حالت، چنین نازلی ممکن است از یک جفت مخروط بریده تشکیل شده باشد که با انتهای باریکی به هم متصل شده اند.

استفاده از نازل لاوال در مواردی توصیه می شود که فشار کل گاز در جلوی نازل برای به دست آوردن فشار بحرانی در قسمت باریک نازل p که بیشتر از فشار محیطی است که گاز به آن وارد می شود کافی است. جریان می یابد، یعنی هنگامی که p rnar. حالتی که در آن p rka ( فوق بحرانی نامیده می شود؛ در prri و pr به ترتیب، رژیم های بحرانی و زیر بحرانی داریم.

استفاده از نازل لاوال به شما امکان می دهد سرعت بخار را افزایش دهید و در نتیجه کیفیت اتمیزه شدن را بهبود بخشیده و مصرف بخار را کاهش دهید. در نازل دانیلین مقدار معینی هوا به کانال های عرضه روغن کوره وارد می شود که در اثر عمل تزریق جت بخار به همراه روغن کوره مکیده می شود. برخی معتقدند که این هوا به طور قابل توجهی روند احتراق را بهبود می بخشد.

یک طبقه بندی نیروگاه های حرارتی را بر اساس نوع انرژی طبیعی اولیه مورد استفاده و نوع آزاد شده ارائه دهید. رمزگشایی نیروگاه منطقه ای دولتی. نمونه هایی از انواع نیروگاه در منطقه

بر اساس نوع انرژی طبیعی اولیه مورد استفاده انواع نیروگاه های حرارتی زیر وجود دارد:

نیروگاه های حرارتی سوخت فسیلی(زغال سنگ، نفت کوره، گاز طبیعی، شیل نفت و غیره)؛ چنین نیروگاه هایی را نیروگاه های حرارتی (به معنای محدود کلمه) می نامند. انواع اصلی نیروگاه های حرارتی که از سوخت های فسیلی استفاده می کنند، نیروگاه های زغال سنگ پودر شده و گاز و نیروگاه های حرارتی نفت هستند. برای ایستگاه های زغال سنگ پودر شده، گاز می تواند سوخت پشتیبان باشد.

نیروگاه های حرارتی سوخت هسته ای، یعنی نیروگاه های هسته ای (NPP)؛

نیروگاه های حرارتی با استفاده از منابع انرژی غیر سنتی و تجدید پذیر(NRES)، به ویژه، انرژی تابش مستقیم خورشیدی. بیایید توجه داشته باشیم که منبع اولیه تقریباً همه انواع انرژی طبیعی اولیه خورشید است. به عنوان مثال، زغال سنگ در پوسته زمین از محصولات با منشاء آلی، عمدتاً پوشش گیاهی، تشکیل شده است و رشد آن به دلیل انرژی خورشیدی رخ می دهد. علت جزر و مد اقیانوس ها چرخش ماه به دور زمین و دومی به دور خورشید است. جریان رودخانه ها در اثر تبخیر آب از سطح مخازن بزرگ در اثر انرژی خورشیدی و در پی آن بارش به صورت باران و برف ایجاد می شود.

فشار جزئی بخشی از فشار کل یک مخلوط گازی است که ناشی از گاز یا بخار معین است.گاز جزئی در مخلوط برابر با فشار گاز موجود در مخلوط است که به تنهایی دارد و همان حجمی را اشغال می کند که مخلوط در همان دما اشغال می کند.

قانون دالتوندر غیاب واکنش های شیمیایی، فشار کل مخلوط گاز P کل برابر است با مجموع فشارهای جزئی همه گازهای موجود در آن p 1, p 2, p 3 ..., p n:

P کل = p 1 + p 2 + ... + p n. (62)

فشار جزئی یک گاز معین با نسبت مولکول های آن از تعداد کل مولکول های مخلوط (کسری مولی) متناسب است:

p i = P کل · X i = P کل · . (63)

کسر مول X i نسبت تعداد مول های یک ماده داده شده - n i (یا نوع خاصی از ذره) به تعداد کل مول های ماده (یا ذرات) واقع در سیستم n i است.

کسر مول را می توان یا به کل سیستم یا به یک فاز نسبت داد. در حالت دوم، نسبت تعداد مول های یک ماده معین در این فاز به تعداد کل مول های ماده تشکیل دهنده فاز معین گرفته می شود. مجموع کسرهای مولی همه مواد تشکیل دهنده یک سیستم (یا فاز) برابر با واحد است.

ترکیب مخلوط های گازی را می توان با استفاده از قطعات وزنی و حجمی نیز بیان کرد. کسر وزنی یک گاز معین در یک مخلوط، نسبت جرم این گاز به جرم مخلوط گاز است.اگر کسر وزنی گازها را با G 1، G 2، G 3، ...، G i نشان دهیم. و جرم گازهای موجود در مخلوط - از طریق m 1، m 2، m 3، ...، m i و جرم کل مخلوط گاز - از طریق m، سپس به دست می آوریم:

G 1 = G 2 = G 3 = ... G n = (64)

G 1 + G 2 + G 3 + … + G n = 1

m 1 + m 2 + m 3 + … + m n = m.

برای بیان ترکیب یک مخلوط گاز در واحدهای حجمی، لازم است حجم گازهای تشکیل دهنده مخلوط را به یک فشار و دمای یکسان برسانیم. حجم یک گاز منفرد موجود در یک مخلوط کاهش یافته به فشار مخلوط را حجم کاهش یافته می گویند.برای یافتن حجم کاهش یافته گاز در فشار مخلوط گاز Ptot و دمای T، لازم است از قانون بویل-ماریوت استفاده شود:

p 1 V کل = v 1 P کل; p 2 V total = v 2 P total; p 3 V total = v 3 P total; ... p n V کل = v n P کل،

که در آن v 1، v 2، v 3، ...، v n حجم کاهش یافته گازهای جداگانه ای هستند که مخلوط را تشکیل می دهند. р 1، р 2، р 3، ...، р n - فشار جزئی گازهای منفرد.

v 1 = v 2 = v 3 = …; v n = (65)

مجموع حجم کاهش یافته گازهای منفرد برابر است با حجم کل مخلوط:

v 1 + v 2 + v 3 + … + v n = V کل.

نسبت حجم کاهش یافته گازهای منفرد به حجم کل مخلوط را کسر حجمی می گویندو از طریق r بیان می شود:

r 1 = r 2 = r 3 = ...; r n = (66)

برای مخلوط های گازی، ترکیب بیان شده توسط کسرهای حجمی و مول یکسان است، یعنی:

…; (67)

میانگین وزن مولکولی مخلوط گاز، اگر کسر حجمی گازهای موجود در مخلوط مشخص باشد، با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

M av = M 1 r 1 + M 2 r 2 + M 3 r 3 + … + M n r n. (68)

مثال 7.گاز را به شرایط عادی برسانید (حجم V را محاسبه کنید که مقدار معینی از گاز در 273 K و 1.0133 10 5 Pa اشغال می کند)، اگر در 373 K و 1.333 103 Pa حجم آن 3 10 -2 m 3 باشد.

راه حل.با استفاده از رابطه (59) حجم گاز را تعیین می کنیم:

مثال 8.گاز تحت فشار 1.2 10 5 N/m 2 حجم 4.5 لیتر را اشغال می کند. اگر بدون تغییر دما، حجم به 5.5 لیتر افزایش یابد، فشار چقدر خواهد بود؟

راه حل.با استفاده از قانون بویل-ماریوت (52):

از کجا بیاریم

مثال 9.حجم جزئی بخار آب، نیتروژن و اکسیژن و فشار جزئی نیتروژن و اکسیژن در هوای مرطوب را محاسبه کنید. حجم کل مخلوط 2 · 10 - 3 متر مکعب است ، فشار کل 1.0133 · 10 5 Pa ، فشار جزئی بخار آب 1.233 · 10 4 Pa ​​است. ترکیب حجمی هوا 21% O 2 و 79 % N 2 است.

راه حل.حجم جزئی بخار آب V را با استفاده از رابطه (65) محاسبه می کنیم:

V=

ما حجم جزئی O 2 و N 2 را محاسبه می کنیم:

V + V = V - V = 0.002 - 0.00024 = 1.76·10 -3 m3.

V/V = 0.21/0.79.

V = 1.76·10 -3 m3 · 0.21 = 0.37·10 -3 m3;

V = 1.76·10 -3 m3 · 0.79 = 1.39·10 -3 m3.

فشار جزئی O 2 را با استفاده از رابطه (63) محاسبه می کنیم:

P = P x،

x = V / V = ​​0.37 10 -3 m 3 / 2 10 -3 m 3 = 0.186;

P = 1.0133 10 5 Pa 0.186 = 1.866 10 4 Pa;

و از آنجایی که P = P + P + P، پس

P = 1.0133 10 5 Pa - 1.866 10 4 Pa ​​- 1.233 10 4 Pa ​​= 7.033 10 4 Pa.

انتخاب 1.

5. در شرایط عادی، چگالی دی اکسید کربن 1.977 کیلوگرم بر متر مکعب است. چه فشاری برای فشرده سازی گاز باید اعمال شود تا چگالی آن در دمای 0 درجه سانتیگراد به 10 کیلوگرم بر متر مکعب برسد؟

6. مخلوط گاز شامل 3 m 3 CO 2 گرفته شده در فشار 95940 N/m 2، 4 m 3 O 2 در فشار 106600 N / m 2، 6 m 3 N 2 در فشار 93280 N / متر 2. حجم مخلوط 10 متر مکعب است. فشار جزئی گازهای موجود در مخلوط و فشار کل مخلوط را تعیین کنید (دما ثابت است).

گزینه 2.

5. جرم 1 متر مکعب نیتروژن در دمای 10 درجه سانتیگراد و فشار 9.86·10 4 N/m2 برابر با 1.175 کیلوگرم است. جرم همان حجم نیتروژن تحت فشار 1.092·10 5 N/m 2 در همان دما چقدر است؟

6. هوای خشک تقریباً ترکیب زیر را دارد (جلد٪): N 2 78.09; O 2 20.95; Ar 0.93; CO 2 0.03٪. جرم 40 متر مکعب هوای خشک را در دمای 22 درجه سانتیگراد و فشار معمولی تعیین کنید.

گزینه 3.

5. در دمای 37 درجه سانتی گراد، حجم گاز 0.50 متر مکعب است. اگر فشار ثابت بماند گاز در 100 درجه سانتیگراد چه حجمی را اشغال می کند؟

6. مخلوط گاز از 3 لیتر CH 4 در فشار 95940 نیوتن بر متر مربع تهیه شد. 4 لیتر H 2 در فشار 83950 نیوتن بر متر مربع و 1 لیتر CO در فشار 108700 نیوتن بر متر مربع. حجم مخلوط 8 لیتر است. فشار جزئی گازها در مخلوط و فشار کل مخلوط را تعیین کنید.

گزینه 4.

5. در دمای 18 درجه سانتیگراد، فشار در سیلندر نیتروژن 1.621·10 6 N/m 2 است. در چه دمایی فشار دو برابر می شود؟

گزینه 5.

5. حجم گازهای دودکش را در فشار معمولی محاسبه کنید، اگر حجم آنها در فشار 9.888·10 4 N/m 2 و دمای ثابت برابر با 10 m 3 باشد؟

6. گاز کوره بلند دارای ترکیب تقریبی (حجم درصد) است: CO 28; N 2 3; CO 2 10; N 2 59. اگر فشار کل مخلوط گاز 106400 نیوتن بر متر مربع باشد، فشار جزئی گازهای تشکیل دهنده مخلوط را محاسبه کنید.

گزینه 6.

5. اگر اکسیژن در دمای 0 درجه سانتیگراد 6.242 کیلوگرم بر متر مکعب باشد، تحت چه فشاری قرار دارد؟ چگالی اکسیژن در هیچ 1.429 کیلوگرم بر متر مکعب.

6. گاز تبدیل به گاز زیرزمینی تقریباً دارای ترکیب زیر است (حجم درصد): CO 12; N 2 14; N 2 62.2; CO 2 10 و CH 4 1.8. ترکیب این مخلوط گازها را بر حسب درصد وزنی تعیین کنید.

گزینه 7.

5. فشار اکسیژن در سیلندر در دمای 15 درجه سانتیگراد 1.255·10 7 N/m 2 است. اگر سیلندر تا -33 درجه سانتیگراد خنک شود، فشار گاز چقدر کاهش می یابد؟

6. گاز تولید کننده تقریباً ترکیب زیر را دارد (وزنی %): CO 2 12; N 2 14; CO 20; N 2 54. مقدار هر جزء از گاز ژنراتور را بر حسب حجم محاسبه کنید.

گزینه 8.

5. چند متر مکعب دی اکسید کربن در دمای 22 درجه سانتیگراد و 99289 نیوتن بر متر مربع را می توان با پختن 1000 کیلوگرم سنگ آهک حاوی 90 درصد CaCO 3 به دست آورد؟

6. سیلندر با ظرفیت 20 لیتر در دمای 18 درجه سانتیگراد حاوی مخلوطی از 28 گرم اکسیژن و 24 گرم آمونیاک است. فشار جزئی هر گاز و فشار کل مخلوط را تعیین کنید.

گزینه 9.

5. فشاری که 13.5 گرم مونوکسید کربن در ظرفی با ظرفیت 8 لیتر در دمای 150 درجه سانتیگراد تحت آن قرار می گیرد را تعیین کنید؟

گزینه 10.

5. بالاترین درجه حرارت در مخزن گاز در تابستان 40ºC و کمترین آن در زمستان -30ºC است. یک مخزن گاز با ظرفیت 2000 متر مکعب در زمستان چقدر بیشتر از تابستان در فشار معمولی متان (بر حسب جرم) می تواند نگه دارد؟

6. ظرفی با ظرفیت 2 لیتر حاوی 5.23 گرم نیتروژن و 7.10 گرم هیدروژن است. فشار کل مخلوط گاز را در 25 درجه سانتیگراد محاسبه کنید.

مخلوط های گاز ایده آل مخلوط هایی هستند که از قوانین گازهای ایده آل پیروی می کنند. در غیاب واکنش های شیمیایی، فشار کل یک مخلوط گاز ایده آل آرمجموع برابر است با مجموع فشارهای متناسب همه گازهای وارد شده به آن آر 1 , آر 2 , آر 3 , …, р n(قانون دالتون). فشار جزئی گاز مخلوط برابر با فشار گازی است که به تنهایی دارد و حجم مخلوط را در همان دما اشغال می کند:

آرکل = آر 1 + آر 2 + آر 3 + …+ р n.

ترکیبات مخلوط گاز را می توان با جرم، کسر حجمی، تعداد مول یا کسر مول بیان کرد. کسر جرمی یک گاز معین در یک مخلوط، نسبت جرم این گاز به جرم مخلوط گاز است. تعیین کسر جرمی گازهای عبوری جی 1 ,جی 2 ,جی 3 , …,جی، توده های گاز در مخلوط – از طریق متر 1 ,متر 2 ,متر 3 , …,مترو جرم کل مخلوط گاز - از طریق متر، ما گرفتیم

جی 1 = متر 1 /متر; جی 2 = متر 2 /متر; جی 3 = متر 3 /متر; …; جی = متر/متر,

جی 1 +جی 2 +جی 3 + … + جی= 1، a متر 1 + متر 2 + متر 3 + … + متر .

برای بیان ترکیب یک مخلوط گاز در کسر حجمی، لازم است حجم گازهای تشکیل دهنده مخلوط را به فشار و دمای یکسان برسانیم. حجم یک گاز منفرد موجود در یک مخلوط کاهش یافته به فشار مخلوط را حجم کاهش یافته می گویند. برای یافتن حجم کاهش یافته گاز در فشار مخلوط گاز آرکل و دما تیاستفاده از قانون بویل ماریوت ضروری است:

آر 1 Vکل = υ 1 آرعمومی؛ آر 2 Vکل = υ 2 آرعمومی؛

آر 3 Vکل = υ 3 آرعمومی؛ pVکل = υ Рجمع

جایی که υ 1 , υ 2 ,υ 3 , …, υ - حجم داده شده از گازهای جداگانه که مخلوط را تشکیل می دهند. آر 1 , آر 2 , آر 3 , …, آر- فشار جزئی گازهای منفرد؛

υ 1 = υ 2 =

υ 3 = υ =

مجموع حجم کاهش یافته گازهای منفرد برابر با حجم کل مخلوط است

υ 1 + υ 2 + υ 3 + …+υ= Vجمع

نسبت حجم کاهش یافته گازهای منفرد به حجم کل مخلوط را حجم کسری می گویند و با نشان داده می شود. r:

r 1 = υ 1 / Vعمومی؛ r 2 = υ 2 / Vعمومی؛ r 3 = υ 3 / Vعمومی؛ ...; r= υ / Vجمع

کسر کیلومولری (مولری) گاز در یک مخلوط گازی نسبت تعداد کیلومتر مول (مول) گاز معین است. n 1 ,n 2 , n 3 , …, nبه تعداد کل کیلومتر (مول) گازهای تشکیل دهنده این مخلوط:

∑n = n 1 + n 2 + n 3 + … + n

n 1 / ∑n;n 2 / ∑n;n 3 / ∑n;…;n/ ∑n.

برای مخلوط‌های گازی ایده‌آل، ترکیب، که در بخش‌های حجمی و مول بیان می‌شود، یکسان است، یعنی.

n 1 / ∑n = υ 1 / Vکل = r 1; n 2 / ∑n = υ 2 / Vکل = r 2;

n 3 / ∑n = υ 3 / Vکل = r 3; n/ ∑n = υ / Vکل = r.

تعداد کیلومترها را می توان با تقسیم جرم ها تعیین کرد متر 1 ,متر 2 ,متر 3 , …,متر(کیلوگرم) برای وزن مولکولی گازهای موجود در مخلوط:

n 1 = متر 1 /م 1 ;n 2 = متر 2 /م 2 ; n 3 = متر 3 /م 3 ;…; n= متر/م.

محاسبه فشار جزئی هر گاز بر اساس فشار کل مخلوط گازها (تعیین شده به طور تجربی) و محتوای مولی گازهای موجود در مخلوط مطابق فرمول راحت است.

آر =(n/ ∑n)آرجمع

اگر جرم گازها و دمای مخلوط مشخص باشد، برای یک گاز منفرد از معادله حالت یک گاز ایده آل استفاده می شود:

آر =nRT/Vجمع

معادله حالت مخلوط گازها به صورت زیر نوشته می شود:

آربطور کلی Vکل = ∑ nRT،

آربطور کلی Vکل =( مترسانتی متر / مچهارشنبه) RT,

جایی که مترسانتی متر - جرم مخلوط گاز، کیلوگرم؛ ∑ n- مجموع گازهای تشکیل دهنده مخلوط، kmol. م cf میانگین وزن مولکولی مخلوط گاز است که با استفاده از فرمول قانون اختلاط با در نظر گرفتن وزن مولکولی گازهای تشکیل دهنده مخلوط و کسر حجمی آنها محاسبه می شود:

ممیانگین = م 1 r 1 + م 2 r 2 + م 3 r 3 + … + آقای.

کسر حجمی، مولی و جرمی گازها در یک مخلوط گازی را می توان به صورت درصد بیان کرد. برای تغییر از کسر حجمی بیان شده به صورت درصد r(%)، به کسرهای جرمی بر حسب درصد متر(%) از فرمول استفاده می کند

متر(%) =r(%) (MMچهارشنبه)

جایی که م- وزن مولکولی یک گاز معین؛ م av - میانگین وزن مولکولی مخلوطی از گازها.

اگر ترکیب مخلوط گاز در کسر جرمی گازهای جداگانه بیان شود، وزن مولکولی متوسط ​​با استفاده از فرمول محاسبه می شود.

م cf = .

مثال 1.مخلوط گاز شامل 3 متر مکعب دی اکسید کربن است که در فشار 95940 Pa، 4 متر مکعب اکسیژن در فشار 106600 Pa، 6 متر مکعب نیتروژن با فشار 93280 Pa است. حجم مخلوط 10 متر مکعب است. فشار جزئی گازهای مخلوط و فشار کل مخلوط را تعیین کنید. دما ثابت است.

راه حل: فشارهای جزئی هر گاز را با استفاده از فرمول قانون بویل-ماریوت محاسبه می کنیم:

Pa;
Pa;

پا.

آرمجموع = 28,782 + 42,640 + 55,968 = 127,390 Pa.

مثال 2.هوای خشک تقریباً ترکیب زیر را دارد (%): N 2 78.09; O 2 20.95؛ Ar 0.93; CO 2 0.03. جرم 40 متر مکعب هوای خشک را در دمای 22 درجه سانتیگراد و فشار معمولی تعیین کنید.

راه حل: با استفاده از فرمول، میانگین وزن مولکولی هوا را محاسبه می کنیم:

م av =،

ممیانگین = 28.02 ∙ 0.7809 + 32.00 ∙ 0.2095 + 39.94 ∙ 0.0093 + 44.01 ∙ 0.0003 = 28.97.

برای تعیین مترهوا از معادله استفاده می کنیم

مترهوا =
کیلوگرم.

مثال 3.در ظرفی به حجم 2000 متر مکعب، 1 کیلوگرم نیتروژن، 2 کیلوگرم اکسیژن و 3 کیلوگرم هیدروژن مخلوط می شود. حجم و فشار جزئی اجزای مخلوط گاز و همچنین فشار کل مخلوط گاز را در 17 درجه سانتیگراد محاسبه کنید.

راه حل: تعداد کیلومتر مول گازها را با استفاده از معادله محاسبه می کنیم:

; ; ;

∑n = 0,03569 + 0,0625 + 1,485 = 1,583;تی= 273 + 17 = 290 K.

فشار کل مخلوط گاز را تعیین کنید آرعمومی:

آرکل =
پا.

فشار جزئی گازها را در مخلوط محاسبه می کنیم:

پا،

Pa;
پا.

ما حجم جزئی گازها را تعیین می کنیم:

متر 3;

متر 3;
m 3.

21. سیلندر با ظرفیت 20 لیتر در دمای 18 درجه سانتیگراد حاوی مخلوطی از 28 گرم اکسیژن و 24 گرم آمونیاک است. فشار جزئی هر گاز و فشار کل مخلوط را تعیین کنید

22. ظرفی با حجم 7 لیتر حاوی 0.4 گرم هیدروژن و 3.15 گرم نیتروژن در دمای 0º C است. فشار جزئی گازها و فشار کل مخلوط گاز را تعیین کنید.

23. در ظرفی با حجم 6 لیتر، 1 گرم آب و هگزان C 6 H 14 که تا دمای 250 درجه سانتیگراد حرارت داده شده در خلاء وارد شده و حجم جزئی گازهای مخلوط را محاسبه کنید.

24. 5 لیتر نیتروژن، 2 لیتر اکسیژن و 3 لیتر دی اکسید کربن به ترتیب تحت فشار 2.3 ∙ 10 5 گرفته می شود. 2.7 ∙ 10 5 و 5.6 ∙ 10 5 Pa و مخلوط شده و حجم مخلوط 15 لیتر است. فشارهای جزئی، حجم جزئی گازهای موجود در مخلوط و فشار کل مخلوط گاز را محاسبه کنید.

25. مخلوط گازی از 3 لیتر متان در فشار 95940 Pa، 4 لیتر هیدروژن در فشار 83950 Pa و 1 لیتر مونوکسید کربن در فشار 108700 Pa تهیه می شود. حجم مخلوط 8 لیتر است. فشارهای جزئی، حجم جزئی گازهای منفرد در مخلوط و فشار کل مخلوط گازها را تعیین کنید.

26. دو سیلندر اکسیژن با ظرفیت 3 و 4 لیتر توسط یک لوله با شیر به یکدیگر متصل می شوند. با بسته شدن شیر، فشار اکسیژن در سیلندر اول 55970 Pa و در سیلندر دوم 103500 Pa است. دمای گاز یکسان است. اگر شیر آب را باز کنید فشار سیلندرها در همان دما چقدر خواهد بود؟ حجم لوله را نادیده بگیرید.

27. سه سیلندر با ظرفیت 3، 7 و 5 لیتر به ترتیب با اکسیژن پر شده است. Pa)، نیتروژن ( Pa) و دی اکسید کربن ( Pa) در همان دما. سیلندرها به یکدیگر متصل می شوند و مخلوطی از همان دما تشکیل می شود. فشار کل مخلوط گاز چقدر است؟

28. مخلوطی از نیتروژن و هیدروژن در گازومتر با ظرفیت 8 لیتر در دمای 20 درجه سانتیگراد است. فشار جزئی هیدروژن 50660 Pa، مقدار نیتروژن 0.85 مول است. فشار مخلوط گاز را در گازومتر تعیین کنید.

29. مخلوطی حاوی نیتروژن و 0.854 مول هیدروژن، در فشار 3.55 ∙ 10 5 Pa و 20 درجه سانتیگراد، حجم 25 لیتر را اشغال می کند. تعداد مول های نیتروژن و جرم نیتروژن را تعیین کنید.

30. مخلوطی از گازها دارای ترکیب (کسر حجمی، %): H 2 3.0; CO 2 11.0; CO 26.0; N 2 60.0. جرم 80 متر مکعب از این مخلوط را در دمای 15 درجه سانتیگراد و فشار اتمسفر معمولی تعیین کنید.

اگر گازی از مخلوطی از چند گاز تشکیل شده باشد، قانون دالتون به محاسبه فشار مخلوط کمک می کند.

جایی که p v p 2 , ръ - فشارهای جزئیگازهای موجود در مخلوط

فشار جزئیآنها فشاری را که یک گاز به تنهایی کل حجم موجود را اشغال می کرد، می نامند.

نظریه سینتیک مولکولی(MKT) در قرن 19 پدید آمد. و ساختار ماده (عمدتاً گازها) را از نظر سه حکم ارائه کرد:

• همه اجسام از ذرات تشکیل شده اند: اتم ها و مولکول ها.
• ذرات در حرکت آشفته پیوسته (حرارتی) هستند.
• ذرات از طریق برخوردهای کاملاً الاستیک با یکدیگر تعامل دارند.

MCT به یکی از موفق ترین تئوری های فیزیکی تبدیل شده است و توسط تعدادی از حقایق تجربی تأیید شده است. یک تایید تجربی واضح از حرکت حرارتی آشفته اتم ها و مولکول ها بود حرکت براونی

حرکت براونی - این پدیده توسط رابرت براون 1 در سال 1827 کشف شد. او با مشاهده حرکت گرده گل معلق در آب از طریق میکروسکوپ، مسیرهای زیگزاگی نامرتب ذرات را مشاهده کرد.

علت حرکت براونی، حرکت حرارتی مولکول های محیط است که در اثر نوسانات فشار ایجاد می شود. تأثیرات مولکول های محیط، ذره را به حرکت تصادفی سوق می دهد: سرعت آن به سرعت در اندازه و جهت تغییر می کند. تئوری کامل حرکت براونی بعداً توسط آلبرت اینشتین و ماریان اسمولوچوفسکی ارائه شد.

معادله پایه MKT فشار گاز بر روی دیواره یک ظرف با ضربه ای تعیین می شود که مولکول های گاز هنگام برخورد با آن به دیواره ظروف وارد می کنند. هر چه سرعت مولکول بیشتر باشد، تکانه ای که حمل می کند بیشتر است، روی دیواره قوی تر عمل می کند، یعنی. آر ~ vعلاوه بر این، جرم مولکول بیشتر است تی، هر چه انگیزه بالاتر باشد، آر ~ تی.هر چه غلظت مولکول ها بیشتر باشد پ، هر چه برخوردها بیشتر اتفاق بیفتد، بنابراین، آر ~ پ.با فرض اینکه فشار به طور مساوی در تمام جهات در فضا توزیع شده باشد (x, z/, z) در نهایت می نویسیم

انرژی جنبشی یک مولکول E = mv / 2. با اتصال دو معادله آخر به یکدیگر، بدست می آوریم

آخرین معادله نامیده می شود معادله اصلی MKT.این معادله نشان می دهد که میانگین انرژی جنبشی مولکول های گاز ایده آل است (E)متناسب با دمای آن تی.توجه داشته باشید که معادله برای گاز ایده آل تک اتمی نوشته شده است. برای یک گاز چند اتمی به شکلی در می آید

جایی که من-تعداد درجات آزادی یک مولکول که قبلاً برای شما شناخته شده است. از برابری

به دنبال آن است ریشه میانگین سرعت مربعمولکول های گاز تک اتمی برابر است با

توزیع ماکسول 1 یک توزیع احتمال است که اغلب در بخش های مساوی فیزیک (و نه تنها) یافت می شود و زمینه ساز MCT است. توزیع ماکسول همچنین برای فرآیندهای انتقال الکترونیکی برای توصیف خواص مولکول‌های منفرد در یک گاز قابل استفاده است. معمولاً این توزیع به توزیع انرژی های مولکول ها در یک گاز اشاره دارد، اما می توان آن را برای توزیع سرعت، لحظه و مدول مولکول ها نیز به کار برد. همچنین می توان آن را به صورت توزیع گسسته بر روی بسیاری از سطوح انرژی گسسته یا به صورت توزیع پیوسته بر روی برخی زنجیره های انرژی بیان کرد.

ما خود را به در نظر گرفتن تنها یک کاربرد از توزیع ماکسول محدود می کنیم - توزیع سرعت مولکول های گاز.

از نظر ریاضی، تابع توزیع ماکسول (شکل 4.1) به صورت زیر نوشته شده است:

برنج. 4.1.

اجازه دهید معنای ریاضی تابع توزیع را توضیح دهیم. هر تابع توزیع (از جمله ماکسول) این احتمال را نشان می دهد که یک کمیت خاص (در مورد ما، سرعت مولکول های گاز) v)مقدار مشخصی را می گیرد. تابع توزیع سرعت ماکسول f(v)احتمال اینکه سرعت یک مولکول گاز باشد را نشان می دهد v

در شکل 4.1 در منحنی توزیع سرعت، سه نقطه مشخصه مشخص شده است: o - به احتمال زیادسرعت مولکول (مطابق با حداکثر است، زیرا بیشترین احتمال را دارد، از این رو نام آن است)، r> sr - سرعت متوسطمولکول ها (احتمال آن کمی کمتر است) و g. kv - مربع متوسطسرعت (با احتمال کمتر).

بیایید عبارات ریاضی را برای هر سه سرعت تعریف کنیم. برای یافتن محتمل ترین سرعت مطابق با حداکثر مقدار /( v)نیاز به محاسبه df/dv،آن را برابر با صفر قرار دهید و آن را حل کنید v

جیمز کلرک ماکسول (1831 - 1879) - فیزیکدان و ریاضیدان بریتانیایی. او پایه های الکترودینامیک کلاسیک مدرن (معادلات ماکسول) را پایه گذاری کرد، مفاهیم جریان جابجایی و میدان الکترومغناطیسی را وارد فیزیک کرد، وجود امواج الکترومغناطیسی، ماهیت الکترومغناطیسی نور را پیش بینی کرد، یکی از پایه گذاران نظریه جنبشی گازها و نویسنده اصل عکاسی رنگی.

فشار جزئی هر گاز موجود در مخلوط، فشاری است که توسط همان جرم گاز معین ایجاد می شود اگر کل حجم مخلوط را در همان دما اشغال کند.

در طبیعت و فناوری، ما اغلب نه تنها با یک گاز خالص، بلکه با مخلوطی از چندین گاز سر و کار داریم. به عنوان مثال، هوا مخلوطی از نیتروژن، اکسیژن، آرگون، دی اکسید کربن و گازهای دیگر است. فشار مخلوط گاز به چه چیزی بستگی دارد؟

در سال 1801، جان دالتون آن را تأسیس کرد فشار مخلوطی از چند گاز برابر است با مجموع فشارهای جزئی همه گازهای سازنده مخلوط.

این قانون نامیده شد قانون فشار جزئی گازها

قانون دالتون فشار جزئی هر گاز موجود در یک مخلوط، فشاری است که توسط همان جرم گاز معین اگر کل حجم مخلوط را در همان دما اشغال کند، ایجاد می‌شود.

قانون دالتون بیان می کند که فشار مخلوطی از گازها (ایده آل) مجموع فشارهای جزئی اجزای مخلوط است (فشار جزئی یک جزء فشاری است که یک جزء اگر به تنهایی کل فضای اشغال شده را اشغال کند اعمال می کند. توسط مخلوط). این قانون نشان می دهد که هر جزء تحت تأثیر وجود اجزای دیگر قرار نمی گیرد و خواص اجزای مخلوط تغییر نمی کند.

دو قانون دالتون

قانون 1 فشار مخلوطی از گازها برابر است با مجموع فشارهای جزئی آنها. از این نتیجه می شود که فشار جزئی یک جزء از مخلوط گاز برابر است با حاصلضرب فشار مخلوط و کسر مولی این جزء.

قانون 2 حلالیت یک جزء از مخلوط گاز در یک مایع معین در دمای ثابت با فشار جزئی این جزء متناسب است و به فشار مخلوط و ماهیت اجزای دیگر بستگی ندارد.

این قوانین توسط J. Dalton فرموله شد. در 1801 و 1803.

معادله قانون دالتون

همانطور که قبلا ذکر شد، اجزای جداگانه یک مخلوط گاز مستقل در نظر گرفته می شوند. بنابراین، هر جزء فشار ایجاد می کند:

\[ p = p_i k T \quad \چپ(1\راست)، \]

و فشار کل برابر است با مجموع فشارهای اجزای:

\[ p = p_(01) k T + p_(02) k T + \cdots + p_(i) k T = p_(01) + p_(02) + \cdots + p_(i) \quad \left( 2\راست)،\]

که در آن \(p_i\) فشار جزئی جزء گاز i است. این معادله قانون دالتون است.

در غلظت های بالا و فشارهای بالا، قانون دالتون دقیقاً برآورده نمی شود. از آنجایی که بین اجزای مخلوط اثر متقابل وجود دارد. اجزا دیگر مستقل نیستند. دالتون قانون خود را با استفاده از فرضیه اتمی توضیح داد.

بگذارید جزء i در مخلوطی از گازها وجود داشته باشد، سپس معادله مندلیف-کلیپرون به شکل زیر خواهد بود:

\[ ((p)_1+p_2+\dots +p_i)V=(\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)((\mu )_2)+\dots +\frac(m_i )((\mu)_i))RT\ \quad \چپ(3\راست)، \]

که در آن \(m_i\) جرم اجزای مخلوط گاز است، \((\mu )_i\) جرم مولی اجزای مخلوط گاز است.

اگر وارد شوید \(\چپ\langle \mu \راست\رنگ\)به طوری که:

\[ \frac(1)(\left\langle \mu \right\rangle )=\frac(1)(m)\left[\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)( (\mu )_2)+\dots +\frac(m_i)((\mu )_i)\right] \quad \left(4\right), \]

سپس معادله (3) را به شکل زیر می نویسیم:

\[ pV=\frac(m)(\left\langle \mu \right\rangle )RT \quad \left(5\right). \]

قانون دالتون را می توان به صورت زیر نوشت:

\[ p=\sum\limits^N_(i=1)(p_i)=\frac(RT)(V)\sum\limits^N_(i=1)((\nu )_i)\ \quad \چپ (6\راست). \]

\[ p_i=x_ip\ \quad \چپ(7\راست)، \]

جایی که \(x_i-molar\ غلظت\ i-th\)گاز در مخلوط، در حالی که:

\[ x_i=\frac((\nu)_i)(\sum\limits^N_(i=1)(n_i))\ \quad \چپ(8\راست)، \]

که در آن \((\nu )_i \) تعداد مولهای گاز \(i-th\) در مخلوط است.

جاوا اسکریپت در مرورگر شما غیرفعال است.
برای انجام محاسبات، باید کنترل های ActiveX را فعال کنید!