Главниот физички својствавоздух: густина на воздухот, неговата динамичка и кинематска вискозност, специфичен топлински капацитет, топлинска спроводливост, топлинска дифузија, Прандтл број и ентропија. Својствата на воздухот се дадени во табели во зависност од температурата при нормален атмосферски притисок.

Густина на воздухот во зависност од температурата

Претставена е детална табела за вредностите на густината на сув воздух при различни температури и нормален атмосферски притисок. Која е густината на воздухот? Густината на воздухот може да се одреди аналитички со делење на неговата маса со волуменот што го зафаќа.под дадени услови (притисок, температура и влажност). Можете исто така да ја пресметате неговата густина користејќи ја формулата на равенката на состојбата на идеалниот гас. За да го направите ова, треба да го знаете апсолутниот притисок и температура на воздухот, како и неговата константна гасна и моларен волумен. Оваа равенка ви овозможува да ја пресметате сувата густина на воздухот.

На пракса, да дознае колкава е густината на воздухот на различни температури, погодно е да се користат готови табели. На пример, дадената табела со вредности на густина атмосферски воздухво зависност од неговата температура. Густината на воздухот во табелата е изразена во килограми на кубен метар и е дадена во температурен опсег од минус 50 до 1200 степени Целзиусови при нормален атмосферски притисок (101325 Pa).

Густина на воздухот во зависност од температурата - табела

t, °С	ρ, kg/m 3	t, °С	ρ, kg/m 3	t, °С	ρ, kg/m 3	t, °С	ρ, kg/m 3
-50	1,584	20	1,205	150	0,835	600	0,404
-45	1,549	30	1,165	160	0,815	650	0,383
-40	1,515	40	1,128	170	0,797	700	0,362
-35	1,484	50	1,093	180	0,779	750	0,346
-30	1,453	60	1,06	190	0,763	800	0,329
-25	1,424	70	1,029	200	0,746	850	0,315
-20	1,395	80	1	250	0,674	900	0,301
-15	1,369	90	0,972	300	0,615	950	0,289
-10	1,342	100	0,946	350	0,566	1000	0,277
-5	1,318	110	0,922	400	0,524	1050	0,267
0	1,293	120	0,898	450	0,49	1100	0,257
10	1,247	130	0,876	500	0,456	1150	0,248
15	1,226	140	0,854	550	0,43	1200	0,239

На 25°C, воздухот има густина од 1,185 kg/m3.Кога се загрева, густината на воздухот се намалува - воздухот се шири (неговиот специфичен волумен се зголемува). Како што температурата се зголемува, на пример до 1200°C, се постигнува многу мала густина на воздухот, еднаква на 0,239 kg/m 3, што е 5 пати помало од неговата вредност на собна температура. Општо земено, намалувањето за време на загревањето овозможува да се одвива процес како што е природната конвекција и се користи, на пример, во аеронаутиката.

Ако ја споредиме густината на воздухот во однос на , тогаш воздухот е полесен за три реда на големина - на температура од 4°C, густината на водата е 1000 kg/m3, а густината на воздухот е 1,27 kg/m3. Исто така, неопходно е да се забележи вредноста на густината на воздухот во нормални услови. Нормални услови за гасови се оние во кои нивната температура е 0°C, а притисокот е еднаков на нормалниот атмосферски притисок. Така, според табелата, густината на воздухот во нормални услови (во NL) е 1,293 kg/m 3.

Динамичка и кинематска вискозност на воздухот на различни температури

При вршење на термички пресметки, потребно е да се знае вредноста на вискозноста на воздухот (коефициент на вискозност) на различни температури. Оваа вредност е потребна за пресметување на броевите на Рејнолдс, Грашоф и Рејли, чии вредности го одредуваат режимот на проток на овој гас. Во табелата се прикажани вредностите на динамичките коефициенти μ и кинематички ν вискозноста на воздухот во температурен опсег од -50 до 1200°C при атмосферски притисок.

Коефициентот на вискозност на воздухот значително се зголемува со зголемување на температурата.На пример, кинематичката вискозност на воздухот е еднаква на 15,06 10 -6 m 2 / s на температура од 20 ° C, а со зголемување на температурата до 1200 ° C, вискозноста на воздухот станува еднаква на 233,7 10 -6 m 2 /s, односно се зголемува 15,5 пати! Динамичкиот вискозитет на воздухот на температура од 20°C е 18,1·10 -6 Pa·s.

Кога воздухот се загрева, вредностите и на кинематичката и на динамичката вискозност се зголемуваат. Овие две количини се поврзани една со друга преку густината на воздухот, чија вредност се намалува кога овој гас се загрева. Зголемувањето на кинематичката и динамичката вискозност на воздухот (како и другите гасови) кога се загрева е поврзано со поинтензивни вибрации на молекулите на воздухот околу нивната рамнотежна состојба (според МКТ).

Динамички и кинематски вискозитет на воздухот на различни температури - табела

t, °С	μ·10 6, Па·с	ν·10 6, m 2 /s	t, °С	μ·10 6, Па·с	ν·10 6, m 2 /s	t, °С	μ·10 6, Па·с	ν·10 6, m 2 /s
-50	14,6	9,23	70	20,6	20,02	350	31,4	55,46
-45	14,9	9,64	80	21,1	21,09	400	33	63,09
-40	15,2	10,04	90	21,5	22,1	450	34,6	69,28
-35	15,5	10,42	100	21,9	23,13	500	36,2	79,38
-30	15,7	10,8	110	22,4	24,3	550	37,7	88,14
-25	16	11,21	120	22,8	25,45	600	39,1	96,89
-20	16,2	11,61	130	23,3	26,63	650	40,5	106,15
-15	16,5	12,02	140	23,7	27,8	700	41,8	115,4
-10	16,7	12,43	150	24,1	28,95	750	43,1	125,1
-5	17	12,86	160	24,5	30,09	800	44,3	134,8
0	17,2	13,28	170	24,9	31,29	850	45,5	145
10	17,6	14,16	180	25,3	32,49	900	46,7	155,1
15	17,9	14,61	190	25,7	33,67	950	47,9	166,1
20	18,1	15,06	200	26	34,85	1000	49	177,1
30	18,6	16	225	26,7	37,73	1050	50,1	188,2
40	19,1	16,96	250	27,4	40,61	1100	51,2	199,3
50	19,6	17,95	300	29,7	48,33	1150	52,4	216,5
60	20,1	18,97	325	30,6	51,9	1200	53,5	233,7

Забелешка: Бидете внимателни! Воздушниот вискозитет е даден со моќност од 10 6 .

Специфичен топлински капацитет на воздухот на температури од -50 до 1200°C

Прикажана е табела за специфичен топлински капацитет на воздухот на различни температури. Топлинскиот капацитет во табелата е даден при постојан притисок (изобарен топлински капацитет на воздухот) во температурен опсег од минус 50 до 1200°C за воздух во сува состојба. Колкав е специфичниот топлински капацитет на воздухот? Специфичниот топлински капацитет го одредува количеството топлина што мора да се испорача на еден килограм воздух при постојан притисок за да се зголеми неговата температура за 1 степен. На пример, на 20°C, за да се загрее 1 kg од овој гас за 1°C во изобарен процес, потребни се 1005 J топлина.

Специфичниот топлински капацитет на воздухот се зголемува со зголемување на температурата.Сепак, зависноста на масовниот топлински капацитет на воздухот од температурата не е линеарна. Во опсег од -50 до 120 ° C, неговата вредност практично не се менува - под овие услови, просечниот топлински капацитет на воздухот е 1010 J/(kg deg). Според табелата може да се види дека температурата почнува да има значителен ефект од вредност од 130°C. Сепак, температурата на воздухот влијае на неговиот специфичен топлински капацитет многу помалку од неговата вискозност. Така, кога се загрева од 0 до 1200 ° C, топлинскиот капацитет на воздухот се зголемува само 1,2 пати - од 1005 до 1210 J/(kg deg).

Треба да се напомене дека топлинскиот капацитет на влажниот воздух е поголем од оној на сувиот воздух. Ако го споредиме воздухот, очигледно е дека водата има поголема вредност и содржината на вода во воздухот доведува до зголемување на специфичниот топлински капацитет.

Специфичен топлински капацитет на воздухот на различни температури - табела

t, °С	C p , J/(kg deg)	t, °С	C p , J/(kg deg)	t, °С	C p , J/(kg deg)	t, °С	C p , J/(kg deg)
-50	1013	20	1005	150	1015	600	1114
-45	1013	30	1005	160	1017	650	1125
-40	1013	40	1005	170	1020	700	1135
-35	1013	50	1005	180	1022	750	1146
-30	1013	60	1005	190	1024	800	1156
-25	1011	70	1009	200	1026	850	1164
-20	1009	80	1009	250	1037	900	1172
-15	1009	90	1009	300	1047	950	1179
-10	1009	100	1009	350	1058	1000	1185
-5	1007	110	1009	400	1068	1050	1191
0	1005	120	1009	450	1081	1100	1197
10	1005	130	1011	500	1093	1150	1204
15	1005	140	1013	550	1104	1200	1210

Топлинска спроводливост, топлинска дифузија, Прандтол број на воздух

Табелата ги прикажува таквите физички својства на атмосферскиот воздух како што се топлинската спроводливост, топлинската дифузија и неговиот Прандтл број во зависност од температурата. Термофизичките својства на воздухот се дадени во опсег од -50 до 1200°C за сув воздух. Според табелата, може да се види дека посочените својства на воздухот значително зависат од температурата и температурната зависност на разгледуваните својства на овој гас е различна.

Лабораториска работа бр.1

Дефиниција за маса изобар

топлински капацитет на воздухот

Топлинскиот капацитет е топлината што мора да се додаде на единечна количина на супстанција за да се загрее за 1 К. Единечна количина на супстанција може да се мери во килограми, кубни метри во нормални физички услови и киломоли. Киломол гас е масата на гасот во килограми, нумерички еднаква на неговата молекуларна тежина. Така, постојат три типа топлински капацитети: маса c, J/(kg⋅K); волуметриски s′, J/(m3⋅K) и моларен, J/(kmol⋅K). Бидејќи киломол гас има маса μ пати поголема од еден килограм, не е воведена посебна ознака за моларен топлински капацитет. Врски помеѓу топлинските капацитети:

каде = 22,4 m3/kmol – волумен на киломол идеален гасво нормални физички услови; – густина на гас во нормални физички услови, kg/m3.

Вистинскиот топлински капацитет на гасот е дериват на топлина во однос на температурата:

Топлината што се испорачува на гасот зависи од термодинамичкиот процес. Може да се определи со првиот закон за термодинамика за изохоричните и изобарните процеси:

Еве ја топлината што се доставува до 1 kg гас во изобарен процес; – промена на внатрешната енергија на гасот; – работа на гасовите против надворешни сили.

Во суштина, формулата (4) го формулира првиот закон на термодинамиката, од кој следи Мајеровата равенка:

Ако ставиме = 1 K, тогаш, односно, физичкото значење на гасната константа е работата што ја врши 1 kg гас во изобарен процес кога неговата температура се менува за 1 K.

Мајеровата равенка за 1 киломол гас има форма

каде што = 8314 J/(kmol⋅K) е универзалната гасна константа.

Покрај равенката на Мајер, топлинските капацитети на изобарните и изохоричните маси на гасовите се поврзани едни со други преку адијабатскиот експонент k (Табела 1):

Табела 1.1

Вредности на адијабатски експоненти за идеални гасови

Атомичноста на гасовите
Монатомски гасови
Диатомски гасови
Три- и полиатомски гасови

ЦЕЛ НА РАБОТАТА

Консолидација на теоретските знаења за основните закони на термодинамиката. Практичен развој на методот за определување на топлинскиот капацитет на воздухот врз основа на енергетскиот биланс.

Експериментално определување на специфичната маса на топлинскиот капацитет на воздухот и споредба на добиениот резултат со референтната вредност.

1.1. Опис на поставувањето на лабораторијата

Инсталацијата (сл. 1.1) се состои од месинг цевка 1 со внатрешен дијаметар d =
= 0,022 m, на чиј крај има електричен грејач со топлинска изолација 10. Внатре во цевката се движи проток на воздух кој се снабдува 3. Протокот на воздухот може да се регулира со промена на брзината на вентилаторот. Цевката 1 содржи цевка за целосен притисок 4 и вишок статички притисок 5, кои се поврзани со мерачите на притисок 6 и 7. Дополнително, во цевката 1 е инсталиран термоспој 8, кој може да се движи по пресекот истовремено со цевката за целосен притисок. Големината на emf на термоспојот се одредува со потенциометар 9. Греењето на воздухот што се движи низ цевката се регулира со помош на лабораториски автотрансформатор 12 со промена на моќноста на грејачот, што се одредува со читањата на амперметарот 14 и волтметарот 13. Температурата на воздухот на излезот од грејачот се одредува со термометар 15.

1.2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА ПОСТАПКА

Топлински проток на грејачот, W:

каде што јас – струја, А; U – напон, V; = 0,96; =
= 0,94 – коефициент на загуба на топлина.

Сл.1.1. Дијаграм за експериментално поставување:

1 – цевка; 2 – збунувач; 3 – вентилатор; 4 – цевка за мерење на динамички притисок;

5 – цевка; 6, 7 – диференцијални манометри за притисок; 8 – термоспој; 9 – потенциометар; 10 – изолација;

11 – електричен грејач; 12 – лабораториски автотрансформатор; 13 – волтметар;

14 – амперметар; 15 – термометар

Топлински флукс апсорбиран од воздухот, W:

каде m – масен проток на воздух, kg/s; – експериментален, масен изобаричен топлински капацитет на воздухот, J/(kg K); – температура на воздухот на излезот од грејниот дел и на влезот во него, °C.

Масовен проток на воздух, kg/s:

. (1.10)

Еве ја просечната брзина на воздухот во цевката, m/s; г – внатрешен дијаметар на цевката, m; – густина на воздухот на температура, која се наоѓа со формулата, kg/m3:

, (1.11)

каде = 1,293 kg/m3 – густина на воздухот во нормални физички услови; Б – притисок, mm. rt. ул; – вишок статички воздушен притисок во цевката, mm. вода чл.

Брзините на воздухот се одредуваат со динамички притисок во четири еднакви делови, m/s:

каде е динамичкиот притисок, mm. вода чл. (kgf/m2); g = 9,81 m/s2 – забрзување на слободен пад.

Просечна брзина на воздухот во пресекот на цевката, m/s:

Просечниот изобаричен масен топлински капацитет на воздухот се одредува од формулата (1.9), во која топлинскиот тек е заменет од равенката (1.8). Точната вредност на топлинскиот капацитет на воздухот при просечна температура на воздухот се наоѓа од табелата за просечни топлински капацитети или од емпириската формула J/(kg⋅K):

. (1.14)

Релативна грешка на експериментот, %:

. (1.15)

1.3. Спроведување на експериментот и обработка

резултати од мерење

Експериментот се изведува во следната секвенца.

1. Лабораторискиот држач е вклучен и по воспоставувањето на стационарен режим се земаат следните отчитувања:

Динамички воздушен притисок на четири точки на еднакви делови од цевки;

Прекумерен статички воздушен притисок во цевката;

Струја I, A и напон U, V;

Температура на влезниот воздух, °C (термоспој 8);

Излезна температура, °C (термометар 15);

Барометриски притисок B, mm. rt. чл.

Експериментот се повторува за следниот режим. Резултатите од мерењето се внесени во Табела 1.2. Пресметките се направени во табела. 1.3.

Табела 1.2

Табела за мерење

	Име на количината
	Температура на влезниот воздух, °C
	Температура на излезниот воздух, °C
	Динамички воздушен притисок, mm. вода чл.
	Прекумерен статички воздушен притисок, mm. вода чл.
	Барометриски притисок B, mm. rt. чл.
	Напон U, V

Табела 1.3

Табела за пресметка

	Име на количини
	Динамички притисок, N/m2
	Просечна температура на влезниот проток, °C

Под специфичен топлински капацитетсупстанциите ја разбираат количината на топлина што мора да се додаде или одземе од единица супстанција (1 kg, 1 m 3, 1 mol) за да се промени нејзината температура за еден степен.

Во зависност од единицата на дадена супстанција, се разликуваат следните специфични топлински капацитети:

Масовен топлински капацитет СО, се однесува на 1 kg гас, J/(kg∙K);

Моларен топлински капацитет μС, се однесува на 1 kmol гас, J/(kmol∙K);

Волуметриски топлински капацитет СО', се однесува на 1 m 3 гас, J/(m 3 ∙K).

Специфичните топлински капацитети се поврзани едни со други со односот:

Каде υ n- специфичен волумен на гас во нормални услови (n.s.), m 3 /kg; µ - моларна масагас, kg/kmol.

Топлинскиот капацитет на идеалниот гас зависи од природата на процесот на снабдување (или отстранување) на топлина, од атомичноста на гасот и температурата (топлинскиот капацитет на реалните гасови зависи и од притисокот).

Врска помеѓу масата изобарична Со Пи изохорична CVтоплинските капацитети се утврдени со равенката на Мајер:

C P - C V = R, (1.2)

Каде Р -гасна константа, J/(kg∙K).

Кога идеален гас се загрева во затворен сад со постојан волумен, топлината се троши само за промена на енергијата на движење на неговите молекули, а кога се загрева при постојан притисок, поради ширењето на гасот, истовремено се врши работа против надворешни сили. .

За моларни топлински капацитети, Мајеровата равенка ја има формата:

μС р - μС v = μR, (1.3)

Каде µR=8314J/(kmol∙K) – универзална гасна константа.

Идеален волумен на гас V n, сведена на нормални услови, се одредува од следнава врска:

(1.4)

Каде R n- притисок во нормални услови, R n= 101325 Pa = 760 mmHg; Тн- температура во нормални услови, Тн= 273,15 К; П т, Vt, Т т– работен притисок, волумен и температура на гасот.

Односот на изобарниот и изохоричниот топлински капацитет се означува со ки јавете се адијабатски индекс:

(1.5)

Од (1.2) и земајќи ја предвид (1.5) добиваме:

За точни пресметки, просечниот топлински капацитет се одредува со формулата:

(1.7)

Во термичките пресметки на различна опрема, често се одредува количината на топлина потребна за загревање или ладење на гасовите:

Q = C∙m∙(т 2 - т 1), (1.8)

Q = C′∙V n∙(т 2 - т 1), (1.9)

Каде V n– волумен на гас при стандардни услови, m3.

Q = µC∙ν∙(т 2 - т 1), (1.10)

Каде ν – количина на гас, kmol.

Топлински капацитет. Користење на топлински капацитет за опишување на процеси во затворени системи

Во согласност со равенката (4.56), топлината може да се одреди ако е позната промената на ентропијата S на системот. Сепак, фактот дека ентропијата не може директно да се измери создава некои компликации, особено кога се опишуваат изохоричните и изобарните процеси. Потребно е да се одреди количината на топлина со користење на количина измерена експериментално.

Оваа вредност може да биде топлинскиот капацитет на системот. Повеќето општа дефиницијатоплинскиот капацитет произлегува од изразот на првиот закон за термодинамика (5.2), (5.3). Врз основа на него, секој капацитет на системот C во однос на работата од тип m се одредува со равенката

C m = dA m / dP m = P m d e g m / dP m, (5,42)

каде што C m е капацитетот на системот;

P m и g m се, соодветно, генерализираниот потенцијал и состојбата на координатите од типот m.

Вредноста C m покажува колку работа од типот m мора да се изврши под дадени услови за да се промени mth генерализираниот потенцијал на системот според неговата мерна единица.

Концептот на капацитетот на системот во однос на одредена работа во термодинамиката е широко користен само кога се опишува топлинската интеракција помеѓу системот и околината.

Капацитетот на системот во однос на топлината се нарекува топлински капацитет и се дава со еднаквоста

C = d e Q / dT = Td e S топлина / dT. (5,43)

Така, Топлинскиот капацитет може да се дефинира како количина на топлина што мора да се пренесе на системот за да се промени неговата температура за еден келвин.

Топлинскиот капацитет, како внатрешната енергија и енталпијата, е голема количина пропорционална на количината на материјата.Во пракса, топлинскиот капацитет по единица маса на супстанцијата се користи - специфичен топлински капацитети топлинскиот капацитет на еден мол од супстанцијата, - моларен топлински капацитет. Специфичниот топлински капацитет во SI се изразува во J/(kg K), а моларниот капацитет во J/(mol K).

Специфичните и моларните топлински капацитети се поврзани со односот:

C mol = C победи M, (5,44)

каде што М е молекуларната тежина на супстанцијата.

Разликувајте вистински (диференцијален) топлински капацитет, определено од равенката (5.43) и претставува елементарно зголемување на топлината со бесконечно мала промена на температурата, и просечен топлински капацитет,што е односот на вкупната количина на топлина со вкупната промена на температурата во овој процес:

Q/DT. (5.45)

Односот помеѓу вистинскиот и просечниот специфичен топлински капацитет е воспоставен со релацијата

При постојан притисок или волумен, топлината и, соодветно, топлинскиот капацитет ги стекнуваат својствата на функцијата на состојба, т.е. стануваат карактеристики на системот. Токму овие топлински капацитети - изобаричен C P (при постојан притисок) и изохоричен C V (при постојан волумен) се најшироко користени во термодинамиката.

Ако системот се загрева со постојан волумен, тогаш, во согласност со изразот (5.27), изохоричниот топлински капацитет C V е запишан во форма

C V = . (5.48)

Ако системот се загрева под постојан притисок, тогаш, во согласност со равенката (5.32), изобарниот топлински капацитет С Р се појавува во форма

C P = . (5.49)

За да се најде врската помеѓу С Р и С V, потребно е да се разликува изразот (5.31) во однос на температурата. За еден мол идеален гас, овој израз, земајќи ја предвид равенката (5.18), може да се претстави како

H = U + pV = U + RT. (5.50)

dH/dT = dU/dT + R, (5,51)

а разликата помеѓу изобарните и изохоричните топлински капацитети за еден мол идеален гас е нумерички еднаква на универзалната гасна константа R:

C R - C V = R. (5,52)

Топлинскиот капацитет при постојан притисок е секогаш поголем од топлинскиот капацитет при константен волумен, бидејќи загревањето на супстанцијата при постојан притисок е придружено со работа на проширување на гасот.

Користејќи го изразот за внатрешна енергија на идеален монатомски гас (5.21), ја добиваме вредноста на неговиот топлински капацитет за еден мол идеален монатомски гас:

C V = dU/dT = d(3/2 RT)dT = 3/2 R » 12,5 J/(mol K); (5,53)

C P = 3/2R + R = 5/2 R » 20,8 J/(mol K). (5,54)

Така, за монатомски идеални гасови, C V и C p не зависат од температурата, бидејќи целата испорачана топлинска енергија се троши само на забрзување на преводното движење. За полиатомските молекули, заедно со промената на преводното движење, може да се случи и промена во ротационото и вибрационото интрамолекуларно движење. За диатомски молекули, обично се зема предвид дополнително ротационо движење, како резултат на што нумеричките вредности на нивните топлински капацитети се:

C V = 5/2 R » 20,8 J/(mol K); (5,55)

C p = 5/2 R + R = 7/2 R » 29,1 J/(mol K). (5,56)

Попатно, ќе ги допреме топлинските капацитети на супстанциите во други (освен гасовити) состојби на агрегација. За да се процени топлинските капацитети на цврстите хемиски соединенија, често се користи приближното правило за адитивност на Нојман и Коп, според кое моларниот топлински капацитет на хемиските соединенија во цврста состојба е еднаков на збирот на атомските топлински капацитети на елементите вклучени во дадено соединение. Така, топлинскиот капацитет на комплексот хемиско соединениеЗемајќи го предвид правилото Dulong и Petit, може да се процени на следниов начин:

C V = 25n J/(mol K), (5,57)

каде n е бројот на атоми во молекулите на соединенијата.

Топлинските капацитети на течностите и цврстите материи во близина на точката на топење (кристализација) се речиси еднакви. Во близина на нормалната точка на вриење, повеќето органски течности имаат специфичен топлински капацитет од 1700 - 2100 J/kg K. Помеѓу овие температури фазни транзицииТоплинскиот капацитет на течноста може значително да варира (во зависност од температурата). Општо земено, зависноста на топлинскиот капацитет на цврстите материи од температурата во опсегот 0 – 290 K во повеќето случаи е добро пренесена со полуемпириската Дебајова равенка (за кристална решетка) во регионот со ниски температури

C P » C V = eT 3, (5,58)

во кој коефициентот на пропорционалност (д) зависи од природата на супстанцијата (емпириска константа).

Зависноста на топлинскиот капацитет на гасовите, течностите и цврстите материи од температурата при обични и високи температури обично се изразува со помош на емпириски равенки во форма на серии на моќност:

C P = a + bT + cT 2 (5,59)

C P = a + bT + c"T -2, (5,60)

каде што a, b, c и c" се емпириски температурни коефициенти.

Враќајќи се на описот на процесите во затворени системи користејќи го методот на топлински капацитет, да напишеме некои од равенките дадени во став 5.1 во малку поинаква форма.

Изохорен процес. Изразувајќи ја внатрешната енергија (5.27) во однос на топлинскиот капацитет, добиваме

dU V = dQ V = U 2 – U 1 = C V dT = C V dT . (5,61)

Имајќи го предвид фактот дека топлинскиот капацитет на идеалниот гас не зависи од температурата, равенката (5.61) може да се запише на следниов начин:

DU V = Q V = U 2 - U 1 = C V DT. (5,62)

За да ја пресметате вредноста на интегралот (5.61) за реални моно- и полиатомски гасови, треба да ја знаете специфичната форма на функционалната зависност C V = f(T) тип (5.59) или (5.60).

Изобарен процес.За гасовитата состојба на супстанцијата, првиот закон на термодинамиката (5.29) за овој процес, земајќи ја предвид работата на проширување (5.35) и користејќи го методот на топлински капацитет, е запишан на следниов начин:

Q P = C V DT + RDT = C P DT = DH (5,63)

Q Р = DH Р = H 2 – H 1 = C Р dT. (5,64)

Ако системот е идеален гас и топлинскиот капацитет С Р не зависи од температурата, релацијата (5.64) станува (5.63). За да се реши равенката (5.64), која опишува реален гас, потребно е да се знае специфичната форма на зависност C p = f(T).

Изотермален процес.Промена на внатрешната енергија на идеален гас во процес што се случува на константна температура

dU T = C V dT = 0. (5,65)

Адијабатски процес.Бидејќи dU = C V dT, тогаш за еден мол идеален гас промената на внатрешната енергија и извршената работа се еднакви, соодветно:

DU = C V dT = C V (T 2 - T 1); (5,66)

Крзно = -DU = C V (T 1 - T 2). (5,67)

Анализа на равенки кои карактеризираат различни термодинамички процеси под условите: 1) p = const; 2) V = const; 3) T = const и 4) dQ = 0 покажува дека сите тие можат да бидат претставени со општата равенка:

pV n = конст. (5,68)

Во оваа равенка, индикаторот „n“ може да земе вредности од 0 до ¥ за различни процеси:

1. изобарична (n = 0);

2. изотермална (n = 1);

3. изохорична (n = ¥);

4. адијабатски (n = g; каде што g = C P /C V – адијабатски коефициент).

Добиените односи се валидни за идеален гас и претставуваат последица на неговата равенка на состојбата, а разгледуваните процеси се посебни и ограничувачки манифестации на реални процеси. Реалните процеси, како по правило, се средни, се јавуваат при произволни вредности на „n“ и се нарекуваат политропни процеси.

Ако ја споредиме работата на проширување на идеален гас произведен во разгледуваните термодинамички процеси со промената на волуменот од V 1 во V 2, тогаш, како што може да се види од сл. 5.2, најголемата работа на проширување се изведува во изобарен процес, помалку во изотермичен процес, а уште помалку во адијабатски процес. За изохорен процес, работата е нула.

Ориз. 5.2. P = f (V) – зависност од различни термодинамички процеси (засенчените области ја карактеризираат работата на проширување во соодветниот процес)

Руска Федерација Протокол на државниот стандард на СССР

GSSSD 8-79 Течен и гасовит воздух. Густина, енталпија, ентропија и изобарен топлински капацитет на температури од 70-1500 К и притисоци 0,1-100 MPa

постави обележувач

постави обележувач

ДРЖАВНА СЛУЖБА НА СТАНДАРДНИ РЕФЕРЕНТНИ ПОДАТОЦИ

Стандардни табели со референтни податоци

ВОЗДУХОТ Е ТЕЧЕН И ГАСЕН. ГУСТИНА, ЕНТАЛПИЈА, ЕНТРОПИЈА И ИЗОБАРИЧЕН ТОПЛИНСКИ КАПАЦИТЕТ НА ТЕМПЕРАТУРИ 70-1500 К И ПРИТИСОК 0,1-100 MPa

Табели со стандардни референтни податоци
Течен и гасовит воздух Густина, енталпија, ентропија и изобарен топлински капацитет на температури од 70 до 1500 К и притисоци од 0,1 до 100 MPa

РАЗВОЈ од Сојузниот научно-истражувачки институт за метролошка служба, Институт на инженери од Одеса морнарица, Московски орден на енергетскиот институт Ленин

ПРЕПОРАЧАН ЗА ОДОБРУВАЊЕ од Советскиот национален комитет за собирање и евалуација на нумерички податоци од областа на науката и технологијата на Президиумот на Академијата на науките на СССР; Сојузниот научно-истражувачки центар Државната службастандардни референтни податоци

ОДОБРЕНО од стручната комисија на SSSSD составена од:

д-р. техн. Наука Н.Е.Гнездилова, д-р Техн.. Науки И.Ф.Голубева, доктор по хемија. Наука Л.В.Гурвич, доктор по инженерство. Наука Б.А.Рабинович, доктор по инженерство. Наука А.М. Сирота

ПОДГОТВЕНО ЗА ОДОБРУВАЊЕ од Сојузниот научно-истражувачки центар на Државната служба за стандардни референтни податоци

Употребата на стандардни референтни податоци е задолжителна во сите сектори на националната економија

Овие табели ги содржат најважните практични вредности за густината, енталпијата, ентропијата и изобарниот топлински капацитет на течниот и гасовитиот воздух.

Пресметката на табелите се заснова на следниве принципи:

1. Равенката на состојбата, која прикажува со голема точност веродостојни експериментални податоци за , , -зависноста, може да обезбеди сигурна пресметка на калориските и акустичните својства користејќи познати термодинамички односи.

2. Просечни коефициенти голем бројравенките на состојбата, еквивалентни во однос на точноста на описот на првичните информации, ни овозможуваат да добиеме равенка што ја рефлектира целата термодинамичка површина (за избран сет на експериментални податоци меѓу равенките од прифатениот тип). Ваквиот просек овозможува да се процени можната случајна грешка во пресметаните вредности на топлинските, калориските и акустичните количини, без да се земе предвид влијанието на систематската грешка на експерименталните, , -податоци и грешката предизвикана од изборот на форма на равенката на состојбата.

Просечната равенка на состојбата на течниот и гасовитиот воздух ја има формата

Каде; ; .

Равенката е составена врз основа на најсигурните експериментални вредности на густина добиени во работата и опфаќаат температурен опсег од 65-873 K и притисоци од 0,01-228 MPa. Експерименталните податоци се опишани со равенка со средна квадратна грешка од 0,11%. Коефициентите на просечната равенка на состојбата се добиени како резултат на обработка на систем од 53 равенки кои се еквивалентни по точност на описот на експерименталните податоци. Во пресметките земени се следните вредности на гасната константа и критичните параметри: 287,1 J/(kg K); 132,5 К; 0,00316 m/kg.

Коефициенти на равенката на просечната состојба на воздухот:

Енталпија, ентропија и изобарен топлински капацитет беа одредени со помош на формулите

Каде , , се енталпија, ентропија и изохорен топлински капацитет во идеална гасна состојба. Вредностите на и се одредуваат од односите

Каде и се енталпија и ентропија на температура; - топлина на сублимација на 0 К; - константа (0 во оваа работа).

Вредноста на топлината на сублимација на воздухот е пресметана врз основа на податоците за топлината на сублимација на неговите компоненти и е еднаква на 253,4 kJ/kg (во пресметките се претпоставуваше дека воздухот не содржи CO и се состои од 78,11% N, 20,96% O и 0,93% Ar по волумен). Вредностите на енталпија и ентропија на температура од 100 К, што е помошна референтна точка при интегрирање на равенката за , се соодветно 3,48115 kJ/kg и 20,0824 kJ/(kg K).

Изобаричниот топлински капацитет во идеалната гасна состојба е позајмен од работата и приближен со полином

Коренот на средната квадратна грешка на приближувањето на почетните податоци во температурниот опсег 50-2000 K е 0,009%, максималната е околу 0,02%.

Случајните грешки на пресметаните вредности се пресметуваат со веројатност за доверба од 0,997 користејќи ја формулата

Каде е просечната вредност на термодинамичката функција; - вредноста на истата функција добиена со равенката од систем кој содржи равенки.

Во табелите 1-4 се прикажани вредностите на термодинамичките функции на воздухот, а во табелите 5-8 се прикажани соодветните случајни грешки. Вредностите на грешките во табелите 5-8 се претставени за дел од изобарите, а вредностите за средните изобари може да се добијат со прифатлива точност со линеарна интерполација. Случајните грешки во пресметаните вредности го одразуваат ширењето на второто во однос на просечната равенка на состојбата; за густина тие се значително помали од средната квадратна грешка во описот на оригиналната низа на експериментални податоци, што служи интегрално оценувањеи вклучува големи отстапувања за некои податоци кои се карактеризираат со расејување.

Табела 1

Густина на воздухот

Продолжување

	Kg/m, во , MPa,

табела 2

Енталпија на воздухот

Продолжување

	KJ/kg, во , MPa,

Табела 3

Ентропија на воздухот

Продолжување

	KJ/(kg, K), во , MPa,

Табела 4

Изобарен топлински капацитет на воздухот

________________

* Текстот на документот одговара на оригиналот. - Забелешка на производителот на базата на податоци.

Продолжување

	KJ/(kg, K), во , MPa,

Табела 5. Средни квадратни случајни грешки на пресметаните вредности на густината

, %, во , MPa

Табела 6. Корен на средно квадратни случајни грешки на пресметаните вредности на енталпија

KJ/kg, во , MPa

Поради употребата на виријалната форма на равенката на состојбата, табелите не се преправаат дека точно ги опишуваат термодинамичките својства во близина критична точка(126-139 К, 190-440 кг/м).

Информации за експериментални студии за термодинамичките својства на воздухот, методи за составување на равенката на состојбата и пресметување табели, конзистентност на пресметаните вредности со експериментални податоци, како и подетални табели кои содржат дополнителни информации за изохоричниот топлински капацитет, брзината на звукот, Во работата се дадени топлина на испарување, ефект на гас, некои деривати и својства на кривите на вриење и кондензација.

БИБЛИОГРАФИЈА

1. Nolborn L., Schultre N. die Druckwage und die Isothermen von Luft, Argon und Helium Zwischen 0 и 200 °C. - Ен. Физ. 1915 m, Bd 47, N 16, S.1089-1111.

2. Michels A., Wassenaar T., Van Seventer W. Изотерми на воздухот помеѓу 0 °C и 75 °C и при притисок до 2200 atm. - Апликација. Sci. Рез., 1953, кн. 4, бр. 1, стр.52-56.

3. Изотерми на компресибилност на воздухот на температури помеѓу -25 °C и -155 °C и при густина до 560 Amagats (Притисок до 1000 атмосфери) / Michels A.. Wassenaar T., Levelt J.M., De Graaff W. - Appl . Sci. Рез., 1954 година, кн. A 4, N 5-6, стр.381-392.

4. Експериментална студијаспецифични волумени на воздух/Вукалович М.П., ​​Зубарев В.Н., Александров А.А., Козлов А.Д. - Термоенергетика, 1968, N 1, стр 70-73.

5. Romberg N. Neue Messungen der thermischen ler Luft bei tiefen Temperaturen and die Berechnung der kalorischen mit Hilfe des Kihara-Potentials. - VDl-Vorschungsheft, 1971, - N 543, S.1-35.

6. Blanke W. Messung der thermischen von Luft im Zweiphasengebiet und Seiner Umgebung. Дисертација zur Erlangung des Grades eines Doctor-Ingenieurs/. Боум., 1973 година.

7. Мерење на густината на воздухот на температури од 78-190 К до притисок од 600 бари / Wasserman A.A., Golovsky E.A., Mitsevich E.P., Tsymarny V.A., M., 1975. (депониран во VINITI 28.07.297).

8. Landolt N., R. Zahlenwerte und Funktionen aus Physik, Chemie, Astronomic, Geophysik und Technik. Берлин., Springer Verlag, 1961, Bd.2.

9. Табели на топлински својства на гасовите. Вачингтон, гувернер. печатење, исклучено, 1955, XI. (Оддел за трговија на САД. NBS. Girc. 564).

10. Термодинамички својства на воздухот/Sychev V.V., Wasserman A.A., Kozlov A.D. и други.. М., Издавачка куќа Стандарди, 1978 г.

Транспортна енергија (ладен транспорт) Влажност на воздухот. Топлински капацитет и енталпија на воздухот

Влажност на воздухот. Топлински капацитет и енталпија на воздухот

Атмосферскиот воздух е мешавина од сув воздух и водена пареа (од 0,2% до 2,6%). Така, воздухот речиси секогаш може да се смета за влажен.

Механичката мешавина на сув воздух и водена пареа се нарекува влажен воздухили мешавина од воздух-пареа. Максималната можна содржина на пареа влага во воздухот m p.n.зависи од температурата ти притисок Пмешавини. Кога се менува тИ Пвоздухот може да премине од првично незаситен до состојба на заситеност со водена пареа, а потоа вишокот на влага ќе почне да таложи во волуменот на гасот и на површините за затворање во форма на магла, мраз или снег.

Главните параметри кои ја карактеризираат состојбата на влажниот воздух се: температура, притисок, специфичен волумен, содржина на влага, апсолутна и релативна влажност, молекуларна тежина, константа на гас, топлински капацитет и енталпија.

Според Далтоновиот закон за мешавини на гасови вкупен притисок на влажен воздух (P)е збирот на парцијалните притисоци на сувиот воздух P c и водена пареа P p: P = P c + P p.

Слично на тоа, волуменот V и масата m на влажен воздух ќе се определат со односите:

V = V c + V p, m = m c + m стр.

ГустинаИ специфичен волумен на влажен воздух (v)дефинирано:

Молекуларна тежина на влажен воздух:

каде што B е барометриски притисок.

Бидејќи влажноста на воздухот постојано се зголемува за време на процесот на сушење, а количината на сув воздух во смесата пареа-воздух останува константна, процесот на сушење се оценува според тоа како се менува количината на водена пареа на 1 кг сув воздух и сите показатели за Мешавината на пареа-воздух (топлински капацитет, содржина на влага, енталпија и сл.) се однесува на 1 kg сув воздух сместен во влажен воздух.

d = m p / m c, g / kg, или, X = m p / m c.

Апсолутна влажност на воздухот- маса на пареа во 1 m 3 влажен воздух. Оваа вредност е нумерички еднаква на .

Релативна влажност -е односот на апсолутната влажност на незаситениот воздух со апсолутната влажност на заситениот воздух во дадени услови:

овде, но почесто релативната влажност е наведена како процент.

За густината на влажниот воздух важи следнава врска:

Специфична топлинавлажен воздух:

c = c c + c p ×d/1000 = c c + c p ×X, kJ/(kg× °C),

каде што c c е специфичен топлински капацитет на сувиот воздух, c c = 1,0;

c p - специфичен топлински капацитет на пареа; со n = 1,8.

Топлинскиот капацитет на сувиот воздух при постојан притисок и мали температурни опсези (до 100 o C) за приближни пресметки може да се смета за константен, еднаков на 1,0048 kJ/(kg × ° C). За прегреана пареа, просечниот изобаричен топлински капацитет при атмосферски притисок и ниски степени на прегревање исто така може да се земе како константен и еднаков на 1,96 kJ/(kg×K).

Енталпија (i) на влажен воздух- ова е еден од неговите главни параметри, кој е широко користен во пресметките на инсталациите за сушење, главно за одредување на топлината потрошена за испарување на влагата од материјалите што се сушат. Енталпијата на влажен воздух се однесува на еден килограм сув воздух во мешавина на пареа-воздух и се одредува како збир на енталпиите на сув воздух и водена пареа, т.е.

i = i c + i p ×Х, kJ/kg.

При пресметување на енталпијата на смесите, почетната точка за енталпиите на секоја компонента мора да биде иста. За пресметките на влажниот воздух, можеме да претпоставиме дека енталпијата на водата е нула на 0 o C, тогаш ја броиме и енталпијата на сувиот воздух од 0 o C, односно i in = c во *t = 1,0048t.