Влажный воздух. Состав и свойства - Бурцев С.И.
ISBN 5-89565-005-8
Скачать (прямая ссылка):
Параметры состояния, значения которых остаются одинаковыми во всех частях гомогенной системы, называются интенсивными параметрами состояния. Они не зависят от размеров системы. К числу таких параметров можно отнести давление, температуру и другие.
Во многих термодинамических исследованиях масса вещества не имеет значения, а интерес представляет только интенсивное состояние. При этом вместо экстенсивных используют удельные параметры состояния, которые ведут себя как интенсивные параметры: при разделении системы они остаются постоянными. Поэтому интенсивное состояние системы можно описывать также удельными параметрами состояния.
9 ************** 1 .Термодинамика идеальных газов и смесей **************
Так, удельный объём v получается путём деления объёма системы на её массу т
V =
т
а плотность
т 1
(1.1) (1.2)
В общем случае любой экстенсивный параметр состояния Е, делённый на массу т, становится соответствующим удельным параметром состояния
E
е =
т
На рис. 1.3. показана термодинамическая система в целом (жилой блок - V, т, р, р, v) и при её разделении (кабинет -Vi, тиТ, р, р, v; спальня - V2, rn2, Т, р, р, v), а также характер поведения экстенсивных (V = Vi + V2', m = m\ + т2), интенсивных (T, р) и удельных (р, v) параметров газа.
Кабинет Параметры V11 Т, р, р, V
Жилой;
Спальня воздуха: V2, m2, Т, р, р, V
Границы системы
Рис. 1.3. Термодинамическая система
10 ************************* 1.2. Идеальный газ *************************
1.2. Идеальный газ
Простая гомогенная система в каждом равновесном состоянии характеризуется определёнными значениями параметров состояния V, р и Т. Между ними существует зависимость F{p, v, Т) = О, которая называется термическим уравнением состояния.
Но состояние системы вполне определяется заданием двух из этих параметров, так что третий параметр является для каждого равновесного состояния функцией двух других.
Таким образом, можно записать, что
P = Mv,Т), V = /2(/7,71), T = f3(viP).
Термическое уравнение состояния газов при малых давлениях принимает простое выражение. Если по измеренным значениям р, v и Г рассчитать величину pv/T, то
Iim ~ = const = R. (1.3)
р—^O T
Константа R называется газовой постоянной и имеет для каждого газа своё значение. Она представляет собой работу 1 кг газа при постоянном давлении и при изменении температуры на 1 градус. Поведение этой величины для воздуха представлено на рис. 1.4. Как видно из рисунка, предельное условие справедливо не только при р = 0, но и выдерживается с достаточно хорошим приближением при невысоких давлениях воздуха. Штриховые горизонтальные линии на рис. 1.4 выделяют области отклонений pv/T от предельного значения R по уравнению (1.3). Заштрихованная область охватывает возможный диапазон температур и давлений для систем комфортного кондиционирования, поэтому в качестве термического уравнения состояния воздуха можно использовать простые зависимости
pv = RT, pV = mRT, p = pRT. (1.4)
Газы, строго подчиняющиеся уравнению (1.4), называются идеальными, а само уравнение pv = RT - термическим уравнением состояния идеальных газов, или уравнением Клапейрона.
11 ************** 1 .Термодинамика идеальных газов и смесей **************
При так называемых нормальных условиях (р = 101,325 кПа, T = 273,15 К) объём 1 кмоль идеального газа уц (произведение удельного объёма v на его молекулярную массу ц) есть величина постоянная и равна 22,4143 м3/кмоль (закон Авогадро). Произведение ці? носит название универсальной газовой постоянной. Её значение может быть вычислено из уравнения (1.4) для 1 кмоль газа
(li? =
_ PvlX _ 101 325 22,4143 _
273,15
= 8314,2 Дж/(кмоль-К).
7*10 р, кПа
Рис. 1.4. Зависимость газовой постоянной для воздуха от давления при различной температуре
Для иллюстрации использования уравнений в нижеприводимых примерах расчёта будем предполагать, что реальные газы подчиняются уравнению состояния идеального газа.
12 ************************* 1.2. Идеальный газ *************************
Примеры
Пример 1.1. При нормальных условиях (ро = 101,325 кПа, Г= 213,15 К) масса кислорода O2, содержащегося в 1 кг сухого воздуха, равна Tn0^ = 0,2315 кг,
з
а объём Vq2 = 0,1621 м . Определить газовую постоянную, удельный объём и
плотность.
Из уравнения (1.4)
R0A= - 259,75 Дж/(к,К).
2 т Q2 Г 0,2315-273,15
Удельный объём
Плотность кислорода
V0 ,,
v0 =—- = 0,7002 м/кг. 2 mO,
Ро = ^- = — = 1,4281 кг/м3 . °2 Vo2 V02
Пример 1.2. На входе в подогреватель газ имеет следующие параметры: р, = 101,6 кПа и Tx =248,15 К. Аэродинамическое сопротивление аппарата 275 Па. Температура газа на выходе T2 = 298,15 К. Определить удельный объём и плотность газа на входе и выходе из подогревателя (считать R = 259,75 Дж/(кг-К)).
Из уравнения (1.4.) находим удельный объём V1 и плотность P1 на входе в подогреватель
RTi 259,75-248,15 3/ v. = —L =-= 0,6344 м/кг;
1 P1 101600
р, = — = —1— = 1,5763 кг/м3.
v1 0,6344
