3 Газовые смеси
3.21 (Вариант 99) Произвести расчет термодинамических параметров газовой смеси, совершающей изобарное расширение до объема V2=ρV1, если известны начальная температура t1, начальное давление p1 и масса смеси m.
Определить: газовую постоянную и кажущуюся молекулярную массу, начальный объем V1, основные параметры в конечном состоянии, изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии, теплоту и работу расширения в процессе 1-2.
Исходные данные для решения задачи приведены в таблицах 1.1, 1.2.
При определении молярной массы и газовой постоянной обратить внимание на способ задания смеси.
Теплоемкости компонентов смеси рассчитать с использованием уравнения Майера.
Для расчета параметров состояния использовать уравнение состояния идеального газа.
Правильность вычисления энергетических параметров контролировать по выполнению первого закона термодинамики.
Таблица 1
| N2, % по объему | СО, % по объему | СО2, % по объему | Н2, % по объему |
| 6 | 39 | 7 | 48 |
Таблица 2
| р1, мм рт. ст. | t1, ºC | m, кг | ρ=V2/V1 |
| 730 | 300 | 5 | 2,5 |
Ответ: μсм=16,665 кг/кмоль, Rсм=0,499 кДж/(кг·К), V1=14,689 м³, V2=36,273 м³, t2=1160ºC, ΔU=6524 кДж, ΔS=9,240 кДж, Q=8669 кДж, L=2145 кДж, ΔН=8669 кДж.
3.22 Газовая смесь содержит 10 кг кислорода (О2) и 15 кг азота (N2). Определить газовую постоянную смеси (R) и плотность (ρ) при нормальных условиях: р=769 мм рт.ст, t=0ºC.
Ответ: R=281 кДж/(кг·К), ρн=1,321 кг/м³.
3.23 (Вариант 65) Смесь, состоящая из М1 киломолей азота и М2 киломолей кислорода с начальными параметрами р1=1 МПа и Т1=1000 К, расширяется до давления р2. Расширение может осуществляться по изотерме, адиабате и политропе с показателем n. Определить газовую постоянную смеси, ее массу и начальный объем, конечные параметры смеси, работу расширения, теплоту, участвующую в процессе.
Дать сводную таблицу результатов и анализ ее. Показать процессы в pυ- и Ts — диаграммах. Данные необходимые для решения задачи, выбрать из табл.1.
Таблица 1
| М1, кмоль | М2, кмоль | p2, МПа | n |
| 0,6 | 0,4 | 0,54 | 0,5 |
Указание. Показатель адиабаты, а следовательно, и теплоемкости cp, cυ следует принять постоянным, не зависящим от температуры.
3.24 Расчет термических и калорических параметров
смеси идеальных газов
Смесь двух газов имеет температуру t=100 ºC, давление р=5 бар. Газы и исходные данные для расчета приведены в табл.4.2.1. Размерность данных в табл.4.2.1: n [кмоль], М [кг].
Определить массовые (g1, g2) и объемные (r1, r2) доли компонентов; мольную массу (μ), газовую постоянную (R) и плотность (ρ) газовой смеси; парциальные давления компонентов (p1, p2); калорические параметры газовой смеси (u, h, s); теплоемкость (cp,cυ) и показатель адиабаты (k) газовой смеси.
Результаты расчетов представьте в виде табл.4.2.2, 4.2.3.
Таблица 4.2.1 — Варианты задания газовой смеси
| Вариант | Газы | Исходные данные |
| 16 | CO2 CO | g2=0,4 |
Варианты задачи: 23.
3.25 Газовая смесь состоит из четырех киломолей аммиака (NH3) и одного киломоля азота (N2). Какова газовая постоянная смеси (R, кДж/(кг·К))?
Ответ: R=449,6 кДж/(кг·К).
3.26 Требуется найти объемный состав смеси идеальных газов, заданный массовыми долями (см. задачу №2). Определить также парциальные давления компонентов смеси, если абсолютное давление смеси p.
Таблица 1 – Числовые данные к задачам контрольной работы №1
| Предпоследняя цифра
учебного шифра |
Массовый состав смеси, % | р, МПа | |||
| СО2 | H2O | N2 | О2 | ||
| 1 | 18 | 1 | 65 | 16 | 0,1 |
3.27 В газовой смеси содержится метан (CH4) и азот (N2). Массы компонентов одинаковы. Чему равна газовая постоянная смеси (R, Дж/(кг·К))?
Ответ: Rсм=407,7 Дж/(кг·К).
3.28 Смесь идеальных газов заданного массового состава занимает объем V при постоянном абсолютном давлении p и температуре t. Требуется определить газовую постоянную смеси, среднюю молекулярную массу, массу смеси, объемный состав смеси, а также среднюю мольную, объемную и массовую теплоемкости смеси (при p=const) для интервала температур 0-t.
Таблица 2 – Числовые данные к задачам контрольной работы
| Предпоследняя цифра шифра 1 | ||||||
| Массовый состав смеси, % | V, м3 | р, МПа | t, ºC | |||
| CO2 | H2O | N2 | O2 | |||
| 18 | 1 | 65 | 16 | 2 | 1,0 | 200 |
Ответ: Rсм=273,1 Дж/(кг·К), μсм=30,45 кг/кмоль, m=15,5 кг, rCO2=0,13, rH2O=0,02, rN2=0,71, rO2=0,14, μcр=31,617 кДж/(кмоль·К), μcυ=23,302 кДж/(кмоль·К), cрm=1,038 кДж/(кг·К).
Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.
Все задачи из: Термодинамика и теплопередача МИИТ 2013
3.29 Найти удельный объем газовой смеси и парциальные давления ее составляющих, если объемный состав смеси следующий: СО2=15,6%, О2=8,7%, N2=75,7%, а общее давление ее р=0,1 МПа.
Ответ: υсм=0,789 м³/кг, рСО2=0,0156 МПа, рN2=0,0087 МПа, рО2=0,0757 МПа.
3.30 Определить массовый состав газовой смеси, состоящей из углекислого газа и азота, если известно, что парциальное давление углекислого газа 0,24 МПа, а давление смеси 0,4 МПа.
Ответ: mCO2=0,7, mN2=0,3.
