Курсовая работа по дисциплине: «Техническая термодинамика»
Тема: Термодинамический расчет тепловых установок
Самара 2009
Газовые смеси. Теплоемкость газов
Под газовыми смесями понимают механическую смесь нескольких газов, химически между собой не взаимодействующих. Смесь идеальных газов подчиняется всем законам, относящимся к идеальным газам. Состав газовой смеси определяется количеством каждого из газов, входящих в смесь, и может быть задан массовыми 
или объемными 
долями:
где 
- масса 
-ого компонента, 
- объем -ого компонента, а 
и 
-масса и объем всей смеси соответственно.
Очевидно, что
а также
Для удобства решения практических задач со смесями газов введено понятие о кажущейся молекулярной массе смеси газов, которая представляет собой среднюю массу из действительных молекулярных масс отдельных компонентов смеси.
Уравнение состояния смеси газов имеет вид:
На смеси газов распространяется понятие универсальной газовой постоянной
Связь между давлением газовой смеси 
и парциальным давлением отдельных компонентов 
, входящих в смесь, устанавливается законом Дальтона:
газа имеет различную массу в зависимости от давления и температуры. В связи с этим, объемную теплоемкость всегда относят к массе газа, заключенной в 1 при нормальных условиях 
. При этом объем 1 кмоля различных газов равен 22,4 /кмоль, а универсальная газовая постоянная - 
. В зависимости от способа подвода тепла к газу 
,различают изобарную 
и изохорную 
теплоемкости. Отношение этих величин носит название показателя адиабаты
Теплоемкости и связаны также соотношением Майера
|
|
Количество теплоты, которое необходимо затратить в процессе нагревания 1 кг газа в интервале температур от 
до 
, определяется по формуле:
,
где 
и 
- соответственно средние теплоемкости в пределах 0°- и 0°- .
Если в процессе участвуют (кг) или 
() газа, то
, кДж;
, кДж
Теплоемкость газовой смеси следует определять по формулам:
массовая - 
;
объемная - 
;
мольная - 
.
Для использования теплоты газов, являющихся продуктами сгорания топлива в котельном агрегате, в газоходах последних устанавливаются воздухоподогреватели воздуха, необходимого для горения топлива (рис.1). Уходящие из котла газы поступают к воздухоподогревателю с температурой 
и охлаждаются, отдавая теплоту воздуху, до 
. В газоходе котельного агрегата под влиянием работы дымососа устанавливается давление несколько ниже атмосферного. Воздух в воздухоподогревателе нагревается от температуры 
до температуры 
.
Дымовые газы
Рис. 1
При испытании котельного агрегата были получены следующие данные:
Температура газов при входе в воздухоподогреватель, 
= 450 °С.
Температура газов при выходе из воздухоподогревателя, 
= 150° С.
Температура воздуха при входе в воздухоподогреватель, 
= 26 ° С.
Температура воздуха при выходе из воздухоподогревателя, 
= 260 ° С.
Объемный состав дымовых газов - 
= 11,5 %; 
= 6,5%; 
= 17,2%; 
= 64,8%
Часовой расход газов при 
составляет 50 · 
/ч.
Разряжение в газоходе - 15 мм вод. ст.
Барометрическое давление 760 мм рт. ст.
Определить:
кажущийся молекулярный вес дымовых газов;
|
|
газовую постоянную дымовых газов;
весовые (массовые) доли отдельных компонентов, входящих в состав дымовых газов;
парциальные давления компонентов:
часовой расход воздуха.
Принять, что все тепло, отданное газом, воспринято воздухом.
Зависимость теплоемкости от температуры считать криволинейной.
Решение:
. Кажущийся молекулярный вес дымовых газов
= 0,115·44 + 0,065·18 + 0,172·32 + 0,648·28 =
= 5,06 + 1,17 + 5,504 + 18,144 = 29,878 
. Газовая постоянная дымовых газов
. Массовые доли компонентов газов
=0,184
. Парциальные давления компонентов
Результаты расчета занесем в таблицу
| Параметры | 
| 
| 
| 
| Газовая смесь |
| 0,115 | 0,065 | 0,172 | 0,648 | 1,000 |
| 29,878 | ||||
| 5,06 | 1,17 | 5,504 | 18,144 | - |
| 0,169 | 0,039 | 0,184 | 0,607 | 1,000 |
| 0,116 | 0,066 | 0,174 | 0,656 | 1,012 |
. Часовой расход воздуха
Расход воздуха определяем из уравнения теплового баланса воздухоподогревателя
= 
средняя молярная теплоемкость при 450 ° С
Средняя удельная теплоемкость компонентов при 
в интервале температур 0…450° С:
= 0,115·43,917 + 0,065·35,364 + 0,172·31,11 + + 0,648·29,536 = 5,05 + 2,299 + 5,351 + 19,139 = 31,839 
средняя молярная теплоемкость при 150° С:
Средняя удельная теплоемкость компонентов при в интервале температур 0…150° С:
= 0,115·39,091 + 0,065·33,934 + 0,172·29,738 + 0,648·29,094 = 4,495 + 2,206 + 5,115 + 18,853 = 30,669
Средняя удельная теплоемкость компонентов при в интервале температур 450..150° С:
= 
=
= 
= 
= 32,424
= 
= 1,4475 
Теплоемкость воздуха при 26 ° С:
Теплоемкость воздуха при 260° С:
Средняя теплоемкость воздуха при 
в интервале температур 26..260° С:
|
|
= 
=
= 
= 29,474
= 
Объем, занимаемый дымовыми газами, приведенный к нормальным условиям (н. у.):
= 
= 
Часовой расход воздуха:
= 
=
= 
= 