Što je neophodno da se temperatura radnog fluida, u ovom slučaju vazduha, promeni za jedan stepen. Toplotni kapacitet vazduha direktno zavisi od temperature i pritiska. U isto vrijeme, različite metode se mogu koristiti za proučavanje različitih vrsta toplinskog kapaciteta.

Matematički, toplotni kapacitet vazduha se izražava kao odnos količine toplote i prirasta njegove temperature. Toplotni kapacitet tijela mase 1 kg naziva se specifična toplina. Molarni toplotni kapacitet vazduha je toplotni kapacitet jednog mola supstance. Toplotni kapacitet je naznačen - J / K. Molarni toplotni kapacitet, respektivno, J / (mol * K).

Toplotni kapacitet se može smatrati fizičkom karakteristikom supstance, u ovom slučaju vazduha, ako se merenje vrši u stalnim uslovima. Najčešće se takva mjerenja provode pri konstantnom pritisku. Tako se određuje izobarični toplotni kapacitet zraka. Povećava se sa povećanjem temperature i pritiska i takođe je linearna funkcija ovih veličina. U ovom slučaju, promjena temperature se događa pri konstantnom pritisku. Za izračunavanje izobarnog toplotnog kapaciteta potrebno je odrediti pseudokritičnu temperaturu i pritisak. Određuje se korištenjem referentnih podataka.

Toplotni kapacitet vazduha. Posebnosti

Vazduh je mešavina gasa. Prilikom njihovog razmatranja u termodinamici, napravljene su sljedeće pretpostavke. Svaki gas u smeši mora biti ravnomerno raspoređen po zapremini. Dakle, zapremina gasa je jednaka zapremini cele smeše. Svaki gas u mešavini ima svoj parcijalni pritisak, koji vrši na zidove posude. Svaka od komponenti gasne mešavine mora imati temperaturu jednaku temperaturi cele mešavine. U ovom slučaju, zbir parcijalnih pritisaka svih komponenti jednak je pritisku smeše. Proračun toplotnog kapaciteta vazduha vrši se na osnovu podataka o sastavu gasne mešavine i toplotnog kapaciteta pojedinih komponenti.

Toplotni kapacitet dvosmisleno karakterizira supstancu. Iz prvog zakona termodinamike možemo zaključiti da unutrašnja energija tijela varira ne samo u zavisnosti od količine primljene topline, već i od posla koji tijelo obavlja. U različitim uslovima procesa prenosa toplote, rad tela može varirati. Dakle, ista količina toplote koja se prenosi telu može izazvati promene u temperaturi i unutrašnjoj energiji tela različite vrednosti. Ova karakteristika je karakteristična samo za gasovite materije. Za razliku od čvrstih i tečnih materija, gasovite supstance mogu u velikoj meri promeniti zapreminu i izvršiti rad. Zato toplotni kapacitet vazduha određuje prirodu samog termodinamičkog procesa.

Međutim, pri konstantnoj zapremini, vazduh ne radi. Stoga je promjena unutrašnje energije proporcionalna promjeni njene temperature. Odnos toplotnog kapaciteta u procesu konstantnog pritiska i toplotnog kapaciteta u procesu konstantnog volumena je deo formule adijabatskog procesa. Označava se grčkim slovom gama.

Iz istorije

Izrazi "toplotni kapacitet" i "količina topline" ne opisuju dobro njihovu suštinu. To je zbog činjenice da su u modernu nauku došli iz teorije kalorija, koja je bila popularna u osamnaestom vijeku. Sljedbenici ove teorije smatrali su toplinu nekom vrstom nemjerljive tvari sadržane u tijelima. Ova supstanca se ne može ni uništiti ni stvoriti. Hlađenje i zagrijavanje tijela objašnjeno je smanjenjem, odnosno povećanjem kalorijskog sadržaja. Vremenom je ova teorija prepoznata kao neodrživa. Nije mogla da objasni zašto se ista promena unutrašnje energije tela dobija pri prenošenju različitih količina toplote na njega, a zavisi i od rada tela.

Ruska Federacija Protokol Državnog standarda SSSR-a

GSSSD 8-79 Tečni i gasoviti vazduh. Gustina, entalpija, entropija i izobarični toplotni kapacitet na temperaturama od 70-1500 K i pritiscima od 0,1-100 MPa

postavite bookmark

postavite bookmark

SLUŽBA DRŽAVNIH STANDARDNIH REFERENČNIH PODATAKA

Standardne tablice referentnih podataka

VAZDUH TEČNOST I GAS. GUSTOĆA, ENTALPIJA, ENTROPIJA I IZOBARNI TOPLOTNI KAPACITET NA TEMPERATURAMA 70-1500 K I PRITISKU 0,1-100 MPa

Tabele standardnih referentnih podataka
Tečni i gasoviti vazduh Gustina, entalpija, entropija i izobarični toplotni kapacitet na temperaturama od 70 do 1500 K i pritiscima od 0,1 do 100 MPa

RAZVIJENO od strane Svesaveznog naučnoistraživačkog instituta Metrološke službe, Odeskog instituta pomorskih inženjera, Moskovskog Energetskog instituta Ordena Lenjina

PREPORUČENO ZA ODOBRENJE od strane Sovjetskog Nacionalnog komiteta za prikupljanje i procenu numeričkih podataka u oblasti nauke i tehnologije Prezidijuma Akademije nauka SSSR-a; Svesavezni istraživački centar Državne službe za standardne referentne podatke

ODOBRENO od strane stručne komisije GSSSD koju čine:

cand. tech. nauka N.E. Gnezdilova, dr teh. nauka I.F. Golubeva, dr hem. nauka L.V. Gurvič, doktor tehničkih nauka. nauka V.A. Rabinovich, doktor tehničkih nauka. nauke A.M.Siroty

PRIPREMLJENO ZA ODOBRENJE od strane Svesaveznog istraživačkog centra Državne službe za standardne referentne podatke

Upotreba standardnih referentnih podataka je obavezna u svim sektorima nacionalne privrede

Ove tabele sadrže najvažnije za praksu vrednosti gustine, entalpije, entropije i izobarnog toplotnog kapaciteta tečnog i gasovitog vazduha.

Tabele su zasnovane na sljedećim principima:

1. Jednačina stanja, koja odražava pouzdane eksperimentalne podatke o , , -ovisnosti sa velikom preciznošću, može pružiti pouzdan proračun kalorijskih i akustičkih svojstava iz poznatih termodinamičkih odnosa.

2. Usrednjavanje koeficijenata velikog broja jednačina stanja, koji su ekvivalentni u smislu tačnosti opisa inicijalnih informacija, omogućava da se dobije jednačina koja odražava celokupnu termodinamičku površinu (za odabrani skup eksperimentalnih podataka među jednačine prihvaćenog tipa). Takvo usrednjavanje omogućava da se proceni moguća slučajna greška u izračunatim vrednostima toplotnih, kalorijskih i akustičkih veličina, bez uzimanja u obzir uticaja sistematske greške eksperimentalnih , , -podataka i greške zbog izbora oblik jednačine stanja.

Prosečna jednačina stanja za tečni i gasoviti vazduh ima oblik

Gdje ; ; .

Jednačina se zasniva na najpouzdanijim eksperimentalnim vrijednostima gustoće dobijenim u radovima i pokriva temperaturni raspon 65-873 K i pritiske 0,01-228 MPa. Eksperimentalni podaci su opisani jednadžbom sa srednjom kvadratnom greškom od 0,11%. Koeficijenti prosječne jednačine stanja dobijeni su kao rezultat obrade sistema od 53 jednačine koje su po tačnosti ekvivalentne opisu eksperimentalnih podataka. U proračunima su uzete sljedeće vrijednosti plinske konstante i kritičnih parametara: 287,1 J/(kg K); 132,5 K; 0,00316 m/kg.

Koeficijenti prosječne jednačine stanja zraka:

Entalpija, entropija i izobarski toplinski kapacitet određeni su formulama

Gdje su , , entalpija, entropija i izohorni toplinski kapacitet u stanju idealnog plina. Vrijednosti i određuju se iz relacija

Gdje i - entalpija i entropija na temperaturi; - toplota sublimacije na 0 K; - konstanta (u ovom radu 0).

Vrijednost toplote sublimacije zraka izračunata je na osnovu podataka o toplinama sublimacije njegovih komponenti i iznosi 253,4 kJ/kg Ar po zapremini). Vrijednosti entalpije i entropije na temperaturi od 100 K, koja je pomoćna referentna tačka pri integraciji jednačine za , su 3,48115 kJ/kg i 20,0824 kJ/(kg K), respektivno.

Izobarični toplotni kapacitet u stanju idealnog gasa je posuđen iz rada i aproksimiran polinomom

Srednja kvadratna greška aproksimacije početnih podataka u temperaturnom opsegu 50-2000 K je 0,009%, maksimalna je oko 0,02%.

Slučajne greške izračunatih vrednosti izračunavaju se sa verovatnoćom poverenja od 0,997 po formuli

Gdje je prosječna vrijednost termodinamičke funkcije; - vrijednost iste funkcije, dobijena pomoću th jednačine iz sistema koji sadrži jednačine.

U tablicama 1-4 prikazane su vrijednosti termodinamičkih funkcija zraka, a u tablicama 5-8 prikazane su odgovarajuće slučajne greške. Vrijednosti greške u tabelama 5-8 prikazane su za dio izobara, a vrijednosti za međuizobare se mogu dobiti sa prihvatljivom tačnošću linearnom interpolacijom. Slučajne greške u izračunatim vrijednostima odražavaju raspršivanje potonjeg u odnosu na prosječnu jednadžbu stanja; za gustinu, one su znatno manje od srednje kvadratne greške opisa početnog niza eksperimentalnih podataka, koja služi kao integralna procjena i uključuje velika odstupanja za neke podatke koje karakterizira raspršivanje.

Tabela 1

Gustina zraka

Nastavak

	kg/m, pri , MPa,

tabela 2

Entalpija vazduha

Nastavak

	KJ/kg, pri , MPa,

Tabela 3

Entropija vazduha

Nastavak

	KJ/(kg, K), pri , MPa,

Tabela 4

Izobarični toplotni kapacitet vazduha

________________

* Tekst dokumenta odgovara originalu. - Napomena proizvođača baze podataka.

Nastavak

	KJ/(kg, K), pri , MPa,

Tabela 5. Srednje kvadratne slučajne greške izračunatih vrijednosti gustoće

, %, pri , MPa

Tablica 6. Srednje kvadratne slučajne greške izračunatih vrijednosti entalpije

KJ/kg, pri , MPa

U vezi sa upotrebom viralnog oblika, jednačine stanja u tabelama ne zahtevaju da budu tačan opis termodinamičkih svojstava u blizini kritične tačke (126–139 K, 190–440 kg/m).

Informacije o eksperimentalnim studijama termodinamičkih svojstava zraka, metodologiji sastavljanja jednadžbe stanja i proračunskih tablica, konzistentnosti izračunatih vrijednosti s eksperimentalnim podacima, kao i detaljnije tablice koje sadrže dodatne informacije o izohoričnom toplinskom kapacitetu, brzini zvuka , toplina isparavanja, efekat čoka, neki derivati ​​i o svojstvima na krivuljama ključanja i kondenzacije dati su u .

BIBLIOGRAFIJA

1. Hlborn L., Schultre H. die Druckwage und die Isothermen von Luft, Argon und Helium Zwischen 0 und 200 °C. - Ann. Phys. 1915 m, Bd 47, N 16, S.1089-1111.

2. Michels A., Wassenaar T., Van Seventer W. Izoterme zraka između 0 °C i 75 °C i pri pritiscima do 2200 atm. -Appl. sci. Res., 1953, knj. 4, br. 1, str.52-56.

3. Izoterme kompresibilnosti zraka na temperaturama između -25 °C i -155 °C i pri gustinama do 560 Amagata (pritisci do 1000 atmosfera) / Michels A. Wassenaar T., Levelt J.M., De Graaff W. - Appl . sci. Res., 1954, knj. A 4, N 5-6, str. 381-392.

4. Eksperimentalno proučavanje specifičnih zapremina vazduha / Vukalovich M.P., Zubarev V.N., Aleksandrov A.A., Kozlov A.D. - Termoenergetika, 1968, N 1, str. 70-73.

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

6. Blance W. Messung der thermischen von Luft im Zweiphasengebiet und Seiner Umgebung. Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doctor-Ingenieurs/. Bohum., 1973.

7. Merenje gustine vazduha na temperaturama od 78-190 K do pritiska od 600 bar / Vasserman A.A., Golovski E.A., Mitsevich E.P., Tsymarny V.A., M., 1975. (Dep. u VINITI 28.07.2956.) ).

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

9. Tabele toplinskih svojstava plinova. Wachington., Gov. štampa, off., 1955, XI. (U.S. Dep. of commerce. NBS. Girc. 564).

10. Termodinamička svojstva vazduha / Sychev V.V., Wasserman A.A., Kozlov A.D. i dr. M., Izdavačka kuća standarda, 1978.

Transportna energija (hladni transport) Vlažnost vazduha. Toplotni kapacitet i entalpija zraka

Vlažnost vazduha. Toplotni kapacitet i entalpija zraka

Atmosferski vazduh je mešavina suvog vazduha i vodene pare (od 0,2% do 2,6%). Dakle, vazduh se skoro uvek može smatrati vlažnim.

Mehanička mješavina suhog zraka i vodene pare naziva se vlažan vazduh ili mješavina zraka/pare. Maksimalni mogući sadržaj parne vlage u vazduhu m a.s. zavisno od temperature t i pritisak P mješavine. Kada se promeni t i P zrak može prijeći iz prvobitno nezasićenog u stanje zasićenja vodenom parom, a zatim će višak vlage početi da ispada u zapremini gasa i na ograđenim površinama u vidu magle, inja ili snijega.

Glavni parametri koji karakterišu stanje vlažnog vazduha su: temperatura, pritisak, specifična zapremina, sadržaj vlage, apsolutna i relativna vlažnost, molekulska težina, gasna konstanta, toplotni kapacitet i entalpija.

Prema Daltonovom zakonu za mješavine plinova ukupni pritisak vlažnog vazduha (P) je zbir parcijalnih pritisaka suhog zraka P c i vodene pare P p: P = P c + P p.

Slično, zapremina V i masa m vlažnog vazduha biće određene relacijama:

V \u003d V c + V p, m \u003d m c + m p.

Gustina i specifična zapremina vlažnog vazduha (v) definirano:

Molekularna težina vlažnog vazduha:

gdje je B barometarski pritisak.

Kako se vlažnost vazduha tokom procesa sušenja kontinuirano povećava, a količina suvog vazduha u paro-vazdušnoj mešavini ostaje konstantna, proces sušenja se ocenjuje po tome kako se menja količina vodene pare na 1 kg suvog vazduha, kao i po svim pokazateljima mješavina para-vazduh (toplotni kapacitet, sadržaj vlage, entalpija i sl.) odnosi se na 1 kg suhog zraka u vlažnom zraku.

d \u003d m p / m c, g / kg, ili, X = m p / m c.

Apsolutna vlažnost vazduha- masa pare u 1 m 3 vlažnog vazduha. Ova vrijednost je numerički jednaka .

Relativna vlažnost - je omjer apsolutne vlažnosti nezasićenog zraka prema apsolutnoj vlažnosti zasićenog zraka pod datim uvjetima:

ovdje , ali češće se relativna vlažnost daje u procentima.

Za gustinu vlažnog vazduha važi relacija:

Specifična toplota vlažan vazduh:

c \u003d c c + c p ×d / 1000 \u003d c c + c p ×X, kJ / (kg × ° C),

gdje je c c specifični toplotni kapacitet suhog zraka, c c = 1,0;

c p - specifični toplotni kapacitet pare; sa n = 1.8.

Toplotni kapacitet suhog zraka pri konstantnom pritisku i malim temperaturnim rasponima (do 100 ° C) za približne proračune može se smatrati konstantnim, jednakim 1,0048 kJ / (kg × ° C). Za pregrijanu paru, prosječni izobarični toplinski kapacitet pri atmosferskom tlaku i niskim stupnjevima pregrijavanja također se može pretpostaviti da je konstantan i jednak 1,96 kJ/(kg×K).

Entalpija (i) vlažnog zraka- ovo je jedan od njegovih glavnih parametara, koji se široko koristi u proračunima instalacija za sušenje, uglavnom za određivanje topline koja se troši na isparavanje vlage iz materijala koji se suši. Entalpija vlažnog zraka odnosi se na jedan kilogram suhog zraka u mješavini para i zraka i definira se kao zbir entalpija suhog zraka i vodene pare, tj.

i \u003d i c + i p × X, kJ / kg.

Prilikom izračunavanja entalpije mješavina, početna referentna tačka za entalpije svake od komponenti mora biti ista. Za proračune vlažnog zraka može se pretpostaviti da je entalpija vode nula na 0 o C, tada se entalpija suhog zraka također računa od 0 o C, odnosno i u \u003d c in * t \u003d 1,0048 t.

Lab #1

Definicija izobarične mase

toplotni kapacitet vazduha

Toplotni kapacitet je toplota koja se mora predati jediničnoj količini supstance da bi se zagrejala za 1 K. Jedinična količina supstance se može meriti u kilogramima, kubnim metrima u normalnim fizičkim uslovima i kilomolima. Kilomol gasa je masa gasa u kilogramima, numerički jednaka njegovoj molekulskoj težini. Dakle, postoje tri vrste toplotnih kapaciteta: masa c, J/(kg⋅K); zapremina c', J/(m3⋅K) i molarna, J/(kmol⋅K). Budući da kilomol plina ima masu μ puta veću od jednog kilograma, ne uvodi se posebna oznaka za molarni toplinski kapacitet. Odnosi između toplotnih kapaciteta:

gde je = 22,4 m3/kmol zapremina kilomola idealnog gasa u normalnim fizičkim uslovima; je gustina gasa u normalnim fizičkim uslovima, kg/m3.

Pravi toplotni kapacitet gasa je derivat toplote u odnosu na temperaturu:

Toplota koja se dovodi do gasa zavisi od termodinamičkog procesa. Može se odrediti iz prvog zakona termodinamike za izohorne i izobarične procese:

Ovdje je toplina dovedena do 1 kg plina u izobaričnom procesu; je promjena unutrašnje energije plina; je rad gasova protiv spoljnih sila.

U suštini, formula (4) formulira 1. zakon termodinamike, iz kojeg slijedi Mayerova jednadžba:

Ako stavimo = 1 K, onda je fizičko značenje plinske konstante rad 1 kg plina u izobaričnom procesu kada se njegova temperatura promijeni za 1 K.

Mayerova jednadžba za 1 kilomol gasa je

gdje je = 8314 J/(kmol⋅K) univerzalna plinska konstanta.

Pored Mayerove jednadžbe, izobarični i izohorični maseni toplinski kapaciteti plinova su međusobno povezani preko adijabatskog indeksa k (tabela 1):

Tabela 1.1

Vrijednosti adijabatskih eksponenata za idealne plinove

Atomičnost gasova
Monatomski gasovi
Dijatomski gasovi
Tri- i poliatomski gasovi

SVRHA RADA

Učvršćivanje teorijskih znanja o osnovnim zakonima termodinamike. Praktični razvoj metode za određivanje toplotnog kapaciteta vazduha na osnovu energetskog bilansa.

Eksperimentalno određivanje specifičnog masenog toplotnog kapaciteta vazduha i poređenje dobijenog rezultata sa referentnom vrednošću.

1.1. Opis laboratorijske postavke

Instalacija (slika 1.1) se sastoji od mesingane cijevi 1 unutrašnjeg prečnika d =
= 0,022 m, na čijem se kraju nalazi električni grijač sa toplotnom izolacijom 10. Unutar cijevi se kreće protok zraka koji se dovodi 3. Strujanje zraka se može kontrolisati promjenom brzine ventilatora. U cijev 1 ugrađena je cijev punog pritiska 4 i viška statičkog pritiska 5, koji su povezani sa manometrima 6 i 7. Osim toga, u cev 1 je ugrađen termoelement 8 koji se može kretati po poprečnom preseku istovremeno sa cijev pod punim pritiskom. EMF vrijednost termoelementa određuje se potenciometrom 9. Zagrijavanje zraka koji se kreće kroz cijev se kontroliše pomoću laboratorijskog autotransformatora 12 promjenom snage grijača, što se određuje očitanjima ampermetra 14 i voltmetra 13. Temperatura zraka na izlazu iz grijača određuje se termometrom 15.

1.2. EKSPERIMENTALNA TEHNIKA

Toplotni protok grijača, W:

gdje je I struja, A; U – napon, V; = 0,96; =
= 0,94 - koeficijent gubitka toplote.

Sl.1.1. Šema eksperimentalne postavke:

1 - cijev; 2 - konfuzer; 3 – ventilator; 4 - cijev za mjerenje dinamičkog pritiska;

5 - grana cijev; 6, 7 – diferencijalni manometri; 8 - termoelement; 9 - potenciometar; 10 - izolacija;

11 - električni grijač; 12 – laboratorijski autotransformator; 13 - voltmetar;

14 - ampermetar; 15 - termometar

Toplotni tok koji se opaža zrakom, W:

gdje je m maseni protok zraka, kg/s; – eksperimentalni, maseni izobarični toplotni kapacitet vazduha, J/(kg K); – temperatura vazduha na izlazu iz grejnog dela i na ulazu u njega, °C.

Maseni protok vazduha, kg/s:

. (1.10)

Ovdje je prosječna brzina zraka u cijevi, m/s; d je unutrašnji prečnik cijevi, m; - gustina vazduha na temperaturi, koja se nalazi po formuli, kg/m3:

, (1.11)

gde je = 1,293 kg/m3 gustina vazduha u normalnim fizičkim uslovima; B – pritisak, mm. rt. st; - višak statičkog pritiska vazduha u cevi, mm. vode. Art.

Brzine zraka određene su dinamičkom glavom u četiri jednaka dijela, m/s:

gdje je dinamička glava, mm. vode. Art. (kgf/m2); g = 9,81 m/s2 je ubrzanje slobodnog pada.

Prosječna brzina zraka u dijelu cijevi, m/s:

Prosječni izobarični maseni toplinski kapacitet zraka određuje se iz formule (1.9), u koju se toplinski tok zamjenjuje iz jednačine (1.8). Tačna vrijednost toplotnog kapaciteta zraka pri prosječnoj temperaturi zraka nalazi se prema tabeli prosječnih toplotnih kapaciteta ili prema empirijskoj formuli, J / (kg⋅K):

. (1.14)

Relativna greška eksperimenta, %:

. (1.15)

1.3. Provođenje eksperimenta i obrada

rezultate merenja

Eksperiment se izvodi sljedećim redoslijedom.

1. Laboratorijsko postolje je uključeno i nakon što se uspostavi stacionarni režim, vrše se sljedeća očitanja:

Dinamički pritisak vazduha u četiri tačke jednakih preseka cevi;

Prekomjeran statički pritisak zraka u cijevi;

Struja I, A i napon U, V;

Temperatura ulaznog vazduha, °C (termopar 8);

Izlazna temperatura, °S (termometar 15);

Barometarski pritisak B, mm. rt. Art.

Eksperiment se ponavlja za sljedeći način rada. Rezultati mjerenja se unose u tabelu 1.2. Proračuni se vrše u tabeli. 1.3.

Tabela 1.2

Tabela mjerenja

	Ime vrijednosti
	Temperatura ulaznog zraka, °C
	Temperatura izlaznog vazduha, °C
	Dinamički pritisak vazduha, mm. vode. Art.
	Prekomjerni statički pritisak zraka, mm. vode. Art.
	Barometarski pritisak B, mm. rt. Art.
	Napon U, V

Tabela 1.3

Tablica proračuna

	Naziv količina
	Dinamički pad, N/m2
	Prosječna temperatura ulaznog voda, °C