Tài liệu Vật lí: Quá trình lưu động của khí và hơi ppt

Chương 2: quá trình lưu động của khí và hơi 1.bài tập giải mẫu Bài 1: Xác định hằng số chất khí và thành phần thể tích của hỗn hợp khí gồm N 2 và CO 2 có thành phần khối lượng: g N2 = 60% và g C02 = 40%. Lời giải: Hằng số chất khí của hỗn hợp khi biết thành phần khối lượng được tính: 2CO02CNNii R.gR.gRgR 22 +== ∑ . .Kkg/J7,253 44 8314 .4,0 28 8314 .6,0R 0 =+= Thành phần thể tích được xác định theo thành phần khối lượng: ∑ µ µ = ii ii i /g /g r %.2,70702,0 44 4,0 28 6,0 28 6,0 /g/g /g r 2CO2CONN NN N 22 22 2 == + = µ+µ µ = %.8,29298,0 44 4,0 28 6,0 44 6,0 /g/g /g r 2CO2CONN 2CO2CO 2CO 22 == + = µ+µ µ = Bài 2: Hỗn hợp gồm O 2 và H 2 có thành phần thể tích: r O2 = 30%; r H2 =70%. Xác định hằng số chất khí của hỗn hợp, thành phần khối lượng và phân áp suất của khí thành phần nếu biết áp suất của hỗn hợp p = 1 bar. Lời giải: Hằng số chất khí của hỗn hợp được xác định: µ = 8314 R 2222 HHOOii .r.rr µ+µ=µ=µ ∑ kmol/kg112.7,032.3,0 =+=µ .Kkg/J8,755 11 8314 R o == Trường đại học công nghiệp hà nội 22 Bài tập kỹ thuật nhiệt Thành phần khối lượng của hỗn hợp: ∑ µ µ = ii ii i r. r. g %3,87873,0 7,0.23,0.32 3,0.32 r.r. r. g 2222 22 2 HHOCO OCO O == + = µ+µ µ = %7,12127,0873,01g1g 22 OH ==−=−= Phân áp suất khí thành phần: bar3,01.3,0p.rp 22 OO === bar7,01.7,0p.rp 22 HH === . Bài 3: Có hai bình A và B được nối với nhau bằng một van. Trong bình A chứa khí O 2 khối lượng kg98,7G 2 O = ở áp suất at5p 2 O = , nhiệt độ C200t 0 O 2 = . Trong bình B chứa khí N 2 có khối lượng kg1,26G 2 N = với áp suất at10p 2 N = , nhiệt độ C150t 0 N 2 = . Hãy xác định nhiệt độ, áp suất của hỗn hợp khi mở van nối hai bình. Lời giải: Đây là trường hợp hỗn hợp khí trong thể tích đã cho, nhiệt độ của hỗn hợp được xác định: ∑ ∑ = Vii iVii C.g T.C.g T . ở đây: K473273200T 0 O 2 =+= K423273150T 0 N 2 =+= Kkg/kJ653,0 32 9,20 C 0 V 2 O == Kkg/kJ746,0 28 9,20 C 0 V 2 N == 234,0 1,2698,7 98,7 GG G g 22 2 2 NO O O = + = + = 766,0234,01g1g 22 ON =−=−= 2N222O2 22N222O2 VNOVO NVNOVO C.gT.C.g T.C.gT.C.g T + + = Trường đại học công nghiệp hà nội 23 Bài tập kỹ thuật nhiệt C161K434 746,0.766,0653,0.234,0 423.746,0.766,0473.653,0.234,0 T 00 == + + = Trường đại học công nghiệp hà nội 24 Bài tập kỹ thuật nhiệt áp suất của hỗn hợp được xác định từ phương trình trạng thái: pV = grt => V GRT p = . ở đây: kg08,341,2698,7GGG 22 NO =+=+= 28 8314 .766,0 32 8314 .234,0R.gR.gR.gR 2222 NNOOii +=+== ∑ Kkg/J2,288R 0 = K434T;VVV 0 NO 22 =+= 22 NO V,V thể tích của O 2 và N 2 trước khi hỗn hợp được xác định từ phương trình trạng thái viết cho O 2 và N 2 : 3 5 O OOO O m2 10.98,0.5.32 473.8314.98,7 p G.R.G V 2 222 2 === 3 5 N NNN N m35,3 10.98,0.10.28 423.8314.1,26 p G.R.G V 2 222 2 === 2 m35,535,32V =+= Vậy áp suất của hỗn hợp: .bar97,7m/N10.97,7 35,5 434.2,288.08,34 p 25 === Bài 4: Dòng không khí thứ nhất có lưu lượng G 1 = 100kg/s, nhiệt độ 150 0 C hỗn hợp với dòng không khí thứ hai có lưu lượng G 2 = 144000kg/h, nhiệt độ 200 0 C. Xác định nhiệt độ của hỗn hợp. Lời giải: Đây là trường hợp hỗn hợp theo dòng và các dòng cùng là một chất, vậy nhiệt độ của hỗn hợp được xác định: ∑ +== 2211ii tgtgtgt . ở đây: 21 1 1 GG G g + = G 1 = 100 kg/s G 2 = 144000 kg/h = 144000/3600 = 40 kg/s. 714,0 40100 100 g 1 = + = 286,0714,01g1g 12 =−=−= Nhiệt độ của hỗn hợp: t = 0,174.150 + 0,286.200 = 164,3 0 C. Trường đại học công nghiệp hà nội 25 Bài tập kỹ thuật nhiệt Bài 5: Một dòng không khí có khối lượng G 2 = 10kg nhiệt độ t 2 = 127 0 C được nạp vào bình có thể tích V = 10m 3 chứa sẵn một không khí ở nhiệt độ t 1 = 27 0 C, áp suất p = 1 bar. Hãy xác định nhiệt độ của hỗn hợp và áp suất của hỗn hợp. Lời giải: Đây là trường hợp hỗn hợp khí nạp vào thể tích cố định, nhiệt độ của hỗn hợp: 21 21 V2V1 2p21V1 CgCg TCgTCg T + + = Vì ở đây hỗn hợp gồm cùng một chất (không khí), nên ta có: 21 VV CC = và kC/C Vp = Vậy ta có: T = g 1 T 1 + k.g 2 T 2 Khối lượng không khí có sẵn trong bình G 1 được xác định: kg6,11 300.287 10.10.1 RT Vp G 5 1 1 1 === Vậy thành phần khối lượng g 1 , g 2 : 54,0 106,11 6,11 GG G g 21 1 1 = + = + = 46,054,01g1g 12 =−=−= Nhiệt độ của hỗn hợp: T = 0,54. 300 + 1,4. 0,46. 400 = 419,6 0 K = 146,6 0 K áp suất của hỗn hợp được xác định từ phương trình trạng thái viết cho hỗn hợp: PV = RGT; G = G 1 + G 2 = 11,6 +10 = 21,6 kg .bar6,2m/N10.6,2 10 6,419.287.6,21 V RGT p 25 ==== Bài 6: Khí O 2 ở áp suất p 1 = 60 at, nhiệt độ t 1 = 100 0 C chuyển động qua ống tăng tốc nhỏ dần vào môi trường có áp suất p 2 = 36at. Xác định tốc độ của dòng khí O 2 tại tiết diện ra của ống và lưu lượng nếu tiết diện ra f 2 = 20mm 2 . Lời giải: Trước tiên ta cần so sánh tỉ số áp suất 2 1 p p =β với tỉ số áp suất tới hạn k β = 0,528: .528,06,0 60 36 p p k 2 1 =β>===β Trường đại học công nghiệp hà nội 26 Bài tập kỹ thuật nhiệt Vậy dòng O 2 chưa đến trạng thái tới hạn nên tốc độ ω 2 < ω k lưu lượng G < G max . Trường đại học công nghiệp hà nội 27 Bài tập kỹ thuật nhiệt Tốc độ ω 2 được xác định: ]1[RT. 1k k2 k/)1k( 12 − β− − =ω s/m304]6,01)[273100( 32 8314 . 14,1 4,1.2 4,1/)14,1( 2 =−+ − =ω − Lưu lượng dòng O 2 được xác định theo phương trình liên tục tại tiết diện ra: 2 22 v .f G ω = Thể tích riêng v 2 được xác định theo quá trình đoạn: β== k 2 1 1 2 ) v v ( p p k/1 12 .vv − β= Thể tích riêng v 1 được xác định từ phương trình trạng thái: p 1 v 1 = RT 1 kg/m01648,0 10.98,0.60.32 373.8314 p RT v 3 5 1 1 1 === kg/m0236,06,0.01648,0v 34,1/1 2 == − Vậy lưu lượng O 2 là: s/kg258,0 0236,0 304.10.20 G 6 == − . Bài 7: Không khí từ bể chứa có áp suất p 1 = 100bar, nhiệt độ t 1 = 15 0 C chảy ra ngoài trời qua ống có đường kính trong bằng 10mm. Xác định tốc độ và lưu lượng của không khí nếu biết áp suất của khí quyển bằng 1bar. Lời giải: Đây là quá trình lưu động đoạn nhiệt của không khí qua ống tăng tốc nhỏ dần. Ta xét tỉ số áp suất β: 528,001,0 100 1 p p k 1 2 =β<===β Vì ở đây ống nhỏ dần nên tốc độ tại tiết diện ra lớn nhất chỉ có thể bằng tốc độ tới hạn: ω 2 = ω k và được xác định: ]1[RT. 1k k2 k/)1k( 1k − β− − =ω Trường đại học công nghiệp hà nội 28 Bài tập kỹ thuật nhiệt s/m310]528,01)[27315(287. 14,1 4,1.2 4,1/)14,1( k =−+ − =ω − Lưu lượng không khí đạt giá trị lớn nhất G max được xác định: k k2 max v .f G ω = Tương tự như trước k v được xác định theo quá trình đoạn nhiệt: k/1 k1k .vv − β= ( ) kg/m00827,0 10.100 27315.287 p RT v 3 5 1 1 1 = + == kg/m0131,0528,0.00827,0v 34,1/1 k == − 24 2 2 2 2 m10.785,0 4 01,0.14,3 4 d f − == π = Vậy lưu lượng không khí: .s/kg86,1 0131,0 310.10.785,0 G 4 max == − Bài 8: Hơi nước quá nhiệt ở áp suất và nhiệt độ ban đầu p 1 = 30bar; t 1 =450 0 C, giãn nở đoạn nhiệt trong ống tăng tốc nhỏ dần vào môi trường trong hai trường hợp có áp suất. Xác định tốc độ của hơi tại cửa ra của ống và lưu lượng hơi trong hai trường hợp nếu biết tiết diện tại cửa ra của ống f 2 = 30cm 2 : a) p 2 = 18bar; b)p 2 =10bar. Lời giải: a) Khi p 2 = 18bar, tỷ số áp suất β: 55,06,0 30 18 p p k 1 2 =β>===β Vậy tốc độ ω 2 < ω k , lưu lượng G < G max và được xác định: ( ) 212 ii2 −=ω Từ đồ thị i – s của hơi nước (hình 6) trong phần phụ lục ta tìm được: kg/m16,0v kg/kJ3200i kg/kJ3350i 3 2 2 1 = = = Từ đó tốc độ ω 2 : ( ) s/m54810.320033502 3 2 =−=ω Trường đại học công nghiệp hà nội 29 Bài tập kỹ thuật nhiệt Lưu lượng G: s/kg275,10 16,0 10.30.548 v f G 4 2 22 == ω = − b) Khi p 2 = 10bar, tỷ số áp suất: 55,0 3 1 30 10 P p k 1 2 =β<===β Vậy tốc độ tại cửa ra ω 2 = ω k , lưu lượng G = G max và được xác định: ( ) k1k ii2 −=ω Từ đồ thị i – s (hình 7) với p k = p 1 .β k = 30.0,55 = 16,5 bar ta có: i 1 = 3350 kJ/kg i k = 3160 kJ/kg v k = 0,17 m 3 /kg Vậy tốc độ hơi: ( ) s/m61610.316033502 3 k =−=ω Lưu lượng hơi: .s/kg87,10 17,0 616.10.30 v .f G 4 k k2 max == ω = − Hình 6 Hình 7 Bài 9: Không khí có áp suất p 1 = 10at, nhiệt độ t 1 = 300 0 C phun vào môi trường có p 2 = 1bar qua ống tăng tốc Laval (hình 8). Biết lưu lượng của không khí G= 4kg/s. Xác định tốc độ lưu lượng và kích thước cơ bản của ống. Lời giải: Tỷ số áp suất β: 528,0 10 1 p p k 1 2 =β<==β Trường đại học công nghiệp hà nội 30 Bài tập kỹ thuật nhiệt Vậy ống Laval hoạt động đúng như điều kiện thiết kế. Trường đại học công nghiệp hà nội 31 Bài tập kỹ thuật nhiệt [...]... Một hỗn hợp khí gồm H2 và O2 Thành phần khối lượng của H 2 là 10% Xác định hằng số chất khí của hỗn hợp, thể tích riêng của hỗn hợp ở điều kiện tiêu chuẩn? (p0 = 760 mmHg, t0 = 00C ) Trả lời: R = 648,5 J/kg0K; v = 1,747 m3/kg Bài 12: 1 kg không khí khô gồm N 2 và O2 có thành phần thể tích r O2= 21%, rN2= 79 Xác định kilômol µ của hỗn hợp, hằng số chất khí của hỗn hợp và phân áp suất của O 2 và N2 trong... vào môi trường có áp suất p2 = 35,4 bar Xác định tốc độ tại cửa ra của ống, lưu lượng của dòng khí nếu đường kính của tiết diện ra d2 = 5 mm và β k = 0,528? Trả lời: ω2 = 310m / s; G = 0,257kg / s Bài 17: Hơi nước quá nhiệt ở áp suất p1 = 10 bar, nhiệt độ t1 = 3000C lưu động qua ống tăng tốc nhỏ dần vào môi trường qua 2 trường hợp: a, Có áp suất p2 = 7 bar b, Có áp suất p2 = 4 bar Xác định tốc độ của. .. dài phần lớn dần của ống l: l= d 2 − d min 7,7 − 5,5 = = 12,6cm α 10 2 tg 2 tg 2 2 Bài 10: Hơi nước quá nhiệt ở áp suất và nhiệt độ ban đầu p1 = 30 bar; t1 = 4500C, lưu động đoạn nhiệt qua ống tăng tốc hỗn hợp vào môi trường có áp suất p 2 = 10bar Xác định tốc độ tại cửa ra của ống và lưu lượng nếu biết đường kính tại cửa ra của ống d2= 40mm, xác định tốc độ thực nếu biết hiệu suất của ống tăng tốc... bar Xác định tốc độ của dòng hơi tại cửa ra của ống tăng tốc trong 2 trường hợp trên, biết β k = 0,55 ? Trả lời: a, ω2 = 447m / s; b, ω2 = ωk = 510m / s Bài 18: Không khí lưu động qua ống tăng tốc hỗn hợp có áp suất p 2 = 8 at, nhiệt độ t1 = 1270C vào môi trường có áp suất p 2 = 1 at Xác định tốc độ tại cửa ra của ống và đường kính tiết diện ra nếu biết lưu lượng của không khí là 2 kg/s? Trường đại học... không khí thứ hai có khối lượng G 2 = 210 kg/h nhiệt độ t2 = 2000C Hãy xác định nhiệt độ của hỗn hợp Trả lời: t = 3090C Bài 15: Một bình kín chứa 10 kg khí O 2 ở nhiệt độ 270C Người ta nạp vào bình một dòng khí cũng là O2 ở nhiệt độ 370C Hãy xác định nhiệt độ của hỗn hợp? Trả lời: t = 490C Bài 16: Khí hai nguyên tử có hằng số chất khí R = 294,3 J/kg 0K ở áp suất p1= 63,7 bar, nhiệt độ T1 = 300 0K lưu động. .. số áp suất xem có thoả mãn điều kiện làm việc bình thường của ống ( β < β k = 0,55) β= p2 10 1 = = < β k = 0,55 p1 30 3 Vậy ống tăng tốc hoạt động bình thường, nghĩa là: ω2 > ωk G = G max Tốc độ tại cửa ra của ống: ω2 = 2(i1 − i 2 ) Từ đồ thị i- s của hơi nước ta có: i1= 3350 kJ/kg i2 = 3040 kJ /kg Vậy ta có: ω2 = 2(3350 − 3040).103 = 787 m / s Lưu lượng: G= ω2f 2 v2 f2 = πd 2 3,14.0,04 2 = = 0,00123... suất của O 2 và N2 trong hỗn hợp khi áp suất của hỗn hợp p = 10 bar? Trả lời: µ = 28,84 kg; R= 288 J/kg0K; pO2= 2,1 bar; pN2 = 7,9 bar Bài 13: Trong một bình có vách ngăn, ngăn bên trái chứa 1 kg khí O 2 ở nhiệt độ 270C, ngăn bên phải chứa 1 kg thì N 2 ở nhiệt độ 1270C Hãy xác định nhiệt độ của hỗn hợp sau khi bỏ vách ngăn? Trả lời: t = 800C Bài 14: Dòng không khí thứ nhất có khối lượng G1 = 120kg/h, nhiệt... tiết diện nhỏ nhất fmin của ống: [ ] 2k ( k −1 ) / k RT1 1 − β k k −1 2.1,4 287( 300 + 273) [1 − 0,528( 1,4 −1) / 1,4 ] = 438m / s 1,4 − 1 ωk = ωk = Tốc độ tại tiết diện ra f2 của ống: 2k RT [1 − β( k −1) / k ] k −1 1 2.1,4 1   = 287.5731 −  (1,4 − 1) / 1,4 = 746 m / s   1,4 − 1 10     ω2 = Tiết diện bé nhất fmin và tiết diện tại cửa ra f2 được xác định từ phương trình liên tục: G= ω2 f... Thể tích riêng v k , v 2 được xác định từ quá trình đoạn nhiệt: v k = v1.β −1 / k k v 2 = v1.β −1 / k RT1 287.573 = = 0,168 m 3 / kg 5 p1 10.0,98.10 ở đây: v1 = Vậy ta có: v k = 0,168( 0,528) v 2 = 0,168( 0,1) −1 / 1, 4 −1 / 1, 4 = 0,264 m 3 / kg = 0,86 m 3 / kg Từ đó tiết diện ống: f min = f2 = 4.0,264 = 0,00241m 3 438 4.0,86 = 0,00461 m 3 746 Đường kính của ống: d min = 2 Trường đại học công nghiệp . Chương 2: quá trình lưu động của khí và hơi 1.bài tập giải mẫu Bài 1: Xác định hằng số chất khí và thành phần thể tích của hỗn hợp khí gồm N 2 và CO 2 . tốc độ và lưu lượng của không khí nếu biết áp suất của khí quyển bằng 1bar. Lời giải: Đây là quá trình lưu động đoạn nhiệt của không khí qua ống tăng tốc