Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 1.2 Phương trình trạng thái của chất khí - TS. Hà Anh Tùng (ĐH Bách khoa TP.HCM)

2 Pt tr ng thái c a ch t khí 2.1 Ph ng trình tr ng thái c a ch t khí 2.2 Nhi t dung riêng c a ch t khí p.1 2.1 Ph 1.4 ng trình tr ng thái c a ch t khí - T i tr ng thái cân b ng, th c nghi m lý thuy t cho th y: f ( p , v, T ) cho phép tìm th y thơng s th bi t thông s 2.1.1 Ph ng trình tr ng thái khí lý t 2.1.2 H n h p khí lý t 2.1.3 Ph ng ng trình tr ng thái khí th c p.2 ng 2.1.1 Ph 1.4.1 Ü Khí ng trình tr ng thái khí lý t c xem khí lý t - Khơng có l c t ng ng n u th a mãn i u ki n sau: ng tác gi a phân t nguyên t - Khơng có th tích b n thân phân t Ü Khí th c có th xem khí lý t th p nhi t cao ng i u ki n áp su t Ü M i quan h gi a thông s p, v, T c a khí lý t ng u c ch ng tiên c rút t k t qu th c nghi m, sau ó minh b ng lý thuy t nh thuy t ng h c phân t p.3 Ü Mô ph ng chuy n ng c a phân t khí p.4 Boyle’s Law (1662) pV constant (constant temperature) p.5 Charles’ Law (1776) -273.15 oC V T constant (constant pressure) p.6 t (oC) Gay-Lussac’s Law (1802) t (oC) p T constant (constant volume) p.7 Ph ng trình tr ng thái khí lý t pv ó: hay: RT - p (N/m2): áp su t t pV ng (Pt Clapeyron) GRT i c a kh i khí ang xét - v (m3/kg): th tích riêng c a kh i khí ang xét - V (m3): th tích c a kh i khí ang xét - T (oK): nhi t t - G (kg): kh i l ng c a kh i khí ang xét - R (J/kg R R i c a kh i khí ang xét ) h ng s c a ch t khí ang xét 8314 V i kh i l ng phân t c a kmol khí ang xét (vd: c a O2 32 kg, c a N2 28 kg, vv ) p.8 Ví d 1.4 [1]: xác p = 70 bar nh th tích riêng c a CO2 t i: n u xem khí CO2 khí lý t ng T = 40 oC CO2 Gi i: 12 x16 (Ho c tra theo b ng 1.3 [1]: RCO2 8314 44 S d ng pt tr ng thái khí lý t pv RT v RT p i u ki n nh 44 (kg / kmol ) CO2 44.01 (kg / kmol ) 188.955 ( J / kg o) ng: 188.955 x (40 273) 70 x 10 p.9 0.00845 (m / kg ) 2.1.2 H n h p khí lý t Ü H n h p khí lý t Ü Thành ph n kh i l ng c ng khí lý t ng ng Gi G ng g i n G G1 G2 Gn gi i Ü Thành ph n th tích ri Vi V o x n V V1 V2 Vn ri p1 p2 p,V2,T x nh lu t Gibbs-Dalton p p,V1,T o o o o x p,V,T i Ü x o x x x o x pn p.10 x o p,V,T o x x x o o o p1,V,T p2,V,T H ng s ch t khí Rhh c a h n h p Ü Phân t l ng t ng ng c a h n h p hh g1 / g2 / g n / n (n u bi t gi c a hh) hay: hh r1 r2 Ü Quan h gi a ri gi Ü H ng s ch t khí t ng ng Rhh c a h n h p gi rn i n (n u bi t ri c a hh) ri hh Rhh R (J/kg ) hh p.11 8314 hh Ü Th tích riêng kh i l v hh hh Vhh Ghh Ghh Vhh g1 g2 r1 r2 ng riêng c a h n h p gn (n u bi t gi c a hh) n rn n (n u bi t ri c a hh) Ü Phân áp su t c a thành ph n p hh pi p1 p2 p hh g i pn hh i p.12 Ü Ví d 1.5 [1] p1 = 100 kPa (1) T = 227 oC 12.5% CO2 xác nh vhh t i 4% O2 H n h p khói th i 83.5% N2 Xem hh khí lý t Ü Tính Rhh: Rhh v hh ng 8314 ng áp (2) T = 27 oC RhhThh p hh (J/kg ) v i: hh r1 r2 r3 hh hh 0.125 x 44 0.04 x32 0.835 x 28 Ü Th tích riêng c a hh: 30.16 (kg/kmol) (1 v hh) 275.66 x(227 273) 100 x10 (2 v hh) 275.66 x(27 273) 100 x10 p.13 Rhh 1.3783 0.8270 275.66 (J/kg/ (m3/kg) (m3/kg) ) Ng i so n: TS Hà anh Tùng HBK HCM 2.1.3 Ph Ü 1/2009 ng trình tr ng thái c a khí th c Có h n 200 pt tr ng thái c a khí th c ã nh t t c u xu t phát t th c nghi m Pt Van der Waals tr ng thái c a khí lý t Ü p a v2 v b c công b , h u c thành l p (n m 1871) d a pt ng: (m3/kmol) v R T R v i: v 8314 (J/kmol ) pt 1.34 [1] ó: - a: h s hi u ch nh tính - b: h s hi u ch nh k Ü å nl ct ng tác gi a phân t n th tích b n thân c a phân t thu n ti n tính tốn, t pttt c a t ng lo i khí th c B NG 1.2 [1] d dàng tra c u p.14 Ng i so n: TS Hà anh Tùng HBK HCM Tính l i VD 1.4: xác 1/2009 nh th tích riêng c a CO2 t i: p = 70 bar a) xem khí CO2 T = 40 oC b) xem khí CO2 i u ki n khí th c, s d ng pt Van des Waals Gi i: a) b) B ng 1.2 [1] v RT p i u ki n nh khí lý t 0.00845 (m / kg ) p S d ng pt Van des Waals: cho CO2: 70 x10 70 v v ng a = 3.647 b = 0.0428 3.647 x10 v2 29.019 v v p.15 v b R T bar.(m3/kmol)2 m3/kmol 0.0428 3.647 v 0.23 (m3/kmol) a v2 8314 40 273 0.1561 v v 0.23 44 0.005227 (m3/kg) Ng i so n: TS Hà anh Tùng HBK HCM 1/2009 2.2 Nhi t dung riêng (NDR) c a ch t khí Là nhi t l ng c n thi t cung c p cho lên theo m t q trình ó n v ch t khí t ng Ü Ü Phân lo i: - NDR kh i l ng - NDR th tích - NDR kmol c (kJ/kg/ ) c’ (kJ/m3/ ) c (kJ/kmol ) Ü Quan h gi a lo i NDR Ü Th ng s d ng nh t: cp, c Ü NDR kh i l p c c 22.4 c' ( ng áp); cv, c v ( ng tích) ng c a h n h p khí: n c hh g i ci i v i gi thành ph n kh i l p.16 ng c a h n h p B ng NDR kmol c a m t s lo i khí (kcal/kmol ) kcal/kmol Lo i khí c v c k = cp/cv p Khí nguyên t 1.6 Khí nguyên t (O2, N2, ) 1.4 Khí nhi u nguyên t (CO2, NH3, …) Ü 1.3 Note: kcal = 4.186 kJ p.17 B ng NDR kmol c a m t s lo i khí kJ/kmol Lo i khí c v c k = cp/cv p Khí nguyên t 20.9 1.6 Khí nguyên t (O2, N2, ) 20.9 29.3 1.4 Khí nhi u nguyên t (CO2, NH3, …) Ü 12.6 29.3 37.7 1.3 VD: - Khí O2: c p= 29.3 å cp= c p/ = 29.3/32 = 0.9156 - Khí CO2: c p= 37.7 å cp= c p/ = 37.7/44 = 0.857 - Khơng khí: cp (kk) = 0.23 cp (O2) + 0.77 cp (N2) = 1.016 p.18 kJ/kg kJ/kg kJ/kg Tính nhi t l ng theo nhi t dung riêng Q = Gc (t2-t1) ó: * Q (kJ): nhi t l ng cung c p cho trình * G (kg): kh i l ng ch t môi gi i * c (kJ/kg ): nhi t dung riêng c a trình * t1, t2 (oC): nhi t u cu i c a trình Q Q G G t1 t2 - Gia nhi t cho dịng mơi gi i Qp Gc p (t ng áp - Gia nhi t cho dịng mơi gi i ng tích t1 ) Qv p.19 Gcv (t t1 ) Ví d 2.4 [1]: p = at = Gcv (t Gi i: t1 ) Q G cv (T2 T1 ) T1 = 20 oC Q = ?? Qv V = 300 l khơng khí T2 = 120 oC 1.05 x 0.721 x 120 20 Khơng khí (21% O2, 79% N2) Kh i l KK ng KK ch a bình là: G KK c xem nh khí lý t ng nguyên t c cv v pV RT 28.84 75.705 (kJ ) 29 (kg/kmol) x0.981x10 x 0.3 8314 x(20 273) 29 1.05 kg 20.9 kJ / kmol o cv/ 20.9 / 29 0.721 kJ / kg o p.20 ... tr ng thái khí lý t 2 .1.2 H n h p khí lý t 2.1.3 Ph ng ng trình tr ng thái khí th c p.2 ng 2.1.1 Ph 1.4.1 Ü Khí ng trình tr ng thái khí lý t c xem khí lý t - Khơng có l c t ng ng n u th a mãn... n: TS Hà anh Tùng HBK HCM 2.1.3 Ph Ü 1/2009 ng trình tr ng thái c a khí th c Có h n 200 pt tr ng thái c a khí th c ã nh t t c u xu t phát t th c nghi m Pt Van der Waals tr ng thái c a khí lý... ng trình tr ng thái khí lý t pv ó: hay: RT - p (N/m2): áp su t t pV ng (Pt Clapeyron) GRT i c a kh i khí ang xét - v (m3/kg): th tích riêng c a kh i khí ang xét - V (m3): th tích c a kh i khí