11.2. Контрольные вопросы

1. Приведите примеры технических устройств, в которых идут процессы дросселирования потока вещества.

2. Напишите уравнение адиабатного процесса дросселирования и охарактеризуйте изменение энтальпии, скорости и давления газа (пара) в этом процессе.

3. Объясните, чем вызвано снижение давления газа (пара) в процессе дросселирования.

4. Покажите в h,s- диаграмме, как изменяются работа изменения давления и эксергия потока вещества в процессе его дросселирования.

5. Как изменяется температура идеального газа в процессе его дросселирования ?

6. Объясните, чем вызвано изменение температуры в процессах дросселирования реальных газов, паров и жидкостей – эффект Джоуля–Томсона.

7. Покажите в h,s- диаграмме процесс дросселирования водяного пара с уменьшением его температуры и фазовым переходом из области перегретого пара в область влажного насыщенного пара.

8. Покажите в h,s- диаграмме процесс дросселирования жидкой фазы воды с увеличением ее температуры.

12. Процессы смешения газов и паров

Смесь из нескольких веществ, находящихся в газообразном или жидком состоянии, может быть получена при осуществлении процесса смешения по одному из следующих способов:

– смешение в объёме;

– смешение в потоке;

– смешение при заполнении объёма.

Смешение в объёме

Смешение в объёме – это смешение веществ (газов, паров, жидкостей) за счёт их взаимного диффузионного проникновения после удаления (разрушения) разделяющих их непроницаемых перегородок и без изменения суммарного объёма веществ (рис.12.1).

Определение параметров газа (пара) после процесса смешения ведется по известному массовому составу и параметрам газов до смешения с использованием следующих уравнений.

Масса смеси равна сумме масс смешивающихся газов:

,

а объём – сумме первоначальных объёмов этих газов:

;

удельный объём смеси газов

, (12.1)

где n – число смешивающихся компонентов газа.

При адиабатном смешении газов (Q=0) изменения внутренней энергии в системе нет (U=0), т.е. внутренние энергии газов после процесса их смешения равны сумме внутренних энергий этих газов до смешения:

. (12.2)

После деления выражения (12.2) на массу смеси, получим расчётное выражение удельной внутренней энергии газа после смешения:

, (12.3)

где g_i – массовые доли компонентов смеси газов.

Удельный объём (v_см) и удельная внутренняя энергия (u_см) определяют состояние газа после смешения. По ним могут быть найдены остальные параметры смеси: t_см, р_см, s_см и т.д..

Изменение энтропии системы за счет необратимости процесса смешения определяется как сумма изменений энтропий компонентов смеси газа:

, (12.4)

где Δs_i=s_iсм-s_i – изменение энтропии одного из компонентов смеси газа при изменении его состояния от начальных параметров до параметров смеси.

Для идеальных газов внутренняя энергия – функция только температуры, и поэтому расчетные выражения для процесса смешения в объеме идеальных газов будут иметь следующий вид:

выражение (12.3) примет вид

; (12.5)

расчётное выражение для температуры смеси идеальных газов

, (12.6)

где c_vi – массовые изохорные теплоёмкости компонентов смеси газов;

t_i – температура компонентов смеси газов до начала процесса смешения, ^oC.

Выражение (12.6) справедливо и при подстановке в него всех температур по абсолютной шкале Кельвина.

Зная V_см и T_см для идеальных газов, можно определить давление смеси, используя уравнение состояния идеального газа

,

где .

Изменение энтропии системы в расчёте на 1 кг смеси определяется как сумма изменений энтропий компонентов смеси газа:

. (12.7)

Для идеальных газов Δs_i рассчитывается по формулам идеальных газов через любую пару параметров. Например, используя температуру и давление данного компонента смеси газа до и после смешения, его изменение удельной энтропии определяются как

, (12.8)

где – парциальное давление данного компонента смеси газа при температуре смеси, когда этот газ занимает весь объем, также, где объемная доля данного компонента смеси газа может быть определена через массовую долю как

.

Потеря потенциальновозможной полезной работы газа (эксергии) в этом необратимом процессе определяется традиционно по теореме Гюи–Стодолы [1] как .