خلط الغازات والأبخرة بدرجات حرارة مختلفة. خلط الغاز
13.7 المحولات الحرارية
في كثير من الأحيان ، بالنسبة للعملية التكنولوجية ، من الضروري الحفاظ على درجة حرارة معينة.
إن أبسط طريقة لهذا الدعم هي حرق الوقود ونقل الحرارة من منتجات الاحتراق الساخن إما مباشرة إلى المستهلك أو إلى المبرد الوسيط. في هذه الحالة ، يحدث التبادل الحراري بشكل طبيعي من مصدر ساخن بدرجة حرارة تي 1 أبرد مع درجة حرارة تي 2. بهذه الطريقة ، من المستحيل نقل حرارة أكثر من تلك التي تم الحصول عليها أثناء احتراق الوقود (وبسبب الخسائر ، فهي أقل بكثير).
ومع ذلك ، فمن الممكن بشكل أساسي ، وجود قدر معين من الحرارة ف" في درجة حرارة عالية تي 1 ، احصل على مزيد من الحرارة عند درجة حرارة أقل دون تكلفة العمل تي 2. للقيام بذلك ، يكفي إجراء دورة Carnot مباشرة عكسية بين مصدر ذي درجة حرارة عالية وبيئة ذات درجة حرارة تي معونتيجة لذلك سيتم الحصول على العمل (انظر (7.7)):
بعد أن أمضى هذا العمل في دورة كارنو العكسية العكسية بين الوسط مع درجة الحرارة T معوالمستهلك مع درجة الحرارة تي 2 ، سوف ننقل إلى الأخير كمية الحرارة التي تساوي
الاستعاضة في هذا التعبير عن قيمة العمل ل معمن التعبير السابق نحصل على:
حيث يتم استدعاء معامل التناسب ψ 1.2 عامل تحويل الحرارةدرجة الحرارة تي 1 لدرجة الحرارة تي 2 .
لذلك ، بعد أن تلقى ف" كمية الحرارة من مصدر مع درجة حرارة تي 1 ، يمكن نقلها إلى الجسم مع درجة الحرارة تيمقدار 2 من الحرارة ψ 1.2 ف" .
مثل تي 2 T 1 ، إذن ف" >ف" .
على سبيل المثال ، دعونا ر 1 \ u003d 1000 حوالي C ، ر 2 \ u003d 50 درجة مئوية ، ر مع = 0 درجة مئوية. وبالتالي ، من أجل الحصول على 5 J من الحرارة عند درجة حرارة 50 درجة مئوية ، يجب استنفاد 1 J فقط من الحرارة عند 1000 درجة مئوية ، بينما في منشأة التدفئة التقليدية ، يتم تحويل 1 J من الحرارة عند درجة حرارة عالية إلى نفس كمية الحرارة عند درجة حرارة منخفضة.
لذلك ، من وجهة نظر الديناميكا الحرارية ، يكون تركيب التدفئة أقل اقتصادا بخمس مرات من تركيب تحويل الحرارة القابل للعكس.
يسمى الجهاز الذي يسمح بدورات مباشرة وعكسية لنقل الحرارة من مصدر بدرجة حرارة واحدة إلى مستهلك بدرجة حرارة مختلفة محول حراري.
إذا كانت درجة الحرارة المطلوبة أقل من درجة الحرارة الأولية ، فسيتم استدعاء المحول الحراري خفض.
المساعدة مطلوبة للحفاظ على درجة حرارة أعلى من درجة الحرارة الأصلية في ازديادمحول حراري ، منذ ذلك الحين تي 2 > تي 1 .
أرز. 13.7 الشكل. 13.8
المحول الحراري هو مزيج من محرك حراري ومضخة حرارية.
على التين. يوضح الشكل 13.7 مخططًا لمحول حراري متدرج وفي الشكل. 13.8 هي دورته النظرية.
على التين. يوضح الشكل 13.9 مخططًا لمحول حراري تصعيدي وفي الشكل. 13.10 - دورته النظرية.
في الأشكال: الأول - المحرك الحراري ، الثاني - المضخة الحرارية.
إذا تم تصميم محول حراري للحفاظ على درجات حرارة أقل وأعلى من الأصل ، فسيتم تسميته نوع المحولات الحرارية المختلطة.
أرز. 13.9 شكل. 13.10
أسئلة الاختبار
كيف تعمل دورة كارنو العكسية؟
ما هي المعلمة التي تقيم الكفاءة الديناميكية الحرارية لتركيب المضخة الحرارية؟
ما هو الفرق بين المضخة الحرارية ومخططات دائرة التبريد؟
14. خلط الغازات والأبخرة
في الأجهزة المختلفة ، غالبًا ما يكون من الضروري التعامل مع اختلاط الغازات والأبخرة والسوائل المختلفة. في هذه الحالة ، يلزم تحديد معلمات الحالة للخليط من معلمات الحالة المعروفة للمكونات التي يتكون منها هذا الخليط.
يعتمد حل هذه المشكلة على الظروف التي يتم فيها تنفيذ عملية الخلط هذه. يمكن تقسيم جميع طرق تكوين المخاليط إلى ثلاث مجموعات:
خلط الغازات بحجم ثابت ،
خلط تيارات الغاز ،
خلط الغازات عند ملء الخزان.
14.1. عملية الخلط بحجم ثابت
تتكون طريقة تكوين الخليط هذه من حقيقة وجود عدة غازات ذات ضغوط ص 1 , ص 2 , …, ص ن، درجات الحرارة تي 1 , تي 2 , …, تي نوالجماهير جي 1 , جي 2 , …, جي نتشغل أحجامًا مختلفة الخامس 1 , الخامس 2 , …, الخامس ن(الشكل 14.1).
إذا قمت بإزالة الأقسام الفاصلة بين الغازات ، فسوف تختلط الغازات وحجم الخليط
الخامس = الخامس 1 + الخامس 2 + …+ الخامس ن ,
وكتلة الخليط
جي = جي 1 + جي 2 + …+ جي ن .
عندما يتم إنشاء حالة التوازن ، ستكون معلمات الخليط ص, الخامس, تي, ش.
نظرًا لأن العملية ثابتة الحرارة ولم يتغير الحجم ، إذن ، وفقًا للقانون الأول للديناميكا الحرارية ، يتم الحفاظ على الطاقة الداخلية للنظام:
يو = يو 1 + ش 2 +… + ش نأو Gu = G 1 ش 1 + ز 2 ش 2 + … + جي ن ش ن .
ومن ثم ، يتم تحديد الطاقة الداخلية المحددة للخليط على النحو التالي:
, (14.1)
أين ز أنا- جزء الشامل أناالغاز ال.
والحجم المحدد ، حسب تعريفه ، يساوي
. (14.2)
معلمات أخرى ( ص, تي) للغازات الحقيقية والأبخرة والسوائل من الرسوم البيانية لهذه المواد.
في الحالة الخاصة عندما يتم خلط الغازات المثالية ذات السعات الحرارية الثابتة ، والتي من أجلها دو= ج الخامس دي تي، نحن نحصل
في حالة خلط أجزاء من نفس الغاز ، يتم حساب درجة حرارة الخليط باستخدام صيغة أبسط:
.
يتم تحديد ضغط الغاز بعد الخلط بواسطة معادلة Claiperon-Mendeleev
أين صهو ثابت خليط الغازات (المعرفة في القسم 1.4).
14.2. عملية الخلط
في هذه الحالة ، يحدث اختلاط الغازات نتيجة لتوصيل عدة تدفقات في قناة واحدة.
دع خط الأنابيب 1 (الشكل 14.2) الغاز مع المعلمات يدخل غرفة الخلط ص 1 , الخامس 1 , تي 1 , ح 1 ، وعبر خط الأنابيب 2 - الغاز مع المعلمات ص 2 , الخامس 2 , تي 2 , ح 2 .
تدفق الغاز عبر خط الأنابيب 1 يساوي جي 1 ، من خلال خط الأنابيب 2 – جي 2. عند مدخل حجرة الخلط ، يتم خنق تدفقات الغاز هذه بحيث يتم الضغط في الحجرة صكان أقل من ص 1 و ص 2 (إذا ، على سبيل المثال ، ص > ص 1 ، ثم يندفع الغاز من غرفة الخلط إلى خط الأنابيب 1 ).
يجب التأكيد على أن الضغط صيمكن اختيار غرفة الخلط بشكل مختلف (عن طريق ضبط الصمامات) ؛ في هذا الصدد ، تختلف عملية الخلط في التدفق بشكل كبير عن الخلط في حجم ثابت ، حيث يتم تحديد الضغط بشكل فريد من خلال معلمات الغازات المختلطة.
من غاز غرفة الخلط مع المعلمات ص،الخامس، تييتم تفريغها عبر خط الأنابيب 3 . استهلاك الغاز في خط الأنابيب 3 من الواضح أنه يساوي جي = جي 1 + جي 2 .
نظرًا لأن الغاز يتحرك في خطوط الأنابيب ، فبالإضافة إلى الطاقة الداخلية ، فإنه يمتلك أيضًا (ككل) طاقة حركية وطاقة كامنة. من أجل التبسيط (بالنسبة لمعظم المشاكل التقنية ، يكون ذلك مبررًا) ، سنفترض ذلك
تقع خطوط الأنابيب أفقيًا ، وبالتالي يمكن إهمال التغيير في الطاقة الكامنة ؛
سرعات حركة الغاز صغيرة نسبيًا ، أي كما تم إهمال التغيير في الطاقة الحركية.
بعد ذلك ، وفقًا للقانون الأول للتدفق الثابت للحرارة (9.3) ، في ظل الظروف المذكورة أعلاه ، لدينا
من هنا نحصل على تعبير عن المحتوى الحراري المحدد للخليط الذي تم الحصول عليه نتيجة الاختلاط في التدفق:
. (14.3)
معرفة المحتوى الحراري المحدد حوالضغط صالغاز بعد الخلط ، باستخدام مخططات الحالة ، يمكنك العثور على المعلمات المتبقية للخليط ( تي, الخامس, سوإلخ.).
بالنسبة للغازات المثالية ، استبدل المحتوى الحراري المحدد بالتعبير مع ص تي، نحن نحصل
. (14.4)
في حالة خلط تدفقين من نفس الغاز ، يتم تبسيط معادلة درجة حرارة الخليط:
. (14.5)
معرفة درجة الحرارة التي تحدد بهذه الطريقة تيمن معادلة الحالة للغاز المثالي يمكنك إيجاد الحجم المحدد:
تتم كتابة الصيغ (14.3) - (14.5) بالمثل لعدد عشوائي من تدفقات الغاز المختلطة.
14.3. الخلط عند ملء الحجم
دع الخزان 1 (الشكل 14.3) الحجم الخامسيوجد غاز (بخار ، سائل) بكتلة جي 1 مع الخيارات ص 1 , تيواحد . يتم تغذية هذا الخزان من خلال خط أنابيب. 2 الغاز مع المعلمات ص 2 , الخامس 2 , تي 2 (من الواضح ، ص 2 > ص 1) والوزن جي 2 ، وبعد ذلك يغلق الصمام. يحتوي الخزان على خليط من الغازات ذات الحجم الخامسوالوزن جي = جي 1 + جي 2. من الضروري تحديد معلمات الخليط الناتج.
أثناء عملية الملء ، يتم عمل الدفع على الغاز الموجود في خط الأنابيب 2 يساوي – ص 2 الخامس 2 جي 2 ؛ لا يوجد عمل يتم القيام به في الخزان لأن حجم الخزان ثابت.
في عملية ثابتة الحرارة ، يتم العمل بسبب تغير في الطاقة الداخلية (كما في السابق ، نهمل الطاقة الحركية للغاز القادم بسبب صغر سرعة التدفق):
ومن ثم ، فإن الطاقة الداخلية المحددة للخليط في الوعاء تساوي
الحجم المحدد للمزيج ، بحكم التعريف ، يساوي الخامس = الخامس/ جي.
معرفة شو الخامس، بمساعدة الرسوم البيانية ، ابحث عن المعلمات المتبقية للخليط ( ص, تي, س, ح).
في حالة خلط نفس الغاز المثالي بقدرات حرارية ثابتة
أين كهو مؤشر ثابت الحرارة.
الضغط في الخزان بعد الخلط
يتم خلط جزأين من الهواء ، وكتلة المكون الأول 10 كجم ، ودرجة حرارته 400 درجة مئوية ، وكتلة المكون الثاني 90 كجم ، ودرجة الحرارة 100 درجة مئوية. خليط لطرق الخلط المختلفة.
الحل: درجة حرارة الخليط الناتجة عن عملية الخلط بحجم ثابت أو عملية الخلط في تيار الغاز ستحدد بواسطة الصيغة ر = ز 1 ر 1 +ز 2 ر 2. وفي مثالنا هو كذلك ر= 0.1 ∙ 400 + 0.9 ∙ 100 = 130 درجة مئوية.
إذا تم الحصول على الخليط نتيجة ملء الحجم الذي يوجد فيه الغاز الأول بالفعل ، فسيتم حساب درجة حرارته المطلقة بواسطة الصيغة تي = ز 1 تي 1 +كلغ 2 تي 2. في المثال قيد النظر ، مؤشر الهواء ثابت الحرارة ك= 1.4 ، ودرجة حرارة الخليط ر= 0.1 (400 +273) +1.4 ∙ 0.9 ∙ (100 +273) - 273 = 264 درجة مئوية.
14.4. تغير الانتروبيا أثناء الخلط
إنتروبيا الخليط هي مجموع إنتروبيا مكونات هذا الخليط ، أي
أو في وحدات محددة
نظرًا لأن عملية الخلط هي عملية لا رجوع فيها ، فإن إنتروبيا النظام الديناميكي الحراري (جميع المواد المشاركة في الخلط الحراري) وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ستزداد في هذه العملية ، أي
يتم تفسير عدم رجوع عملية الخلط من خلال انتشار مكونات الخلط المصاحبة لهذه العملية. الزيادة في الانتروبيا أثناء الخلط هي مقياس لهذه اللارجعة.
أسئلة الاختبار
ما هي طرق الخلط الرئيسية؟
كيف يتم تحديد الخليط؟
كيف تحدد درجة حرارة الخليط بطرق الخلط المختلفة؟
كيف يمكن للمرء أن يفسر حقيقة أنه مع الخلط الحراري للغازات أو الأبخرة ، تزداد إنتروبيا الخليط؟
15. أساسيات الديناميكا الحرارية الكيميائية
يتم تحديد النظام غير المتجانس من خلال تكوين مكوناته. في ظل ظروف معينة ، يمكن أن يتغير هذا التركيب بسبب التحولات الكيميائية والفيزيائية الكيميائية التي تحدث في النظام ، والتي تحتها يتم تدمير الروابط القديمة وظهور روابط جديدة بين الذرات. هذه العمليات مصحوبة بإطلاق أو امتصاص الطاقة نتيجة لقوى هذه الروابط.
تعتبر الديناميكا الحرارية الكيميائية تطبيق القانونين الأول والثاني للديناميكا الحرارية على الظواهر الكيميائية والفيزيائية الكيميائية.
15.1. تفاعلات كيميائية
مادة كيميائيةعبارة عن جسم مجهري لتركيبة كيميائية معينة ، أي الجسم ، فيما يتعلق به ليس معروفًا فقط ما هي العناصر الكيميائية وبأي نسبة تتكون ( مادة كيميائية فردية) ، ولكنه معروف أيضًا بمركبات العناصر الكيميائية التي يتكون منها ( خليطأو المحلول).
تتميز المادة الكيميائية (المركب) عادة بصيغة كيميائية توضح العناصر المكونة لها وبأي نسبة تتحد ذرات هذه العناصر أثناء تكوينها.
تسمى عمليات التفاعل بين المواد الكيميائية الفردية ، مما يؤدي إلى تكوين مواد جديدة تفاعلات كيميائية.
يمكن أن يحدث أي تفاعل كيميائي في كلا الاتجاهين الأمامي والخلفي.
في الأنظمة المغلقة ، تحدث التفاعلات الكيميائية بطريقة لا تتغير بها الكمية الإجمالية لكل عنصر من العناصر الكيميائية الموجودة في النظام. لهذا السبب ، لا تشارك كميات عشوائية من المواد في التفاعلات الكيميائية ، ولكن كمياتهم المتكافئة، بمعنى آخر. الكميات المقابلة للصيغ الكيميائية للمواد. لذلك ، تتم كتابة التفاعلات الكيميائية على أنها مساواة بين الصيغ الكيميائية للمواد المشاركة في التفاعل والصيغ الكيميائية لنواتج هذا التفاعل. اسمحوا ان لكن 1 , لكن 2 , …, لكن نهي مواد البداية ، و في 1 , في 2 , …, في مهي المنتجات النهائية للتفاعل. ثم التفاعل الكيميائي بين المواد لكن 1 , لكن 2 , …, لكن ن، مما يؤدي إلى تكوين المواد في 1 , في 2 , …, في م، ستتم كتابتها على أنها مساواة:
حيث α 1، α 2،… α ن، β 1 ، β 2… β مهي معاملات متكافئة. على سبيل المثال ، ينتج عن احتراق الميثان ثاني أكسيد الكربون والماء:
CH 4 + 2O 2 \ u003d CO 2 + 2H 2 O.
1 كوحدة لكمية مادة في الكيمياء. مول. تحتوي هذه الكمية على عدد محدد بدقة من الجزيئات (الذرات) لمادة معينة ، يساوي ثابت أفوجادرو ن أ= 6.02204 10 23. بمعنى آخر: يُعرَّف مول واحد من مادة بأنه كمية مادة تساوي كتلتها بالجرام كتلتها الجزيئية (الذرية) M.
يتكون تكوين الأنظمة المعقدة من العديد من المواد ، وكمية كل منها ن أناالمولات في الكيمياء كسور الخلدمكون النظام.
دعونا نتخيل ثلاث طبقات أفقية A و B و C لعمود الغاز لدينا ، مع وجود الطبقة B فوق A و A أعلاه C. من الممكن دائمًا الحصول على أي كمية من خليط التركيب A عن طريق خلط بعض الحجم من الطبقة C مع a الحجم من الطبقة B. على العكس ، أي كمية من خليط من التركيبة A يمكن أن تتحلل إلى خليطين من التركيبة B و C.
يمكن أيضًا إجراء هذا الخلط والفصل بين الغازين بطريقة عكسية ، من خلال تقوية الأنابيب الأفقية في A و B و C. يتم إغلاق نهاية كل أنبوب يخرج من عمود الغاز إلى الخارج بواسطة مكبس. سنقوم الآن بدفع المكابس إلى الداخل في الطبقتين B و C ، ونقلهما ، على سبيل المثال ، من اليسار إلى اليمين ، وعند النقطة A ، على العكس من ذلك ، سنقوم بدفع المكبس للخارج ، أي من اليمين إلى اليسار. بعد ذلك ، في B و C ، ستغادر بعض كتل الغاز العمود ، وعلى العكس من ذلك ، سيدخل بعض حجم الخليط إلى A. سنفترض أن كل أنبوب يحتوي على كتلة معينة من خليط من نفس تركيبة الطبقة الأفقية لعمود الغاز الذي يتصل به هذا الأنبوب.
سيتم بعد ذلك تحديد القيم من المعادلات
ومن ثم يتبع ذلك
نقسم الآن الخليط بطريقة قابلة للعكس ونحسب العمل المنفق.
ندخل في A حجم وحدة الخليط ، ومن B ونشتق ، على التوالي ، الأحجام
إجمالي العمل المنجز في هذه العملية هو
بالتعويض بالقيم هنا ، نرى أن هذا الشغل يساوي صفرًا.
هناك بعض الدقة هنا: الخلائط B وفي أي المزيج A يتفكك يتم رفعه إلى ارتفاعات مختلفة وبالتالي يكتسب طاقات محتملة مختلفة. ولكن نظرًا لأن الشغل يساوي صفرًا ودرجة حرارة النظام ثابتة ، فلن يكون هذا ممكنًا إلا إذا أعطى النظام أو تلقى قدرًا معينًا من الحرارة. بمعرفة التغيير في الطاقة الكامنة ، نجد مقدار الحرارة المتصل بالنظام ، وبالتالي التغيير في الانتروبيا.
زيادة الطاقة الكامنة ستكون
لكنها تساوي كمية الحرارة الممنوحة للنظام ، وبالتالي فإن الزيادة في الانتروبيا ستكون مساوية لـ
بمثل هذه القيمة ، يكون مجموع إنتروبيا حجم الخليط B وحجم الخليط C أكبر من إنتروبيا وحدة حجم الخليط أ. من هنا ، يمكن للمرء أن يجد أحجام المخاليط B و C ، مجموع الانتروبيا الذي يساوي إنتروبيا وحدة حجم الخليط A ؛ للقيام بذلك ، نأتي بأحجام المزيجين B و C بطريقة متساوية الحرارة قابلة للانعكاس إلى الأحجام ونساوي مجموع الزيادات في إنتروبيا كلا الخليطين في هذه العملية بالتعبير (75) ، المأخوذ بعلامة معاكسة.
ستكون الزيادة في الانتروبيا للمزيج ب
دعونا نعوض في المعادلة (76) عن التعبير عن الضغوط بدلالة الكثافات
غالبًا ما يتضمن حل عدد كبير من المشكلات التقنية خلط غازات مختلفة (سوائل) أو كميات مختلفة من نفس الغاز (السائل) في حالات ديناميكية حرارية مختلفة. لتنظيم عمليات الإزاحة ، تم تطوير عدد كبير بدرجة كافية من مجموعة متنوعة من أجهزة وأجهزة الخلط.
في التحليل الديناميكي الحراري لعمليات الخلط ، عادةً ما يتم تقليل المشكلة إلى تحديد معلمات الحالة للخليط من معلمات الحالة المعروفة لمكونات الخلط الأولية.
سيكون حل هذه المشكلة مختلفًا اعتمادًا على الظروف التي يتم فيها تنفيذ هذه العملية. يمكن تقسيم جميع طرق تكوين مخاليط الغازات أو السوائل التي تحدث في ظروف حقيقية إلى ثلاث مجموعات: 1) عملية الخلط في حجم ثابت ؛ 2) عملية الخلط في الخط ؛ 3) الخلط عند ملء الحجم.
عادة ما يتم اعتبار عمليات الخلط على أنها تحدث بدون تبادل حراري بين نظام الخلط والبيئة ، أي المضي قدمًا بشكل ثابت. يمكن تقسيم الخلط في وجود انتقال الحرارة إلى مرحلتين: خلط ثابت الحرارة دون انتقال الحرارة والتبادل الحراري في الخليط الناتج مع البيئة.
لتبسيط الاستنتاجات ، دعونا نفكر في خلط غازين حقيقيين. يمكن إيجاد الخلط المتزامن لثلاثة غازات أو أكثر باستخدام معادلات حسابية لغازين من خلال إضافة مكون جديد على التوالي.
جميع حالات الخلط عمليات لا رجوع فيها ، وذلك فقط لأن فصل الخليط إلى مكوناته يتطلب بالضرورة إنفاق العمل. كما هو الحال في أي عملية لا رجوع فيها ، عند الخلط هناك زيادة في الانتروبيا سج من النظام وما يقابله من فقدان للقدرة على العمل (طاقة): دي
= تياو اس 
سج ، أين تي o.c - درجة الحرارة المحيطة.
عند خلط غازات ذات ضغوط ودرجات حرارة مختلفة ، هناك خسائر إضافية في الأداء ناتجة عن انتقال الحرارة غير القابل للانعكاس بين الغازات المختلطة وعدم استخدام فرق الضغط. وبالتالي ، تحدث زيادة في الانتروبيا أثناء الخلط نتيجة للخلط الفعلي (الانتشار) للغازات أو السوائل ذات الطبيعة المختلفة ، وبسبب معادلة درجات الحرارة والضغط للمواد المختلطة.
ضع في اعتبارك طرق الخلط الممكنة.
2.1. عمليات الخلط في حجم ثابت
دع بعض الأوعية المعزولة بالحرارة من الحجم الخامسمقسومًا على قسم إلى جزأين ، يحتوي أحدهما على غاز (سائل) مع معلمات ص 1 ، ش 1 ، تي 1 , يو 1 ، في الآخر - غاز آخر (سائل) مع المعلمات ص 2 ، ش 2 ، تي 2 , يو 2 ، (الشكل 2.1).
|
ص 1 , تي 1 ، ش 1 ، يو 1 , م 1 |
ص 2 , تي 2 ، ش 2 ، يو 2 , م 2 |
|
ص, تي، أنت ، يو, م |
أرز. 2.1. مخطط عملية الخلط
في حجم ثابت
نشير إلى كتلة الغاز في حجرة واحدة وحجم هذه المقصورة ، على التوالي م 1 و الخامس 1 ، وفي حجرة أخرى - م 2 و الخامس 2. عند إزالة قسم الفصل ، سينتشر كل غاز عبر الحجم بالكامل ، ومن الواضح أن الحجم الناتج للخليط سيكون مساويًا للمبلغ الخامس = الخامس 1 + الخامس 2. نتيجة للخلط ، يتم معادلة ضغط ودرجة حرارة وكثافة الغاز في جميع أنحاء حجم الوعاء. دعونا نشير إلى قيم معلمات حالة الغاز بعد الخلط ص، أنت ، تي, يو.
وفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة ، سيكون لخليط الغازات الناتج طاقة داخلية تساوي مجموع الطاقات الداخلية لكل غاز:
يو = يو 1 + يو 2
م 1 ش 1 + م 2 ش 2 = (م 1 + م 2) ش = مو. (2.1)
يتم تحديد الطاقة الداخلية المحددة للغاز بعد الخلط على النحو التالي:
.
(2.2)
وبالمثل ، فإن الحجم المحدد للخليط هو:
.
(2.3)
بالنسبة لبقية معلمات الغاز بعد الخلط ( ص, تي, س) ، ثم بالنسبة للغازات والسوائل لا يمكن حسابها بشكل تحليلي بعبارات عامة من خلال قيم معلمات مكونات الخليط. لتحديدها ، استخدم يو، مخطط u مع خطوط تساوي الضغط و متساوي الحرارة ، أو يو, تي- رسم بياني به متساوي القُرَص ومتساوي الأضلاع مرسوم عليه (لخلط نفس الغاز) ، أو جداول للخصائص الديناميكية الحرارية للغازات والسوائل. بعد التحديد بمساعدة العلاقات (2.2) و (2.3) و u للغاز بعد الخلط ، يمكن للمرء أن يجد من الرسوم البيانية أو الجداول ص, تي, س.
قيم ص,
تيو سيمكن التعبير عن الغازات بعد الخلط مباشرة من حيث القيم المعروفة لمعلمات الحالة للأجزاء المختلطة فقط للغازات المثالية. دعونا نشير إلى متوسط قيمة السعة الحرارية للغاز الأول في نطاق درجة الحرارة من تي 1 ل تيعبر 
، وغاز آخر في درجة الحرارة تتراوح من تيمن 2 إلى تيعبر 
.
بشرط 
;
;
من التعبير (2.2) نحصل على:
تي
=
أو تي
=
,
(2.4)
أين ز 1 و ز 2 - الكسور الكتلية للغازات المثالية التي يتكون منها الخليط.
من معادلة الحالة للغازات المثالية يتبع ذلك:
م 1
=
;م 2
=
.
بعد استبدال قيم الكتل في (2.4) ، يمكن إيجاد درجة حرارة خليط الغاز من التعبير
تي
=
.
(2.5)
يُعرَّف ضغط خليط من الغازات المثالية بأنه مجموع الضغوط الجزئية لمكونات خليط الغازات 
حيث ضغوط جزئية 
و 
يتم تحديدها باستخدام معادلة كلابيرون.
زيادة الانتروبيا 
ستم العثور على أنظمة ج من الخلط الذي لا رجوع فيه من خلال الفرق بين مجاميع إنتروبيا الغازات المتضمنة في الخليط بعد الخلط والمكونات الأولية قبل الخلط:
س
= س
– (م 1 س 1
+ م 2 س 2).
لخليط من الغازات المثالية عند خلط غازين.
س ج
= م[(ز 1 ج ص 1
+ ز 2 ج ص 2) ln تي
– (ز 1 ص 1
+ ز 2 ص 2) ln ص]–
– [م 1 (ج ص 1ln تي 1 – ص ln ص 1) + م 2 (ج ص 2ln تي 2 – ص ln ص 2)]–
–م(ص 1 ز 1ln ص 1 + ص 2 ز 2ln ص 2),
أين ص أناهو جزء الحجم من الغازات المثالية التي يتكون منها الخليط ؛
صهو ثابت الغاز للخليط ، تحدده المعادلة:
ص = ز 1 ص 1 + ز 2 ص 2 .
يظهر الرسم البياني للحساسية المفرطة والحساسية عند الاختلاط بحجم ثابت في الشكل. 2.2.
أرز. 2.2. رسم تخطيطي للحساسية المفرطة والحساسية في
الاختلاط بحجم ثابت: 
- فقدان طاقة معينة أثناء الخلط
1. خلط الغاز عند V = const. إذا ظل الحجم الإجمالي الذي تشغله الغازات قبل الخلط وبعده دون تغيير وكانت الغازات قبل الخلط تحتل الأحجام V 1، V 2، ... .. V n m 3 عند الضغوط p 1، p 2، p n ودرجات الحرارة T 1، T 2، Т n، ونسبة السعات الحرارية لهذه الغازات مع р / с v تساوي k 1، k 2،…. ك ن ، ثم يتم تحديد معلمات الخليط بواسطة الصيغ:
درجة الحرارة
الضغط
(5.15)
بالنسبة للغازات التي تكون السعات الحرارية المولارية لها متساوية ، وبالتالي فإن قيم k متساوية ، تأخذ الصيغتان (62) و (63) الشكل:
2. خلط تيارات الغاز. إذا كانت معدلات تدفق الكتلة لتدفقات الخلط تساوي M 1 ، M 2 ، ... M n ، kg / h ، فإن معدلات التدفق الحجمي هي V 1 ، V 2 ، ... .. V n m 3 / h ، غاز الضغوط - p 1 ، p 2 ، p n ودرجة الحرارة - T 1 ، T 2 ، ... T n ، ونسب السعات الحرارية للغازات الفردية هي على التوالي k 1 ، k 2 ،…. k n ، ثم يتم تحديد درجة حرارة الخليط بواسطة الصيغة:
(5.18)
معدل التدفق الحجمي للخليط لكل وحدة زمنية عند درجة الحرارة T والضغط p:
(5.19)
بالنسبة للغازات التي تكون قيمها k متساوية ، يتم تحديد درجة حرارة الخليط بواسطة الصيغة (64). إذا كان الغاز يتدفق ، بالإضافة إلى نفس قيم k ، له أيضًا ضغوط ، فإن الصيغتين (66) و (67) تأخذ الشكل:
(5.21)
مهام
5.1. أوجد التغيير في الطاقة الداخلية بمقدار 1 كجم من الهواء أثناء انتقاله من الحالة الأولية t 1 \ u003d 300 0 C إلى الحالة النهائية عند t 2 \ u003d 50 0 C. خذ اعتماد السعة الحرارية على درجة الحرارة على أنها خطية. أعط إجابتك بالكيلوجول.
تم العثور على التغيير في الطاقة الداخلية بواسطة الصيغة (5.9):
دو \ u003d C vm (t 2 -t 1).
باستخدام الجدول. 4.3 ، نحصل على الهواء
(С vm) 0 t = 0.7084 + 0.00009349t kJ / (kg · K) ؛
(С vm) 50300 = 0.7084 + 0.00009349 (50 + 300) = 0.7411 كيلو جول / (كجم · ك).
لذلك،
Du = 0.7411 (50-300) = - 185.3 كيلو جول / كجم
الجواب: DU = - 185.3 كيلوجول / كجم
5.2. أوجد التغير في الطاقة الداخلية بمقدار 2 م 3 من الهواء إذا انخفضت درجة حرارته من t 1 \ u003d 250 0 C إلى t 2 \ u003d 70 0 C. اقبل اعتماد السعة الحرارية على درجة الحرارة على أنها خطية. ضغط الهواء الأولي Р 1 = 0.6 ميجا باسكال.
الجواب: DU = -1063 كيلو جول.
5.3. يتم توفير 100 كيلو جول من الحرارة من الخارج للغاز الموجود في أسطوانة ذات مكبس متحرك. مقدار الشغل المنجز في هذه الحالة هو 115 كيلو جول. أوجد التغير في الطاقة الداخلية للغاز إذا كانت كميته 0.8 كجم.
الجواب: DU = - 18.2 كيلو جول.
5.4. يتم خلط 2 م 3 من الهواء عند ضغط 0.5 ميجا باسكال ودرجة حرارة 50 درجة مئوية مع 10 م 3 من الهواء عند ضغط 0.2 ميجا باسكال ودرجة حرارة 100 درجة مئوية. تحديد ضغط ودرجة حرارة الخليط.
الجواب: t cm \ u003d 82 0 C ؛ P سم \ u003d 0.25 ميجا باسكال.
5.5. يتم خلط غازات المداخن لثلاث غلايات ، والتي لها ضغط جوي ، في مداخن منزل الغلاية. للتبسيط ، يُفترض أن هذه الغازات لها نفس التركيبة ، وهي: CO 2 = 11.8٪ ؛ O 2 \ u003d 6.8٪ ؛ N 2 \ u003d 75.6٪ ؛ H2O = 5.8٪. استهلاك الغاز بالساعة هو V 1 = 7100 م 3 / ساعة ؛ V 2 \ u003d 2600 م 3 / ساعة ؛ V 3 \ u003d 11200 م 3 / ساعة ، ودرجات حرارة الغاز ، على التوالي ، t 1 \ u003d 170 0 C ، t 2 \ u003d 220 0 C ، t 3 \ u003d 120 0 C. تحديد درجة حرارة الغازات بعد الخلط و يتدفق حجمها عبر المدخنة عند درجة الحرارة هذه.
الجواب: t = 147 0 С ؛ الخامس = 20900 م 3 / س.
5.6. يتم خلط غازات العادم من ثلاث غلايات بخارية بضغط 0.1 ميجا باسكال في قناة تجميع الغاز وإزالتها إلى الغلاف الجوي من خلال المدخنة. التركيب الحجمي لغازات المداخن من الغلايات الفردية كما يلي: من الأول
ثاني أكسيد الكربون = 10.4٪ ؛ حوالي 2 \ u003d 7.2٪ ؛ العدد 2 = 77.0٪ ؛ H2O = 5.4٪ ؛
من الثانية
ثاني أكسيد الكربون = 11.8٪ ؛ O 2 \ u003d 6.9٪ ؛ N 2 \ u003d 75.6٪ ؛ H2O = 5.8٪ ؛
من الثالث
ثاني أكسيد الكربون = 12.0٪ ؛ O 2 \ u003d 4.1٪ ؛ N 2 \ u003d 77.8٪ ؛ H 2 O = 6.1٪.
استهلاك الغازات بالساعة هو
م 1 = 12000 كجم / ساعة ؛ م 2 = 6500 كجم / ساعة ؛ م 3 = 8400 كجم / ساعة ؛ ودرجات حرارة الغاز ، على التوالي ، t 1 \ u003d 130 0 درجة مئوية ؛ ر 2 \ u003d 180 0 درجة مئوية ؛ ر 3 \ u003d 200 0 ج.
تحديد درجة حرارة غازات المداخن بعد الخلط في قناة التجميع. افترض أن السعات الحرارية المولارية لهذه الغازات هي نفسها.
الجواب: t 2 \ u003d 164 0 C.
5.7. يتم خلط ثلاثة تيارات غازية في مجرى الغاز ، ولها نفس الضغط يساوي 0.2 ميجا باسكال. التيار الأول عبارة عن نيتروجين بحجم تدفق V 1 = 8200 م 3 / ساعة عند درجة حرارة 200 درجة مئوية ، والتيار الثاني هو ثاني أكسيد الكربون بمعدل تدفق 7600 م 3 / ساعة عند درجة حرارة 500 درجة مئوية و التيار الثالث عبارة عن هواء بمعدل تدفق 6400 م 3 / ساعة عند درجة حرارة 800 ْم. أوجد درجة حرارة الغازات بعد الخلط وتدفق حجمها في خط أنابيب الغاز المشترك.
الجواب: t 1 \ u003d 423 0 C ؛ V = 23000 م 3 / ساعة.
5.8. يجب تبريد منتجات الاحتراق من مدخنة غلاية البخار بكمية 400 كجم / ساعة عند درجة حرارة 900 درجة مئوية إلى 500 درجة مئوية وإرسالها إلى محطة التجفيف. يتم تبريد الغازات بخلط تيار الغاز مع تيار الهواء عند درجة حرارة 20 ْم يكون الضغط في كلا مجاري الغاز متماثلاً. حدد تدفق الهواء كل ساعة إذا كان معروفًا أن غاز R \ u003d R هواء. يُفترض أن تكون السعة الحرارية لمنتجات الاحتراق مساوية للسعة الحرارية للهواء.
الجواب: M air = 366 كجم / ساعة.
يتصرف كل غاز في المخاليط كما لو كان وحده يشغل الحجم الكامل للوعاء: تتشتت جزيئاته بالتساوي في الفضاء وتخلق ما يسمى بالضغط الجزئي p i على جدران الوعاء. إذا كان الخليط في حالة توازن ، فإن درجة حرارة جميع الغازات هي نفسها وتساوي درجة حرارة الخليط T SM. كتلة الخليط تساوي مجموع كتل المكونات ؛ ضغط الخليط وفقًا لقانون الضغوط الجزئية لدالتون (1801) يساوي مجموع الضغوط الجزئية:
حيث n هو عدد المكونات التي يتكون منها الخليط.
صاغ الفيزيائي والكيميائي الإنجليزي جون دالتون (1766-1844) في عام 1803 قانون النسب المتعددة: إذا كانت مادتان بسيطتان أو معقدتان تشكلان أكثر من مركب واحد مع بعضهما البعض ، فإن كتل مادة واحدة لكل نفس الكتلة من مادة أخرى تكون كأعداد صحيحة ، وعادة ما تكون صغيرة. على سبيل المثال ، في خمسة أكاسيد من النيتروجين (N 2 O ، NO ، N 2 O 3 ، NO 2 ، N 2 O 5) ، ترتبط كمية الأكسجين لكل نفس كمية الوزن من النيتروجين على أنها 1: 2: 3: 4 : 5. شرح دالتون هذا القانون بشكل صحيح من خلال التركيب الذري للمادة وقدرة ذرات مادة واحدة على الاندماج مع عدد مختلف من ذرات مادة أخرى. في الوقت نفسه ، اقترح دالتون استخدام مفهوم الوزن الذري في الكيمياء. من خلال معرفة الأوزان الذرية للعناصر ، من الممكن إنشاء مقياس للتحولات الكيميائية والنسب الكيميائية للمواد ، وكذلك وضع معادلات كمية للتفاعلات. كان أول (1794) أجرى بحثًا ووصف عيبًا بصريًا عانى منه هو نفسه - عمى الألوان ، الذي أطلق عليه فيما بعد عمى الألوان تكريماً له.
طوال نصف حياته ، لم يشك دالتون في أن هناك شيئًا ما خطأ في بصره. درس علم البصريات والكيمياء ، لكنه اكتشف عيبه من خلال شغفه بعلم النبات. حقيقة أنه لم يستطع التمييز بين الزهرة الزرقاء والزهرة الوردية ، فقد أرجع في البداية إلى حدوث ارتباك في تصنيف الألوان ، وليس إلى عيوب بصره. لاحظ دالتون أن الزهرة التي كانت زرقاء سماوية في ضوء الشمس (بتعبير أدق ، اللون الذي اعتقد أنه أزرق سماوي) بدت حمراء داكنة في ضوء الشمعة. التفت إلى من حوله ، لكن لم ير أحد مثل هذا التحول الغريب ، باستثناء شقيقه. لذلك خمن دالتون أن هناك شيئًا ما خطأ في رؤيته وأن هذه المشكلة موروثة. في عام 1995 ، أجريت دراسات على عين جون دالتون المحفوظة ، تبين خلالها أنه يعاني من شكل نادر من عمى الألوان - deuteranopia. تحتوي Deuteranopes على نقص في صبغة M-cone ، ونتيجة لذلك يكون المريض غير حساس نسبيًا لمتوسط الأطوال الموجية للجزء الأخضر من الطيف ، ولكن في نفس الوقت ينظرون إلى جزء الموجة القصيرة من الطيف على أنه أزرق و الجزء طويل الموجة باللون الأصفر.
تعتمد خصائص الخليط على تركيبته ، والتي يمكن تحديدها بطرق مختلفة. الأبسط والأكثر ملاءمة هي مهمة التكوين الشامل ، أي لكل غاز ، يتم تحديد جزء الكتلة في الخليط:
جزء الخلد هو نسبة عدد الكيلومولات لغاز معين إلى عدد الكيلومولات للخليط بأكمله:
حيث ، m i هو الوزن الجزيئي للمكون i.
القيمة
يسمى الوزن الجزيئي الظاهري للخليط.
غالبًا ما يتم إعطاء تكوين الخليط بواسطة كسور الحجم
حيث V i هو الحجم الجزئي للمكون i ، أي مثل هذا الحجم الذي سيشغله الغاز المعطى إذا لم يكن ضغطه p i ، ولكن p SM (عند نفس درجة الحرارة T SM) ،.
بالنسبة للحالة الحقيقية ، يتم تحديد العلاقة بين المعلمات بواسطة المعادلة p i × V CM = m i × R i × T CM ، وللحالة الشرطية p CM × V i = = m i × R i × T CM. من مساواة الأجزاء الصحيحة من هذه المعادلات يتبع p i × V CM = p CM × V i ، والتي نجد منها صيغتين مهمتين:
من المهم معرفة العلاقة بين الكميات g i و y i و r i. للعثور على هذه العلاقات ، نقوم بإجراء التحولات البسيطة التالية التي لا تتطلب تفسيرات إضافية:
هنا 22.4 هو حجم 1 كيلو مول من أي غاز في الظروف العادية ، م 3 (وفقًا لقانون أفوجادرو ، تحتوي معظم الغازات على هذا الحجم ، على الرغم من وجود انحرافات طفيفة).
حجم الكسر
نظرًا لأن الأجزاء الصحيحة من الصيغتين الأخيرتين متطابقة ، يمكننا أن نستنتج أن الكسور المولية تساوي كسور الحجم: y i = r i.
نحصل على نسبة أخرى مثل هذا:
استبدال y i بـ r i ، نكتبه بشكل مختلف:
ص أنا × م أنا = ز أنا × م
دعونا نلخص الصيغ التي تم الحصول عليها لجميع مكونات الخليط. نتيجة لذلك ، سيكون لدينا
بقدر ما.
بناءً على خاصية الجمع ، يمكن كتابة الصيغ التالية لحساب السعات الحرارية للخليط:
تم العثور على قيمة ثابت الغاز بالمثل:
أو ، كما هو الحال بالنسبة لأي غاز ، من خلال ثابت الغاز العام وفقًا للصيغة R CM = 8314 / m CM.
دعنا نلقي نظرة فاحصة على طريقتين للخلط الأكثر شيوعًا.
1. خلط الغازات عن طريق الجمع بين أحجام منفصلة. يجب ألا يكون هناك غازات مختلفة موجودة في أوعية منفصلة بأحجام V 1 ، V 2 ، .... معلمات كل غاز p 1 ، p 2 ، ... و T 1 ، T 2 ، ... للحصول على خليط ، يتم دمج هذه الأحجام أو إزالة الأقسام ، أو بمساعدة خطوط أنابيب قصيرة من مقطع عرضي كبير بدرجة كافية. نتيجة لتدفق وانتشار الغازات ، بعد فترة زمنية معينة ، يتم الحصول على خليط متجانس ، يمكن تحديد كتلته وحجمه بجمع بسيط:
أين كتلة المكون i ، R i هو ثابت غازه.
عند الخلط ، لا يتم عمل أي عمل خارجي ولا يحدث انتقال حرارة خارجي (dl = 0 ، dq = 0) ، مما يعني أن الطاقة الداخلية لكل غاز لا تتغير (du = 0). لذلك ، فإن الطاقة الداخلية للخليط ستكون مجموع الطاقة الداخلية لمكوناته ، أي
هنا u CM = m CM × s V C M × (T C M - T 0) و u i = m i × s V i × (T i - T 0) ،
حيث c vi هو متوسط السعة الحرارية للمكون i في عمليات متساوية الضغط.
استبدل التعبيرات أعلاه بالصيغة الأصلية:
وننفذ التحولات التالية: نقسم كلا الجزأين على m CM (في هذه الحالة نحصل على الجانب الأيمن) ، نفتح الأقواس ونأخذ القيمة الثابتة T 0 من علامة الجمع:
إذا أخذنا في الاعتبار ذلك ، فبعد تقليل المصطلحات المماثلة ، ستأخذ الصيغة الشكل
نجد ضغط الخليط من معادلة الحالة للغاز المثالي:
تخيل عقليًا أن تكوين الخليط يتم على مرحلتين. في المرحلة الأولى ، تصبح الأقسام بين المكونات مرنة وموصلة حرارياً بشكل جيد. بعد ذلك ، نتيجة للتشوهات ونقل الحرارة بطريقة قابلة للانعكاس ، يتم معادلة درجات الحرارة والضغط للمكونات (تصبح مساوية لـ p SM و T SM) وتتغير أحجام الغازات. ستكون إنتروبيا مثل هذه الحالة
في المرحلة الثانية ، تتم إزالة الأقسام. بعد ذلك ، نتيجة للانتشار ، سينتشر كل غاز في جميع أنحاء الحجم ، وسيكون لكل مكون معلمات T CM و p i = r i × p CM ، حيث r i هو الجزء الحجمي للمكون. في هذه الحالة ، يمكن تعريف إنتروبيا الخليط على أنها مجموع إنتروبيا المكونات:
تسمح لنا مقارنة هذه الصيغ بإيجاد الزيادة في الانتروبيا من اللارجعة:
مما يسهل العثور على خسائر الأداء
دل = T 0 × دس
إذا كان من الضروري ، على سبيل المثال ، فصل الخليط إلى مكونات منفصلة ، فسيتطلب ذلك عمل Dl على الأقل.
2. خلط التيارات الغازية هو وسيلة للحصول على الخلائط بشكل مستمر. يتم إرسال العديد من تيارات الغاز إلى قناة منفذ واحدة. دع M i من الغاز يتدفق عبر القناة i ، kg / s ، مع المعلمتين p i و T i. ثم سيكون معدل التدفق الحجمي لهذا التدفق
والسرعة
عندما تختلط التدفقات ، تكون سرعات الغازات منخفضة وتختلف قليلاً عن بعضها البعض. لذلك ، يمكن إهمال الاختلاف في سرعات الغاز ويمكن افتراض أن الضغوط p i للغازات هي نفسها عمليا وتساوي p SM.
عند ضغط ثابت وبدون انتقال حرارة خارجي ، سيحدث توازن المحتوى الحراري التالي:
نظرًا لأن الغاز المثالي h \ u003d c p × (T - T 0) ، يمكن أيضًا كتابة الصيغة أعلاه على النحو التالي:
أين ؛ c pi هو متوسط السعة الحرارية متساوية الضغط لمكون i.
نقوم بإجراء تحويلات مماثلة للتحولات السابقة ، نحصل عليها
يمكنك الآن إيجاد معدل التدفق الحجمي للخليط وسرعته في قناة المخرج بالقسم F OUT.
للكشف عن ملامح حالات الهواء الرطب ، دعونا نجري التجربة التالية عقليًا. دعونا نضع كمية صغيرة من الماء في حجم مغلق بهواء جاف. نتيجة لتبخره ، يتكون خليط يسمى الهواء الرطب. إذا تمت إضافة المزيد من الماء ، فبعد التبخر ، سيزداد التركيز والضغط الجزئي للبخار. ومع ذلك ، سيتم ملاحظة ذلك فقط حتى يحدث توازن ديناميكي بين البخار والسائل ، أي حتى يتشبع البخار الموجود في الخليط بضغط pH.
مع الدقة الكافية للممارسة ، يتم أخذ كلا المكونين من الهواء الرطب كغاز مثالي. بالنسبة لأي خليط غازي ، في هذه الحالة ، يتم تحديد ضغط الخليط من خلال مجموع الضغوط الجزئية: p SM = p SV + p P.
عادة ما يتعين على المرء أن يتعامل مع الهواء الرطب في الغلاف الجوي ، ثم p CM يساوي الضغط الجوي B ، أي ص SV + + ف P \ u003d V.
تسمى كتلة البخار الموجودة في 1 م 3 من الهواء الرطب الرطوبة المطلقة. الرطوبة المطلقة تساوي كثافة البخار في الهواء الرطب. الرطوبة القصوى المطلقة للهواء الرطب المشبع r "= 1 / v".
الرطوبة النسبية هي نسبة الرطوبة المطلقة إلى أقصى حد ممكن في ظل نفس الظروف: j \ u003d r P / r ".
بتطبيق معادلة حالة الغاز المثالية لمكون البخار ، يمكننا الكتابة
غالبًا ما يتم اعتبار العلاقة التي تم الحصول عليها على أنها تعريف لـ j. عادة ، لا يتم التعبير عن قيمة j في صورة كسور ، ولكن في النسب المئوية. الرطوبة النسبية للهواء المشبع 100٪. يتم قياس قيمة j باستخدام مقياس رطوبة الجو أو مقياس الرطوبة.
يتكون أبسط مقياس رطوبة من ترمومترين كحوليين ، أحدهما مقياس حرارة جاف عادي ، والثاني به جهاز ترطيب. يتم لف مستشعر درجة حرارة البصلة المبللة بقطعة قماش قطنية موضوعة في وعاء من الماء. يزداد معدل تبخر الرطوبة مع انخفاض الرطوبة النسبية للهواء. يؤدي تبخر الرطوبة إلى تبريد الجسم الذي تتبخر منه الرطوبة. عندما يبرد مستشعر درجة الحرارة لميزان الحرارة الرطب ، ينخفض معدل تبخر الرطوبة أيضًا حتى يتم الوصول إلى التوازن الديناميكي عند درجة حرارة معينة - كمية الرطوبة المتبخرة تساوي كمية الرطوبة المكثفة. وبالتالي ، فإن درجة حرارة البصلة الرطبة ستعطي معلومات حول الرطوبة النسبية للهواء. تحتوي موازين الحرارة على تدرجات دقيقة بقيمة تقسيم تتراوح من 0.2 إلى 0.1 درجة. يمكن تضمين جدول القياس النفسي في تصميم الجهاز لسهولة الاستخدام.
كتلة الهواء الرطب الموجودة في حجم معين V. , يحددها مجموع كتل الهواء الجاف والبخار
م BB \ u003d م C B + م P.
بعد قسمة هذه الصيغة على V ، نحصل على
ص ب ب \ u003d ص ج ب + ص ص.
باستخدام معادلة الحالة للهواء الجاف والعلاقات المذكورة أعلاه ، نجد
نستبدل القيم الموجودة في صيغة كثافة الهواء الرطب وبعد التحولات البسيطة نحصل على:
لاحظ الآن أن R B< R П, значит (1/R B – 1/R П) >0. قيمة B / (R B × T) تساوي كثافة الهواء الجاف عند الضغط الجوي. ثم يأتي الاستنتاج من الصيغة الأخيرة: كثافة الهواء الرطب أقل من كثافة الهواء الجاف عند نفس الضغط (البارومتري عادةً). صحيح أن الاختلاف في الكثافات صغير ، لذلك ، في الحسابات الفنية ، عادةً ما يتم أخذ r BB \ u003d r C B ، على الرغم من أنه ، إذا لزم الأمر ، يمكن إجراء حسابات أكثر دقة باستخدام التعبير الأخير.
في الحسابات العملية ، يتم استخدام معامل الهواء الرطب على نطاق واسع ، والذي يسمى محتوى الرطوبة d. حسب التعريف ، محتوى الرطوبة هو مقدار الرطوبة أو البخار ، كجم (جم) ، لكل كيلوغرام من الهواء الجاف:
بالنسبة للحجم V ، الكميات m P = V × r P ، m SV = V × r SV. ثم
النسبة R CB / R P = 0.622 ، إذن لدينا أخيرًا
معلمة مهمة للهواء الرطب هي المحتوى الحراري الخاص به ، وهو مجموع المحتوى الحراري للهواء الجاف والمحتوى الحراري للبخار الموجود في الخليط:
H \ u003d H CB + H P \ u003d c R CB × t + d × (h "+ r + c R P × (t - t N)).
تعتبر الوصلات التحليلية بين t و j و d و H معقدة للغاية وغالبًا ما تكون غير جبرية. لذلك ، فإن حل العديد من المشاكل صعب ويتطلب أساليب تكرارية. لتبسيط الحسابات وتسهيلها ، يتم استخدام مخطط خاص H-d ، مصمم لضغط B = 745 مم زئبق. فن. بناءً على جداول التشبع والصيغ أعلاه. هذا الرسم البياني مبني على شبكة مائلة من الإحداثيات:
يوضح الرسم البياني شبكة من الخطوط j = const ، وشبكة من متساوي الحرارة t = const ، والخطوط H = const موجهة بزاوية 45 درجة إلى الرأسي. يسمح لنا وجود هذه الشبكات بإيجاد نقطة على الرسم التخطيطي من خلال أي معلمتين معيّنتين من القائمة t و j و d و H ، ومن ثم المعلمتين الأخريين غير المعروفين.
في العديد من الأجهزة التقنية ، على سبيل المثال ، في الأجهزة البخارية ، وخلط سخانات البخار ، وما إلى ذلك ، يتم إجراء خلط ثابت الحرارة (بدون التبادل الحراري الخارجي) لتدفقات بخار الماء ، ونتيجة لذلك يتم تنفيذ معلمات بخار البخار الأولي التدفقات تخضع للتغييرات.
لذلك ، دع اثنين (لتبسيط التفكير) يتدفق البخار بمعدلات تدفق الكتلة M 1 و M 2 ومعلمات البخار p 1 ، v 1 ، t 1 ، h 1 ، s 1 و p 2 ، v 2 ، t 2 ، h 2 ، يتم خلط s 2 في الغرفة وتركها مع المعلمات p CM ، v CM ، t CM ، h CM ، s CM. مطلوب لتحديد معلمات الخليط.
من الواضح أن معدل التدفق الكتلي لتيار الخرج سيكون M CM = = M 1 + M 2 ، والكسور الكتلية g 1 و g 2 هي زوج من التدفقات المقابلة
المشكلة المطروحة بسيطة للغاية في حلها باستخدام مخطط h – s للمياه والبخار. بالنظر إلى المعلمات p 1 و t 1 و p 2 و t 2 على الرسم التخطيطي ، نجد النقطتين 1 و 2. إذا حدثت عملية الخلط بطريقة عكسية ، فإن الانتروبيا المحددة للخليط s CM ، ككمية مضافة ، سيتم تحديده من خلال مجموع s CM \ u003d g 1 × s 1 + g 2 × s 2 ، مما يعكس حالة الانعكاس:
نجد معلمات الخليط الناتج عن طريق توصيل النقطتين 1 و 2 وتحديد موضع النقطة 3 فيما يتعلق بالقطاعات l 13 و l 32 ، والتي يتم تحديد طولها من خلال العلاقة
دعنا نثبت أن مثل هذه النسبة تفي بشرط الانعكاس ومعادلة توازن الحرارة h CM = g 1 × h 1 + g 2 × h 2.
تشابه المثلثات 1a3 و 3b2 يعني وجود علاقة بسيطة
من حيث وصلنا
ح 3 × جم 1 - ح 1 × جم 1 \ u003d س 2 × جم 2 - ح 3 × جم 2.
ح 3 × (ج 1 + ج 2) = ح 1 × ج 1 + س 2 × ج 2.
Ho g 1 + g 2 = 1 ، إذن
ح 3 \ u003d س SM \ u003d س 1 × جم 1 + ح 2 × جم 2.
وبالمثل ، من خلال تحليل العلاقات بين المقاطع l 1 a و l 3 b ، يمكن للمرء التأكد من ملاحظة حالة الانعكاس أيضًا.
في الواقع ، عملية الخلط هي عملية لا رجوع فيها ، ووفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، تكون إنتروبيا الخليط أكبر من إنتروبيا كلا التدفقات قبل الخلط:
ث سم = جم 1 × ث 1 + ج 2 × ث 2 + دس
عادة ، تكون ضغوط البخار في مداخل ومخارج حجرة الخلط قريبة جدًا ويمكن اعتبارها كما هي ، أي النقاط 1 و 2 و 3 H تقع على نفس متساوي الضغط:
ومع ذلك ، إذا تم توفير الحرارة أو إزالتها أثناء عملية الخلط ، فإن المحتوى الحراري وانتروبيا الخليط سيتغيران بشكل إضافي. نظرًا لأن نقل الحرارة هنا يتم عند p = const ، ستتغير قيمة المحتوى الحراري حسب كمية الحرارة المتضمنة في نقل الحرارة ، Dh = q:
تتيح لك هذه الطريقة تحديد معلمات حالة الخليط وعند خلط عدة تدفقات بخار. في هذه الحالة ، يتم تحديد حالة البخار أولاً عند خلط تيارين ، ثم بالمثل عند خلط الخليط الناتج مع التيار الثالث ، إلخ.
يتم تحديد الكسور الكتلية لكل من مكونات أي خليط من خلال قيم معدلات تدفق الكتلة M 1 و M 2 للتيارين الأول والثاني. محتوى الرطوبة d و المحتوى الحراري h معلمات مضافة ، لذلك يمكننا الكتابة
د سم = جم 1 × د 1 + جم 2 × د 2 و ح سم = جم 1 × ح 1 + جم 2 × ح 2 = جم 1 × ح 1 + (1 - جم 1) × ح 2 ،
منذ ز 1 + ع 2 = 1.
يمكن تحديد القيم d 1 و d 2 و h 1 و h 2 من الرسم البياني h-d لدرجات الحرارة المعطاة t 1 و t 2 والرطوبة النسبية j 1 و j 2:
في المخطط ، بالإضافة إلى النقاط 1 و 2 و 3 ، التي تعكس معلمات كل من التدفقات والمزيج الناتج ، يتم رسم النقاط 4 و 5 و 6 ، وهي ضرورية لمزيد من التفكير.
يمكن تحديد معلمات الخليط دون اللجوء إلى الحسابات. للقيام بذلك ، ارسم خطًا مستقيمًا عبر النقطتين 1 و 2 وابحث عن موضع النقطة 3 باستخدام العلاقة التي تم الحصول عليها مسبقًا
لنقم بأبسط التحولات باستبدال القيمة h SM:
يبقى إثبات أنه مع هذا التقسيم للجزء 1-2 ، سيتم أيضًا تحديد قيمة d CM بشكل صحيح. للقيام بذلك ، نكتب نسب أضلاع المثلثات المختارة إلى ارتفاعاتها ، بالنظر إلى أن هذه الارتفاعات تتحدد بالاختلافات في محتوى الرطوبة د:
من هنا نجد
جم 2 × د 2 - جم 2 × د سم = جم 1 × د سم - جم 1 × د 1.
د سم × (ج 1 + ز 2) \ u003d جم 1 × د 1 + جم 2 × د 2 ؛ د SM \ u003d جم 1 × د 1 + جم 2 × د 2.
الصيغة الأخيرة تتوافق تمامًا مع خاصية الجمع.