Смешение газов и паров
Смесь, состоящая из нескольких газообразных или жидких веществ, в реальных условиях получается смешением одним из трех способов:
а) в заданном объеме,
б) в потоке,
в) путем наполнения объема, содержащего один газ потоком другого газа.
Во всех 3-х способах смешения будем рассматривать адиабатное смешение 2-х реальных газов. Все случаи смешения являются необратимыми процессами, т.к все процессы с разделением смеси на ее составляющие идут всегда с затратой работы, т.к процессы являются необратимыми, то имеет место приращение энтропии ∆Sсистемы и соответственно потери работоспособности:
В общем случае увеличения энтропии при смешении идет за счет:
А) смешение различных газов
Б) за счет выравнивания температур и давлений смешиваемых веществ.
1 способ: Смешение в заданном объеме.
До смешения газ I имел параметры P1V1T1S1U1
Газ II имел параметры P2V2T2S2U2
При снятии разделяющей перегородки каждый газ путем диффузии расширится на весь объем смеси Vсм= V1+ V2
Согласно
з.Сохранения энергии, полученная смесь
газов будет обладать внутренней энергией
При данном способе смешения ни какой полезной работы не производится и не отдается.
Кинетическая работа до и после смешения =0
При определении температуры смеси будем считать, что теплоемкости газов не зависят от давления.
Обозначим:
Cv1- среднее значение теплоемкости газа Iв интервале температур от t1 до tсм
Cv2- среднее значение теплоемкости газа IIв интервале температур от t2 до tсм
т.к алгебраическая сумма изменения внутренней энергии смешиваемых газов=0, то можно записать уравнение:
Давление
смеси определяется согласно з.Дальтона:
Давление смеси идеальных газов найдется как сумма парциальных давлений газов, входящих в смесь.
Для
данного способа смешения давление смеси
определяется суммой
Которые в свою очередь определяются:
Отсюда видно, что если газы перед смешением имеют одинаковые температуры и давления, то и смесь газов будет иметь те же температуру и давление.
Приращение
энтропии определится по ф-ле:
Sc - суммарная энтропия газов после смешения.
2 способ: Смешение в потоке
По 1 трубопроводу в камеру смешения поступает газ I в количестве G1 с параметрами
P1V1H1S1 и скоростью W1
По
2 трубе поступает газ II
в количестве G2
с параметрами P2V2H2S2
и скоростью W2
из камеры смешения в единицу времени
вытекает
с параметрами PсмVсмHсмSсмWcм.
В том случае, когда полезная внешняя работа =0 и теплообмен отсутствует ур-е баланса энергии примет вид:
Или
g- относительные массы смешиваемых газов.
Скорости W1,W2,Wсм подбирают одинаковыми и небольшими, что позволяет не учитывать изменение кинетической энергии газов.
Балансовой уравнение имеет вид:
g1h1+g2h2=hсм
данные уравнения позволяют при заданном давлении Рсм определить остальные параметры смеси.
3 способ: смешение путем наполнения объема, содержащего один газ потоком другого газа.
В объеме V1 находится газ с параметрами P1T1V1S1U1, откроем вентиль и второй газ с параметрами P2T2V2SU2W2 поступает в 1объем, после подачи G2 кг газа вентиль закроем в объеме окажется Gсм= G1+G2
Очевидно Pсм>P1, Pсм<<P2
Т.к процесс смешения является необратимым, то имеет место приращение энтропии системы.
Уравнение баланса имеет следующий вид:
Приращение энтропии системы от необратимости смешения, как и во всех прочих случаях смешения,
а
потери работоспособности
Принимая газ идиальным, где U=Cv·t; h=Cp ·t
Температуру смеси определим по следующей формуле:
tсм=
([g1Cv1t1+g2[Cp2·t2+
])
/ (g1Cv1+
g2Cv2)
При данном способе смешения температура смеси оказывается более высокой по сравнению с другими способами смешения.