ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Адиабатное расширение реального газа в вакуум (процесс Джоуля) из "Техническая термодинамика Изд.3 " Рассмотрим еще один типичный необратимый процесс в реальном газе — адиабатное расширение газа в вакуум без отдачи внешней работы. [c.248] мы рассмотрели этот процесс применительно к идеальному газу. Напомним, что экспериментальное изучение процесса адиабатного расширения без отдачи внешней работы газа, близкого к идеальному, позволило Гей-Люссаку, а затем Джоулю установить, что температура идеального газа в результате этого процесса не изменяется это в свою очередь позволило установить важное свойство идеального газа — независимость внутренней энергии от объема. [c.248] Выясним теперь закономерности процесса адиабатного расширения реального газа в вакуум. [c.248] Схема осуществления процесса остается прежней рассматривается сосуд, разделенный выдвигающейся перегородкой на две части — одну, имеющую объем Fi (эта часть сосуда заполнена газом, его температура TJ, и другую, имеющую объем (в этой части сосуда создан вакуум) (рис. 7-17, а). Сосуд снабжен идеальной теплоизоляцией, исключающей теплообмен с внешней средой. Перегородка выдвигается, и газ расширяется в объем в результате расширения давление газа уменьшается, а его объем становится равным всему объему сосуда Fj = Fj(рис. 7-17, б). [c.248] Выясним, как изменяются в результате опыта температура газа и его-энтропия. [c.248] В процессе расширения в вакуум газ вначале приобретает кинетическую энергию за счет убыли внутренней энергии. Затем в результате полного торможения потока газа по окончании его перетекания в ранее вакуумированную часть сосуда внутренняя энергия восстанавливается до начальной величины. Этот процесс иллюстрируется рис. 7-17, в, где в процессе 1-2 происходит уменьшение внутренней энергии, в результате которого возникает кинетическая энергия перемещения рабочего тела, а в процессе 2 -2 происходит восстановление внутренней энергии в результате процесса торможения. В этом процессе Uj=it2, т. е. внутренняя энергия газа по окончании процесса равна внутренней энергии до начала процесса, хотя в течение самого процесса расширения в соответствии со сказанным выше внутренняя энергия газа вначале уменьшается, а затем возрастает до прежнего значения. В связи с этим очевидна некоторая условность равенства (7-151). Однако если представить себе каскад подобных элементарных процессов, т. е. процессов заполнения рабочим телом большого количества последовательно подключаемых вакуумирован-ных влементарнык сосудов, то в пределе процесс будет стремиться к dU=0 (рис. 7-17, г). [c.249] Интеграл уравнения (7-156) вычисляется с помощью таблиц термодинамических свойств газов (строится зависимость plT=f v) для м= onst, которая затем интегрируется в пределах от yj до v ). [c.251] В различных устройствах и аппаратах часто приходится иметь дело со смешением различных газов (жидкостей) или же разных порций одного и того же газа (жидкости) при различных параметрах обоих компонентов. [c.251] При рассмотрении процессов смешения задача обычно состоит в определении параметров состояния смеси по известным параметрам состояния компонентов, составляющих эту смесь. [c.251] Решение этой задачи будет различным в зависимости от тех условий, при которых осуществляется этот процесс. Различные способы осуществления процесса смешения рассмотрены ниже. [c.251] Мы ограничимся здесь рассмотрением процессов смешения одного и того же газа (жидкости) при различных параметрах смешивающихся порций вещества. Поскольку в настоящей книге мы не касаемся вопросов термодинамики растворов, то мы не будем рассматривать процессы смешения различных газов и жидкостей. [c.251] Масса газа после смешения G = Gi- -G . [c.252] Рассматриваемый процесс смешения является существенно необратимым. В самом деле, для того чтобы вновь разделить газ в сосуде на две части, имеющие существенно различные температуры и давления, надо было бы затратить внешнюю работу, тогда как процесс смешения (выравнивание температур и давлений) идет самопроизвольно. Как и во всяком необратимом процессе, в рассматриваемом процессе смешения энтропия возрастает. Этот вывод очевиден и из иных соображений поскольку, как показано в гл. 3, любые процессы в изолированной термодинамической системе приводят к увеличению энтропии системы, то очевидно, что и в рассматриваемом нами процессе смешения энтропия газа возрастает. [c.252] Что касается остальных параметров газа после смешения (р, Т), то для реальных газов и жидкостей они аналитически в общем виде через значения параметров первой и второй частей рассматриваемой системы (т. е. компонентов смеси) определены быть не могут. Для их определения можно воспользоваться и, у-диаграммой, на которой нанесены изобары и изотермы, или и, Г-диаграммой с нанесенными на ней изохорами и изобарами определив с помощью соотношений (7-159) и (7-160) и и и газа после смешения, из диаграмм можно найти р, Т, s. [c.253] Значения Т ж v газа после смешения могут быть непосредственно выражены через известные значения параметров состояния смешиваемых порций газа только для идеального газа. [c.253] Зная Т ш р этого идеального газа после смешения, нетрудно определить его энтропию с помощью соотношения (6-107). [c.253] Следует подчеркнуть, что величина давления р в камере смешения может быть выбрана различной в зависимости от степени раскрытия вентилей на трубопроводах А В этим процесс смешения в потоке существенно отличается от рассмотренного выше смешения в объеме, где величина давления смеси однозначно определяется исходными параметрами смешиваемых порций газа. [c.254] Как и прежде, считаем, что процесс смешения происходит адиабатно — камера смешения снабжена идеальной теплоизоляцией. [c.254] Процесс смешения в потоке, естественно, также является необратимым процессом. При этом дополнительная необратимость возникает в том случае, когда скорости потоков первого и второго газов различны. Однако для большинства технически важных процессов скорости газовых потоков достаточно малы, так что кинетической энергией этих потоков можно пренебречь. [c.254] Для того чтобы выяснить основные закономерности процесса смешения в потоке, используем тот же способ, что и при анализе процесса дросселирования мысленно выделим в трубопроводах А, В жС сечения потоков (I, II и III на рис. 7-19). [c.254] Вернуться к основной статье