Уравнение состояния (151040)

Посмотреть архив целиком

Уравнение состояние


Статистика атмосферы и простейшее приложение

Уравнение №1 и №2 в метеорологии и их нужно знать наизусть.


Лекция 2.1


Уравнение состояние воздуха и его приложение.

Уравнение статики атмосферы в дифференциальной форме.


2.1.1 Уравнение состояние сухого воздуха и его использования для расчёта плотности воздуха.

Основные const термодинамики.


  • а.е.м. = m (C12) = 1.66*10-27 кг

  • A = 6.02*1026 кмоль-1


Число Авогадро равно числу частиц (атомов молекул ионов и др. в одном кмоль вещества.)

  • µ - молекулярная масса относительная выраженная в долях а.е.м.


µс.в. = 28,965 µВ.П.= 18,015

Rу = 8,31*103 Дж/кмоль * К – универсальная газовая постоянная.

Rс.в. = = 287 Дж/кг* К – удельная газовая постоянная сухого воздуха (для 1 кг масса)

Rвод.пара = = 461,5 Дж/кг* К – удельная постоянная водяного пара

K = 1,38*10-23 Дж/ К – постоянная Больцмана или универсальная газовая постоянная отнесённая к одной молекуле т.е.

K =


2. Уравнение состояния идеального газа. Пусть m (кг) – произвольная масса газа имеющего относительно-молекулярную массу µ в Vm 3) тогда для этой массы газа справедливо уравнение состояния:


P * Vm RyT (1) где р, Па – давление; Т – температура в К


Уравнение (1) очень хорошо выполняется в атмосфере т.к. по своим свойствам она близка к идеальному газу. Запишем уравнение (1) для m = 1 кг сухого воздуха:


P * = T P = ρRсв T (2) где ρ (кг/м3) – сухого воздуха

Rсв = Дж/кг К

= V1

= Rсв m = 1кг

P = ρRсвT


Уравнение (2) широко используется в метеорологии т.к.:


ρ = (3)


по измеренным P и T.

2) Как промежуточное уравнение во многих расчётах. 3) Для замыкания системы дифференциальных уравнений погоды. 4) Для оценки концентрации частиц на высотах т.к. для верхней атмосферы уравнение (3) можно записать в виде:





P = nKT n = (4)


где n-3] – концентрация частиц в м-3 Пример №1. Показания на 5 ноября 2010 года.

Пусть:


Р = 931гПа (9,31*104 Па) Т= 16 С (289 К) Rсв = 287 Дж/кг* К. Найти: ρ - ? Решение: ρ по формуле (3)

ρ = = 9,31*104/ 287*289 = 1,122 кг/м3


Пример №2


Пусть z = 100 км, где р = 3,2*10-2Па, Т = -78 С (1,95*102 К), К = 1,38*10-23 Найти n-3] -? Решение: Тогда n[м-3] = 3,2*10-2 / 1,38*10-23 *1,95*102 = 1,2*1019 м-3 (частиц в 1 м3)


Лекция 2.1.2

Уравнение состояние водяного пара и влажного воздуха.

Давление водяного пара входящего в состав влажного воздуха обозначается через e,гПа(парциальное давление водяного пара) (упругость водяного пара старвй термин). Температура водяного пара тоже что и воздуха, поэтому уравнение состояние водяного пара будет:


e = ρвп * T (5) Откуда : ρ = (6)


a (г/м3) = 217 a - (абсолютная ВП) Реальный воздух всегда влажный при температуре (-10 С; -20 С) влажностью можно пренебречь. Атмосферное давление по барометру поэтому:





P = (Pсух + e)


Для влажного воздуха можно записать в виде:


P = ρвв*Rсв *T (1+0.608*S) (7)

P = ρвв* T (1+0.378) (8)


S (кг/кг) – массовая доля водяного пара в системе СИ. Из формул (7) и (8) следует:


ρвв = (9)

ρвв = (10)


В формулах (7 – 10) если (е = 0; S = 0), то они преобразуются в формулу для сухого воздуха. Если по формулам (9) и (10) рассчитать ρвв , то ρвв на 10 грамм на м3 будет меньше ρсв. Сухой воздух чуть-чуть тяжелее влажного поэтому ρвв учитывают только при точных расчётах. Например:


Р = 930гПа; е = 10гПа; Т = 15 С; ρсв = 1,125кг/м3; ρвв = 1,120 кг/м3.


2.1.3 Виртуальная температура и запись уравнения влажного воздуха в компактной универсальной форме


P = ρRTу.


Множители входящего уравнения состояния - (1+0.608*S) и (1+0.378) возникли вследствие того, что воздух влажный и для него следовало бы записать:

Rвв = Rсв (1+0.608*S) = Rсв (1+0.378)


Однако исторически что эти множители были отнесены к температуре и возник термин «виртуальная температура».


TV = T (1+0.608*S) = T (1+0.378) (11)

или Tv = T + 0.608S * T = T + ∆Tv = 0.608ST (12)

Tv = T + 0.378 *T= T +∆Tv = 0.378 *T (13)


Использовали Tv позволяет для влажного воздуха компактно записать:


P = ρRTу (14)


Если е = 0 (S=0) то Tv = T и формула переходит в формулы (2) и (3) для сухого воздуха.


Случайные файлы

Файл
Referat97.doc
130672.rtf
59981.rtf
78978.rtf
64492.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.