PROSESSTEKNIKK (TKP4120) Tema: "Van der Waals tilstandslikning" (ca. 4 timer)

Like dokumenter
PROSESSTEKNIKK (TKP4120) Tema: "Visualisering av x, y-diagrammer" (ca. 5 timer)

KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

KJ1042 Øving 5: Entalpi og entropi

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Side 1 av 10 NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET (NTNU) - TRONDHEIM INSTITUTT FOR ENERGI OG PROSESSTEKNIKK

TKP 4105 Separasjonsteknikk (kontinuasjonseksamen) 16. august 2005

UNIVERSITETET I OSLO

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

IN1000 Obligatorisk innlevering 7

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Termodynamikk ΔU = Q - W. 1. Hovedsetning = Energibevarelse: (endring indre energi) = (varme inn) (arbeid utført)

Øvingsforelesning i Python (TDT4110)

UNIVERSITETET I OSLO

Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 7

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i:kje-1005 Termodynamikk og kinetikk Dato: Torsdag 05. juni 2014 Tid: Kl 09:00 14:00 Sted: Teorifagbygget, hus 1, plan 2

- Kinetisk og potensiell energi Kinetisk energi: Bevegelses energi. Kinetiske energi er avhengig av masse og fart. E kin = ½ mv 2

UNIVERSITETET I OSLO

YouTube-kanal ITGK. Læringsmål og pensum

Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske

TDT4110 Informasjonsteknologi grunnkurs: Tema: Enkle funksjoner. - 3rd edition: Kapittel Professor Alf Inge Wang

TDT4110 Informasjonsteknologi grunnkurs: Tema: Funksjoner med retur og moduler Utgave 3: Kap

Python: Intro til funksjoner. TDT4110 IT Grunnkurs Professor Guttorm Sindre

Side 1 av 4/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK mai 2018 Tid:

MAT-INF 1100: Obligatorisk oppgave 1

TDT4110 Informasjonsteknologi grunnkurs: Tema: Funksjoner med retur og moduler. - 3rd edition: Kapittel Professor Alf Inge Wang

TMA4240 Statistikk 2014

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO

KJ2050 Analytisk kjemi, GK

KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET ER FULLSTENDIG

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2011 Løsninger

Utvalgsfordelinger. Utvalg er en tilfeldig mekanisme. Sannsynlighetsregning dreier seg om tilfeldige mekanismer.

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Tirsdag 9. desember 2008 Tid: kl. 09:00-13:00

Løsningsforslag til øving 10

MAT-INF 1100: Obligatorisk oppgave 1

Forelesning 14. Rekursjon og induksjon. Dag Normann februar Oppsummering. Oppsummering. Beregnbare funksjoner

Arbeid = kraft vei hvor kraft = masse akselerasjon. Hvis kraften F er konstant og virker i samme retning som forflytningen (θ = 0) får vi:

Simulerings-eksperiment - Fysikk/Matematikk

Innhold uke 7. Objektorientert programmering i Python: Introduksjon. Lite tilbakeblikk: Programflyt og skop. Lite tilbakeblikk: Funksjoner er uttrykk

TMA4105 Matematikk 2 Vår 2008

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

MAT1030 Diskret matematikk

Læringsmål og pensum. Intro til returverdifunksjoner: Generering av tilfeldige tall 27/09/16

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

SAMMENDRAG AV FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG

Repetisjon Novice Videregående Python PDF

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 18. august 2012 Tid:

MID-TERM EXAM IN TEP4125 THERMODYNAMICS 2 Friday 28 March 2014 Time: 10:30 11:30

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Husk at du skal ha to vinduer åpne. Det ene er 'Python Shell' og det andre er for å skrive kode i.

Løsningsforslag til øving 10

Oppgave. føden)? i tråd med

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

DET TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET

Python: Funksjoner og moduler Kapittel

Læringsmål uke 7. Objektorientert programmering i Python: Introduksjon. Innhold uke 7. Lite tilbakeblikk: Programflyt og skop

Kap 2: Løkker og lister

Mengder, relasjoner og funksjoner

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Introduction to thermal physics - Short course in thermodynamics

TDT4110 IT Grunnkurs Høst 2015

<?php. count tar en array som argument, og returnerer et tall som uttrykker antallet innførsler i arrayen.

Løse reelle problemer

Python: Intro til funksjoner. TDT4110 IT Grunnkurs Professor Guttorm Sindre

a) Ved numerisk metode er det løst en differensiallikning av et objekt som faller mot jorden. Da, kan vi vi finne en tilnærming av akselerasjonen.

Innleveringsoppgave 1

Oppgave 1.6 Hva skrives ut? Riktig svar: The total rainfall from June to August was 54.00

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

INF109 - Uke 1b

TMA4240 Statistikk Høst 2013

FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG Tema for forelesningen var studiet av noen viktige reversible prosesser som involverer ideelle gasser.

Regneøving 9. (Veiledning: Fredag 18. mars kl og mandag 21. mars kl )

Kondisjonstest. Algoritmer og datastrukturer. Python-oppgaver. Onsdag 6. oktober Her er noen repetisjonsoppgaver i Python.

Husk at du skal ha to vinduer åpne. Det ene er 'Python Shell' og det andre er for å skrive kode i.

9. ASP med databasekopling, del II

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: NEI

Studieplan for KJEMI 1

Newtons metode er en iterativ metode. Det vil si, vi lager en funksjon. F x = x K f x f' x. , x 2

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Onsdag 22. mai 2013 Tid:

Kulde- og varmepumpetekniske prosesser Mandag 5. november 2012

FYS2140 Kvantefysikk. Løsningsforslag for Oblig 7

Termofysikk: Ekstraoppgaver om varmekapasitet for gasser og termodynamikkens 1. lov uke 47-48

Repetisjon. MAT1030 Diskret Matematikk. Oppsummering. Oppsummering. Forelesning 15: Rekursjon og induksjon. Roger Antonsen

INF5110 Obligatorisk Oppgave 2 del 2. Andreas Svendsen SINTEF. 23. April Oversikt

Differensiallikninger definisjoner, eksempler og litt om løsning

Figur 1: Isoterm ekspansjon. For en gitt temperatur T endrer trykket seg langs den viste kurven.

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

Matematikk Øvingeoppgaver i numerikk leksjon 1 Å komme i gang

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

2) Finn entropiproduksjonsraten i blandeprosessen i oppgåve 1. (-rate= per tidseining)

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK august 2017 Tid:

Skilpaddefraktaler Erfaren Python PDF

OPPGAVE 1 OBLIGATORISKE OPPGAVER (OBLIG 1) (1) Uten å selv implementere og kjøre koden under, hva skriver koden ut til konsollen?

Tre på rad mot datamaskinen. Steg 1: Vi fortsetter fra forrige gang. Sjekkliste. Introduksjon

Utførelse av programmer, metoder og synlighet av variabler i JSP

Øvingsforelesning i Python (TDT4110)

Stjerner og galakser Nybegynner Python PDF

EKSAMEN I FAG TMA4260 INDUSTRIELL STATISTIKK

EKSAMENSOPPGAVE I FAG TKP 4105

Transkript:

Norges teknisk naturvitenskapelige universitet MTKJ Side 1 av 5 Ansvarlig: Tore Haug-Warberg (haugwarb at nt dot ntnu dot no) Bokmål PROSESSTEKNIKK (TKP4120) Tema: "Van der Waals tilstandslikning" (ca. 4 timer) Forkunnskaper: funksjoner, listebehandling, hasttabeller, enhetstesting, p_ig, p_vdw, pptable, **kwargs Etter å ha fullført denne oppgaven skal du ha kvantitativ kunnskap om van der Waals tilstandslikning og dens karakteristiske p(t, V, N)-oppførsel. Oppgave 1 Tilstandsbegrepet er uten tvil det mest sentrale begrepet du vil møte i hele studiet. Eller skal vi si et av de mest sentrale begrepene fordi den eksakte betydningen av tilstand vil skifte mening fra det ene fagfeltet til det andre. I prosesskjemien er det som oftest den termodynamiske tilstanden vi sikter til, mens det i kjemien kan være for eksempel oksidasjonstilstanden til grunnstoffene i et molekyl. Den termodynamiske tilstanden er på sin side definert ut ifra systemets eksperimentelle oppførsel. For et kjemisk system med kjent sammensetning og kjent fase(konfigurasjon) vil tilstanden være entydig bestemt når energien og volumet også er bestemt. Dette er ingen matematisk tilnærmelse, men et eksperimentelt faktum. Men, vi kan ikke håndtere alle systemer med en eksperimentell tilnærming. Det ville kreve uendelig mye laboratorietid og ressurser. For å komme videre tyr vi derfor til modeller. Disse kan være enkle, eller komplekse. En av de enkleste modellene som vi kan bruke for å beskrive oppførselen til en virkelig gass (inklusivt kondensasjon til væske) er van

Side 2 av 5 der Waals (1873) tilstandslikning. For et system med kun én kjemisk komponent kan likningen skrives som der v ˆ= V/N eller V m fra læreboka. p VdW = NRT ( N ) 2 V Nb a V ˆ= RT v b a v 2 Merk: det er temperatur som inngår som fri variabel i likningen ovenfor ikke energi. Det at temperaturen er likeverdig med energi krever en lengre utledning som du skal bli spart for i dette kurset, men sammenhengen vil bli belyst senere i studiet. Parametrene a og b kan enten oppfattes som empiriske størrelser, eller som fundamentale konstanter knyttet til det kritiske punktet til stoffet hvor det ikke lenger er forskjell på damp og væske. I det sistnevnte tilfellet gjelder: a = 27 64 (RT c) 2 p c (1) b = 3 8 RT c p c (2) Her står T c og p c for henholdsvis kritisk temperatur og kritisk trykk til stoffet. Det er også vanlig å definere kritisk kompressibilitet til stoffet som en teoretisk, universell, men ikke målbar, stoffkonstant: z VdW c ˆ= p cv c RT c = 3 8, (3) I den forrige oppgaven lot vi a og b være empiriske konstanter uten teoretisk forankring. I denne oppgaven skal vi snu på flisa og bestemme a og b fra T c og p c. a) Du har allerede (i en tidligere øving) programmert tilstandslikningen til van der Waals som Python-funksjonen p_vdw lagret i filen p_vdw.py. Her skal vi finpusse funksjonen ytterligere. Gjøre den profesjonell! Funksjonens (nye) signatur er vist nedenfor. 1 25 # ----------------------------------------------------------------------------- 26 # Program constants. 27 # ----------------------------------------------------------------------------- 28 29 RGAS = 8.314472 # Ref: P. J. Mohr and B. N. Taylor, Rev. Mod. Phys, 77, 2005 30 TC = 356.36213134916596 31 PC = 3703703.703703703 32 A = 1.0 # values consistent with tc = 356.36213134916596 K 33 B = 1.0e-4 #... and pc = 3703703.703703703 Pa 34 35 # ----------------------------------------------------------------------------- 1 Variabelnavnene skrives med små bokstaver, det vil si t, v, n, a, b, tc, pc,... Store bokstaver er forbeholdt programkonstanter som for eksempel RGAS, A, B,... Hensikten med programkonstantene er å gi brukeren en mulighet til å kalle funksjonen uten å angi annet enn p_vdw(t, v, n).

36 # Functions. Side 3 av 5 37 # ----------------------------------------------------------------------------- 38 39 def p_vdw(t, v, n=1.0, **kwargs): Det siste argumentet i kallet til funksjonen er en hashtabell kalt **kwargs. Med denne kan du overføre et ubestemt antall parametre til funksjonen. For eksempel a og b, eller T c og p c, eller kanskje også R. Dersom **kwargs er i bruk (altså ikke tom) skal p_vdw være programmert slik at tc og pc gis prioritet over a og b dersom noen skulle finne på å spesifisere alle fire størrelsene samtidig. Når du har fått funksjonen til å virke etter hensikten er det på tide å programmere enhetstestene (jo flere, jo bedre): 83 # ----------------------------------------------------------------------------- 84 # Unit testing. 85 # ----------------------------------------------------------------------------- 86 87 if name == main : 88 import random 89 90 r = random.random() 91 92 # Test implementation of universal gas constant and a, b parameters: 93 print(p_vdw(123.0, 456.0, 890.0) == \ 94 p_vdw(123.0, 456.0, 890.0, **{ rgas : RGAS})) 95 96 print(p_vdw(123.0, 456.0, 890.0)!= \ 97 p_vdw(123.0, 456.0, 890.0, **{ rgas : r})) 98 99 print(p_vdw(123.0, 456.0, 890.0)!= \ 100 p_vdw(123.0, 456.0, 890.0, **{ rgas : 8.3143})) b) Importer funksjonen p_vdw i en ny modul p_vdw_pptable.py som har til oppgave å generere en tabell over kompressibilitet z og redusert trykk p r ˆ= p/p c som funksjon av volum: 1 % Who : You 2 % What : Reduced pressure and compressibility factor from VdW EOS. 3 % Where : Dept. Chem. Eng, NTNU 4 % Why : TKP4120 Exercise 3 5 % When : Now 6 % ----------------------------------------------------------------- 7 % Volume, Reduced pressure, Compressibility, Reduced pressure,... 8 % V, p_r(t_r=0.9), z(t_r=0.9), p_r(t_r=1),... 9 % m^{3}, -, -, -,... 10 % ----------------------------------------------------------------------------- 11 0.00011, 49.6859504132, 7.59090909091, 57.6859504132,... 12... Datafilen kaller du for pptable.txt. Verdiområdene for tilstandsvariablene er angitt her:

Side 4 av 5 29 #------------------------------------------------------------------------------ 30 import pptable # module for generating formatted output 31 import p_vdw # van der Waals equation of state 32 #------------------------------------------------------------------------------ 33 34 # Variables. The temperature is increased nonlinearly. The volume is increased 35 # in a logarithmic fashion from 1.1*b to 1000001*b. 36 n = 1.0 # [mol] 37 t = [ ti*p_vdw.tc for ti in [ 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.8, 3.0 ] ] # [-] 38 v = [ p_vdw.b*(1.0+10**(float(i)/10.0)) for i in range(-10, 61) ] # [m3] 39 40 # Parameters. 41 nv = len(v) # number of volumes (rows) [-] 42 nt = len(t) # number of temperatures (columns) [-] 43 44 # Initialize list-of-list of pressures and compressibilities. 45 p = [ [ None ]*nt for _ in range(nv) ] 46 z = [ [ None ]*nt for _ in range(nv) ] c) Bruk tabell pptable.txt fra forrige deloppgave til å lage denne grafiske fremstillingen av kompressibilitet z som funksjon av trykk p r : 1.4 1.2 Compressibility factor [-] 1 0.8 0.6 0.4 0.2 T r = 0.9 T r = 1.0 T r = 1.1 T r = 1.2 T r = 1.3 T r = 1.5 T r = 1.8 T r = 3.0 0 0 2 4 6 8 10 Reduced pressure [-] Hva skjer med grafen idet T r > 1 går til T r < 1? Hvilken fysikalsk tolkning kan du tillegge T r = 1? Hva er akseavskjæringen med y-aksen for isotermene? Hvilket fortegn har stigningstallet inn mot akseavskjæringen?

Side 5 av 5