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Review of fluid properties

Pure fluids

Ideal cases

pV = nRT

pV = RT

The kinetic energy is stronger than the Van Der Waals forces

Andrew Curve (saturation curve)

Critical Point

Tcr

Subcooled Liquid

Saturated Liquid

2 phases

Saturated Liq + Vap

Vapor

Saturated Vapor

Isobar

Supercritical Fluids

Subcritical Fluids

Pcr

Review of fluid properties

Pure fluids

Ideal cases

pV = nRT

pV = RT

The kinetic energy is stronger than the Van Der Waals forces

Tcr

Saturated Liquid

Critical Point

Vapor

2 phases

Andrew Curve (saturation curve)

Subcooled Liquid

Isobar

Saturated Liq + Vap

Saturated Vapor

Supercritical Fluids

Pcr

Subcritical Fluids

Vapor phase

How to model the behavior of pure fluids, so how to calculate the dynamic properties? It depends where you are in the diagram:

T > 3Tcr, p < pcr ideal gas model pv = RT (Equation of State)

T < 3Tcr or p > pcr real gas (vapor) Z = v(p,T) / (RT/p) (compressibility factor)

The real gas effect increases if T is lower and p is higher.

Estimation of equation of state for real gases

  • Tables and Diagrams with experimental data
  • Best-Fit Function of experimental data
  • General Equation of State, trying to model also the real gases

Ex: (p + n2a/v2)(V - nb) = nRuT (Van Der Waals)

a = measure of the average attraction force between molecules

b = volume occupied by the molecules

Fundamental relations

T ds = du - vdp

(dH = dU + pdV + Vdp)

T ds = du + pdv

For ideal gases: Cv = ∂U/∂T = dU/dT and Cv(T)

CP = Cv + R

R = Ru/MN

u(T) = u(Tref) + ∫TrefT Cv(T) dT = u(Tref) + Cv(T-Tref)

mean integral value: Cv = TrefT Cv(T) dT/T - Tref

h(T) = h(Tref) + ∫TrefT CP(T) dT

Monoatomic Gases - Perfect Gases (Cv = const):

s(T,p) = s(Tref, pref) + CP lnT/Tref -R lnP/Pref

Biatomic or Triatomic Gases - Ideal Gases: we need to resolve the integrals dS = CP(T) dT/ T - v dp/T

Liquid phase

To have an accurate estimate of v, h, u, etc. is required to use Best-Fit Equations.

To have a fairly accurate estimate the General Equation of State is enough.

In a defined range of T and p, we can make the assumption of incompressible fluid:

v = const

C = const

transformation from closest saturation liquid point

because the properties of saturated liquid are available

dl = du + pdv + vdp

for ideal liquids: u = U (T)

hA = hC + ∫CA(dupdpvdp) = hC + v(pA-PC ) T = const v = const

hA = hB - ∫AB(dupdpvdp) = hB - C(TB-TA) v = const p = const

Mass balance equation

The fundamental principle is the "Principle of Conservation of Mass" by Lavoisier. It's valid only if particles move at a speed much lower than the speed of light.

The mass of particles contained in a material control volume Ω(t) remain constant during time.

dMΩ(t)/dt = 0

Material (Lagrangian) Control Volume: it follows the particles Ω(t)

Eulerian Control Volume: fixed in space, particles can cross it V

For t = t0 : Ω(t0) = V

∀t dMΩ(t)/dt = d/dt ∫Ω(t) ρ(x,t) dv = 0

Ω(t) (∂ρ/∂t) dv + ∫∂Ω(t) ρ V · η dA = 0

Ω(t0) = V (∂ρ/∂t) dv + ∫∂Ω(t0) = ∂V ρ V · η dA = 0

Reynolds Transport Theorem

V (∂ρ/∂t) dV + ∫Sin ρ V · η dA + ∫Sout ρ V · η dA + ∫SL ρ V · η dA

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I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher F3D3R1C0_99 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Energy Systems LM e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Milano o del prof Martelli Emanuele.
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