Термодинамическое равновесие и его численное моделирование. Петрусев А.С. - 4 стр.

UptoLike

Составители: 

M
k
=
Σ
Nk
i=1
ν
ki
(6)
Равенства (6) обычно называют условиями нормировки растворов,
хотя вводятся они чисто формально.
Условия связи, выражающие законы сохранения имеют вид:
Σ
i
ν
i
a
ji
=N
j
(7)
- условия элементного баланса, N
j
содержание элементов в
системе [Моль], a
ji
содержание j-того элемента в i-
т
ом веществе
(химические индексы). Сумма бер
ё
тся по всем веществам во всех
фазах.
Σ
i
ν
i
Z
i
=0 (8)
- условие электронейтральности системы, Z
i
заряд i-
т
ого
вещества.
Σ
i
ν
i
U
i
=U (9)
- условие сохранения энергии, U – полная энергия системы.
Функция Лагранжа имеет вид:
L=
Σ
k
i=1
ν
i
(S
i
-Rln
ν
i
RT
p
0
V
)+
Σ
k
i=1
ν
ri
S
ri
+
Σ
М
k=1
Σ
Nk
i=1
ν
ki
(S
ki
-Rln
ν
ki
M
k
)+
+
Σ
j
λ
j
Σ
i
ν
i
a
ji
-N
j
+λ
e
Σ
i
ν
i
Z
i
+λ
U
Σ
i
ν
i
U
i
-U +
Σ
М
k=1
λ
k
Σ
Nk
i=1
ν
ki
-M
k
, (10)
а уравнения, описывающие равновесие идеализированной гетерогенной
системы имеют вид:
0=
L
∂ν
i(газ)
=S
i
-Rln
ν
i
RT
p
0
V
-R+
Σ
j
λ
j
a
ji
+λ
e
Z
i
+λ
U
U
i
(11)
0=
L
∂ν
i(конд)
=S
ri
+
Σ
j
λ
j
a
ji
+λ
U
U
i
+λ
e
Z
i
(12)
0=
L
∂ν
i(р-р)
=S
ki
-Rln
ν
ki
m
k
-R+
Σ
j
λ
j
a
ji
+λ
e
Z
i
+λ
U
U
i
+λ
k
(13)
0=
L
m
k
=R
Σ
Nk
i=1
ν
ki
m
k
-λ
k
(14)
0=
L
T
=
Σ
k
i=1
(
S
ri
T
+
R
T
)ν
i(газ)
+λ
p
pV
RT
2
+
Σ
k
i=1
ν
ri
S
ri
T
+
Σ
М
k=1
Σ
Nk
i=1
ν
ki
S
ki
T
+λ
U
Σ
i
ν
i
C
vi
(15)
Из тождества TdS=pdV+dU следует, что
S
T
=
Cv
T
, а (15) переходит в
0=(
1
T
+λ
U
)
Σ
i
ν
i
C
vi
. Из (14) следует, что λ
k
=R, а из (15) – что λ
U
=-
1
T
,
и
уравнения (11)-(13) принимают вид:
      Nk
Mk=   Σν
     i=1
           ki                                                                                   (6)
Равенства (6) обычно называют условиями нормировки растворов,
хотя вводятся они чисто формально.
     Условия связи, выражающие законы сохранения имеют вид:
Σν a
i
     i ji=Nj                                                                                    (7)
- условия элементного баланса, Nj – содержание элементов в
системе [Моль], aji – содержание j-того элемента в i-том веществе
(химические индексы). Сумма берётся по всем веществам во всех
фазах.
Σν Z =0
i
     i i                                                                                        (8)
- условие              электронейтральности                  системы,                Zi   –   заряд    i-того
вещества.
Σν U =U
i
     i i                                                                                        (9)
- условие сохранения энергии, U – полная энергия системы.
     Функция Лагранжа имеет вид:
     k
                   νiRT        k             М Nk
                                                              νki
L=   Σ
    i=1
          νi(Si-Rln p0V )+    Σν
                              i=1
                                    riSri+   Σ Σν
                                         k=1i=1
                                                    ki(Ski-Rln M )+
                                                                k
                                                             М         Nk
                                                                   ⎛             ⎞
    Σ ⎝Σ
 + λj⎛⎜
     j       i           ⎠
                             Σ
                 νiaji-Nj⎞⎟+λe νiZi+λU⎛⎜
                              i          ⎝
                                           Σ i
                                                 νiUi-U⎞⎟+
                                                       ⎠
                                                             Σ ⎝Σν
                                                           k=1
                                                                 λk⎜
                                                                       i=1
                                                                             ki-Mk⎟,
                                                                                 ⎠
                                                                                                (10)

а уравнения, описывающие равновесие идеализированной гетерогенной
системы имеют вид:

    ∂L           νiRT
0=
  ∂νi(газ)               j
                                    Σ
          =Si-Rln p0V -R+ λjaji+λeZi+λUUi                                                       (11)

     ∂L
0=                     Σ
           =S + λ a +λ U +λ Z
  ∂νi(конд) ri j j ji U i e i
                                                                                                (12)

    ∂L            νki
0=
  ∂νi(р-р)          k               Σ
          =Ski-Rln m -R+ λjaji+λeZi+λUUi+λk
                                    j
                                                                                                (13)

  ∂L   Nk
          νki
0= =R m -λk
  ∂mk i=1 k  Σ                                                                                  (14)

  ∂L k ∂Sri R              pV                k
                                                ∂Sri М Nk ∂Ski
0= = (
  ∂T       Σ
          ∂T
           i=1
              +T)νi(газ)+λpRT2+
                                         i=1
                                             Σ
                                             νri    +     νΣΣ
                                                 ∂T k=1i=1 ki ∂T
                                                                 +λU νiCvi
                                                                    i
                                                                                  Σ             (15)


                                        ∂S Cv
Из тождества TdS=pdV+dU следует, что      = , а (15) переходит в
                                        ∂T T
   1                                                           1
                 Σ
0=(T+λU) νiCvi. Из (14) следует, что λk=R, а из (15) – что λU=-T, и
        i
уравнения (11)-(13) принимают вид: