Основные параметры воды и водяного пара - Лекция, раздел Физика, ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА Параметры Состояния Воды. Как Указывалось Ранее, Удельный Об...
Параметры состояния воды. Как указывалось ранее, удельный объём воды при 00С и различных давлениях одинаков и равен 0,001м3/кг,
При температурах насыщения и различных давлениях удельный объём воды изменяется в узком диапазоне - от 0,001 (t = 00С) и рн=610,8 Па до 0,003147 м3/кг (tн = tк = 374,1160С) и рн = рк = 22,1145 МПа.
В ТТД удельніе єнтальпия, єнтропия и внутренняя єнергия воді в тройной точке ( р = 610,8 Па, Т = 273,16 К) принимаются равніми нулю, т.е. ho = 0; So = 0 и Vo=0.
Количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг воды от температуры 00С до температуры кипения ts при постоянном давлении, наз. удельной теплотой воды. Величина её определяется по формуле 
, (11.1)
где 
- средняя изобарная теплоёмкость воды в интервале температур от 0 до ts.
Согласно первому закону термодинамики 
, (11.2)
где 
- внутренняя энергия жидкости при температуре кипения; 
- работа расширения при р=const в процессе нагревания жидкости до температуры кипения.
Работа расширения определяется таким образом: 
, (11.3)
С учётом уравнения (11.3), уравнение (11.2) принимает вид
, (11.4)
так как 
, то 
, (11.5)
Работа расширения заметна при больших давлениях. Поэтому в случае умеренных давлений можно принять 
Тогда уравнение (11.5) преобразуется к виду 
, (11.6)
Отсюда видно, что внутренняя энергия воды приближённо равна её удельной теплоте. Неточность при допущении 
при р = 3 МПа составляет 0,06%, а при давлении 10 МПа – 0,33%. Энтальпия воды при температуре кипения определяется по формуле
(11.7) , где 
, (11.8)
При невысоких давлениях для воды можно записать 
В действительности 
Изменение энтропии жидкости определяется уравнением
, (11.9)
где 
- энтропия жидкости при температуре кипения; 
- массовая теплоёмкость жидкости; 
- температуры кипения жидкости.
Если принять 
, то с учетом 
получим 
, (11.10)
Для воды до температур 100-120 
приближенно равно 4,19 кДж/(кг К) и уравнение (11.10) принимает вид 
, (11.11)
Основные параметры сухого насыщенного пара. Сухой насыщенный пар характеризуется давлением р или температурой 
. Процесс постепенного перехода жидкости в сухой насыщенный пар при постоянных давлениях и температуре изображен на рис.10.2 отрезком 
. Количество теплоты, затраченное в этом процессе на превращение 1 кг воды при температуре кипения в сухой насыщенный пар, наз.теплотой парообразования 
. Теплота парообразования определяется давлением или температурой.
Уравнение I-го закона ТТД для процесса 
имеет вид
, (11.12)
или 
, (11.13)
где 
- внутренняя энергия сухого насыщенного пара; 
- работа расширения при постоянном давлении в процессе парообразования; 
- энтальпия сухого насыщенного пара.
Разность внутренних энергий 
, расходуемая на работу против внутренних сил, наз. внутренней теплотой парообразования и обозначается буквой 
:
, (11.14)
Количество теплоты, затрачиваемое на работу расширения против внешних сил, равно 
, (11.15)
и наз. внешней теплотой парообразования.
Таким образом, 
, (11.16)
Энтальпия сухого насыщенного пара определяется из уравнения (11.13)
, (11.16-a)
Величины r и приводятся в таблицах насыщенного пара, a 
вычисляются по приведенным выше формулам.
Внутренняя энергия сухого насыщенного пара может быть определена по следующим формулам: 
(11.17) 
, (11.18)
Значения 
берутся из таблиц насыщенного пара. Приращение энтропии в процессе парообразования определяется формулой
, (11.19)
Отсюда энтропия сухого насыщенного пара определяется следующим уравнением:
, (11.20)
Численные значения 
и приводятся в таблицах насыщенного пара, поэтому при расчетах их берут из таблиц.
Основные параметры перегретого пара. Перегретый пар характеризуется при заданном давлении более высокой температурой, чем насыщенный пар. Перегретый пар по своим физическим свойствам приближается к идеальным газам и тем больше, чем выше степень его перегрева.
Состояние перегретого пара так же, как и газа, определяется двумя параметрами: р, T; v, T или p, v. По мере перегрева сухого насыщенного пара его температура, удельный объем, энтальпия и энтропия увеличиваются, а плотность уменьшается. Количество теплоты, необходимое для нагрева 1 кг сухого насыщенного пара p=const до температуры t, определяется формулой. 
или 
(11.21)
где 
- истинная теплоемкость перегретого пара при p=const; 
- средняя теплоемкость перегретого пара при p=const в интервале температур от 
до t.
Величина 
наз. теплотой перегрева. Ее можно определить также из уравнения I-го закона ТТД 
, (11.22) или 
, (11.23)
где 
- работа расширения в изобарном процессе перегрева пара;
- изменение внутренней энергии в процессе перегрева; 
- энтальпия перегретого пара; 
-энтальпия сухого насыщенного пара.
Энтальпия перегретого пара в соответствии с уравнениями (11.23), (11.16-a) и (11.21) равна 
, (11.24)
или 
, (11.25)
Энтальпия перегретого пара h наз. теплотой перегретого пара.
Внутренняя энергия перегретого пара u определяется из общей формулы для энтальпии: 
, (11.26)
где 
- удельный объем перегретого пара.
Изменение энтропии в процессе перегрева сухого насыщенного пара (процесс 
- д) при p=const 
Отсюда находим энтропию перегретого пара
или 
, (11.27)
Основные параметры влажного насыщенного пара. Влажный насыщенный пар – это смесь, представляющая собой пар со взвешенными в нем капельками жидкости. Поэтому значения удельного объема влажного пара vx находятся между значениями 
и 
и зависят от давления и степени сухости пара x. Согласно правилу аддитивности, удельный объем влажного насыщенного пара равен сумме объемов х кг сухого пара и (1-х) кг кипящей жидкости, т. е. 
, или 
, (11.28)
Состояние влажного насыщенного пара характеризуется двумя параметрами: давлением (или температурой насыщения при этом давлении) и степенью сухости х.
Разность 
выражает приращение объема пара в процессе парообразования при p=const. Каждому давлению насыщения (или температуре кипения) отвечают вполне определенные значения удельных объемов и . При малых давлениях удельный объем сухого насыщенного пара во много раз больше удельного объема воды. Поэтому при невысоких давлениях (ниже 3 Мпа) и больших степенях сухости (х 
0,8) объемом воды (1-х)
можно принебречь. Тогда из уравнения (11.28) следует, что 
(11.29)
т. е. удельный объем влажного насыщенного пара приближенно равен произведению удельного объема сухого пара того же давления на степень сухости.
Плотность влажного пара определяется: 
, (11.30)
Отсюда видно, что плотность влажного пара приближенно равна отношению плотности сухого пара к степени сухости.
Энтальпия влажного пара определяется по правилу аддитивности уравнением
, (11.31)
С учетом выражения (11.16-a) имеем 
, (11.32)
Внутренняя энергия влажного пара определяется по уравнению
, (11.33)
С учетом соотношения (11.17) уравнение (11.35) преобразуется к виду
, (11.34)
С другой стороны, для влажного пара, как и для любого состояния вещества, справедлива зависимость 
Отсюда 
, (11.35)
Энтропию влажного пара можно определить по правилам аддитивности
, (11.36)
С учетом уравнений (11.11) и (11.19) выражение (11.36) имеет вид
, (11.39)
В выражении (11.36) первое слагаемое характеризует приращение энтропии при нагревании 1 кг жидкости до температуры кипения, второе – приращение энтропии при испарении х кг жидкости.
Из выражений (11.28), (11.31) и (11.36) находим
, (11.40)
Уравнение (11.40) может быть основой для построения линий постоянной сухости х пара в любых диаграммах.
Теплота парообразования влажного пара определяется следующими соотношениями:
; 
. , (11.41)
Значения 
приводятся в таблицах насыщенного, а 
легко определяются по приведенным выше формулам.
11.2. T, S – диаграмма водяного пара
В p, v – и T, S – диаграммах каждая точка изображает определенное состояние тела, поэтому каждой точке одной диаграммы соответствует определенная точка другой. Перенесем по точкам процесс парообразования из
p, v – диаграммы при p=const в T, S – диаграмму, рис. 11.1.
Поскольку энтропия жидкости при 0°С принимается условно равной нулю, то точка (а) в T, S – диагр. будет располагаться на оси ординат на 273, 15 К выше абсолютного нуля.
Нагревание воды от 0°С до температуры на-сыщения 
процесс 
происходит по закону логарифмической кривой (уравн. 11.11).
Процесс парообразования при
Рис. 11.1 tн1=const изображается горизонталью 
, причем протяженность отрезка 
. Перегрев пара при p1=const характеризуется логарифмической линией а//-д, построенной по зависимости 11.27. При этом изобара для перегретого пара а//-д получается более крутой, чем изобара нагреваемой жидкости а-а/, т. к. ее угловой коэффициент 
больше, поскольку температура перегретого пара выше и теплоемкость ниже, чем у жидкости.
Из уравнений (11.11) и (11.27) следует также, что изобары а-а/ и а//-д
своей выпуклостью в T, S – диаграмме будут обращены к оси абсцисс. В T, S – диагр. площади, расположенные под изобарами а-а/, a/-a//, a//-д, будут измерять соответственно теплоту: жидкости 
, парообразования r и перегрева 
. Из сопоставления равенств 
и 
следует, что степень сухости пара х при некотором произвольном состоянии ах может быть определена по T, S – диаграмме как отношение отрезков а/-ах и а/-а//, т. е. 
При более высоких давлениях р2 > p1 и р3 > р2 изобары парообразования и пароперегрева расположатся соответственно выше изобары а/-а//-д. Точки (в) и (с) будут совпадать с точкой (а) как соответствующие t=00С, а изобары жидкости будут накладываться одна на другую, поскольку они выражаются одним уравнением (11.11), с той лишь разницей, что точка (в/) будет выше точки (а/), потому что Тн2 > Тн1 и точка (с/) будет выше точки (в/), поскольку Тн2>Тн1. Отрезки в/-в// и с/-с// будут соответственно меньше отрезка а/-а//, т. к. 
с повышением давления уменьшается как за счет снижения r, так и за счет повышения Тн. Соединив точки (а/), (b/), (c/) и т.д и точки (а//), (b//), (c//), … , получим соответственно нижнюю и верхнюю пограничные кривые (рис. 11.1). Пересечение этих кривых дает критическую точку (К). Между пограничными кривыми располагается область влажного пара. Область правее и выше верхней пограничной кривой (х=1) относится к перегретому пару, а область левее нижней пограничной кривой – это область жидкости.
В области влажного пара строят кривые постоянной степени сухости x=0,8; 0,6; 0,4; 0,2. Эти кривые получаются делением горизонтальных отрезков между пограничными кривыми на равное число частей и последующим соединением точек одинаковых делений.
Необходимо отметить, что изобары в области перегретого пара явл., строго говоря, эквидистантными кривыми, т. к. Cpm перегретого пара зависит от давления, о чем было сказано ранее.
Изохоры в области влажного пара представляют собой кривые, направленные выпуклостью вверх, а в области перегретого пара изохоры имеют характер, аналогичный изобарам, но они круче последних.
11.3. h, s – диаграмма водяного пара
Для практических тепловых расчетов паровых процессов более удобной по сравнению с T, S – диаграммой является h, S – диаграмма. Основное преимущество этой диаграммы в отличие от T, S – диаграммы состоит в том, что в h, S – координатах величины 
а также 
и энтальпия перегретого пара изображается линейными отрезками, а не площядями, как в системе координат T, S.
Порядок построения h, S – диаграммы аналогичен изложенному выше для T, S – диаграммы. На нее также наносятся пограничные кривые воды и пара, кривые постоянных давлений, степеней сухости и температур. Координатами точек для нижней пограничной кривой (х=0) явл. Величины h/ и S/, для верхней (х=1) – h// и S//. Для точек с одинаковым давле- нием, лежащих на пограничных кривых, расстояние по вертикали равно 
, а расстояние по горизонтали
. Если эти точки, например (в) и (с), соединить прямой, то получим изобару и одновременно изотерму насыщенного пара (Рис. 11.2). Данные для построения пограничных кривых берут в таблицах.
Из рис.12.2 следует ве/вс =нм/нб = (rx/Tн)/(r/Тн)=х, т.е. аналогично диаграммам р, v и Т, S степень сухости влажного пара h, S – диагр. определяется отношением отрезка изобары между пограничными кривыми. Поэтому кривые постоянной степени сухости строят так же, как и в Т, S – диагр., путём давления отрезков изобар между пограничными кривыми на равное число частей и соединением одноимённых точек делением (х1, х2, х3 и т.д.). Отрезки изобар в области влажного пара явл. слаборасходящимися прямыми наклонными линиями. В области перегретого пара изобары поднимаются слева направо, будучи несколько круче прямолинейной изобары насыщенного пара, и обращены выпуклостью вниз. Подобный характер их протекания подтверждается формулой 
.
Эта формула позволяет определить тангенс угла касательной к изобаре с осью абсцисс и показывает, что этот угол зависит от температуры пара (увеличивается при её возрастании), а значит, и изобары будут кривыми, поднимающиеся слева направо, и с выпуклостью, обращённой вниз.
В области же влажного пара изобара – прямая линия, т.к. 
и наклон её к оси абсцисс определяется температурой пара (чем больше температура, тем круче изобара). Приведённая формула показывает также, что изобары парообразования плавно переходят в изобары пароперегрева, причем если продолжить первую изобару, то она будет касательной ко второй. Поскольку угол наклона касательных по мере увеличения температуры возрастает, изобары перегретого пара различных давлений представляют собой расходящиеся кривые линии.
За начало координат принимается состояние воды в тройной точке, где h=0, S=0. Поэтому пограничная кривая жидкости ОК выходит из начала координат. Обе пограничные кривые сходятся в критической т.К.
Изотермы перегретого пара также поднимаются слева направо, но намного положе, чем изобары. Подъём изотерм уменьшается по мере их удаления от верхней пограничной кривой, и они асимптотически приближаются к горизонталям, будучи обращены выпуклостью вверх. Такой характер изображения изотерм объясняется тем, что по мере удаления от области насыщения перегретый пар приближается по своим свойствам к газу, а для идеального газа, как следует из формулы h=CpT энтальпия зависит только от температуры, т.е. линия t=const одновременно является линиями h=const.
Изохоры в h,Ss – диагр. также строят по точкам с помощью таблиц водяного пара, и они представляют собой кривые аналогичные изобарам, но имеющие более крутой изгиб. Обратимая адиабата в координатах h, S (так же как и в Т, S – диагр.) изображается прямой вертикальной линией (S=const), что весьма удобно, и используется при расчётах паросиловых установок.
Очевидно также, что количество теплоты, подводимой к пару в изобарном процессе, будет измеряться разностью ординат конечной и начальной точек процесса 
.
Таким образом, в h, S – диагр. по положению точки, соответствующей некоторому состоянию пара, можно легко определить значения всех параметров этого пара 
Все темы данного раздела:
Техническая термодинамика как теоретическая основа теплоэнергетики
Наиболее актуальные задачи, которые решают с использованием термодинамики: создание летательных аппаратов, в том числе космических многоразового действия; проектирование тепловых и
Термодинамическая система. Рабочее тело. Внешняя среда
Термодинамической системой называют совокупность материальных тел, (а также полей) находящихся в механическом и тепловом взаимодействии, а также обменивающихся друг с другом вещест
Термические параметры состояния
Абсолютная температура (T) характеризует тепловое состояние тела, или, как иногда говорят, степень нагретости тела.
С точки зрения молекулярно-кинетической теории температ
Абсолютное давление (p )
Абсолютное давление обусловлено взаимодействием молекул рабочего тела с поверхностью и численно равно силе, действующей на единицу площади поверхности тела, действующего по нормали
Термические коэффициенты
Как известно, каждый из основных параметров состояния системы p, v, T является функцией двух других ее параметров:
;
Уравнение состояния
Если все термодинамические параметры состояния постоянны во времени и одинаковы во всех точках системы, то такое состояние системы называется равновесным. Если межд
Термодинамический процесс. Равновесный и неравновесный необратимый процессы. Круговые процессы (циклы)
В результате взаимодействия термодинамической системы с окружающей средой (подвод к телу теплоты или работы) состояние рабочего тела, определяемое параметрами, изменяется
С
Теплота и работа как формы передачи энергии
Теплота и работа представляют две формы передачи энергии от одного тела (или системы) к другому.
Процесс работы – макроскопический, который представляет собой упорядоченную
Термодинамика идеального газа
Под идеальным газом понимают совокупность материальных вполне упругих молекул, обладающих пренебрежимо малыми объёмами, находящихся в состоянии хаотического движения и лишённых сил
Основные законы идеальных газов
Закон Бойля - Мариотта.(изотермический процесс)
В 1662 г. Р. Бойль , а в 1676 г. Э. Мариотт независимо друг от друга установили зависимость опытным путем объёма газа от ег
Уравнение состояния идеального газа. Универсальная газовая постоянная
На основании законов Бойля-Мариотта и Гей-Люсака в 1834г Клапейроном было выведено уравнение состояния идеальных газов.
Из уравнений (1.1) и (1.2) следует, что p = n k T , (2.14)
Смеси идеальных газов. Закон Дальтона
В ТТД чистым веществом наз. вещество, все молекулы которого одинаковы. Смесь, состоящая из нескольких чистых веществ наз. раствором. Чистыми веществами явл., напри
Внутренняя энергия как функция состояния рабочего тела
Внутренняя энергия обозначается буквой U, ее размерность Дж.
Внутренняя энергия включает в себя:
1. Кинетическую энергию поступательного, вращательного и к
Энтальпия рабочего тела как функция состояния
Термин энтальпия (от греч. euthalpo – нагреваю) введен в 1909 г. Камерлинг-Онессом.
В ТТД важную роль играет величина суммы внутренней энергии U системы и произведения дав
Аналитическое выражение 1-го закона ТТД
Первое начало ТТД представляет собой частный случай всеобщего закона сохранения и превращения энергииприменительно к тепловым явлениям.
Энтропия как параметр состояния термодинамической системы
Термин энтропия (от греч. entropia – мера превращений ) введен в 1865 году Клаузиусом.
Понятие об энтропии строится на основе следующих соображений.
Уравнение 1-г
Уравнение Майера
В соответствии с 1 – ым законом ТТД для закрытых систем имеем:
С учетом соотношения (3.4.а), подставив его в выражение 1-го
Основные термодинамические процессы идеальных газов
ТД анализ любой системы состоит в следующем:
1. Выявить уравнение процесса. 2. Установить аналитическую взаимосвязь между
параметрами состояния, (связь между парам
Политропный процесс
Политропными процессами наз. процессы, протекающие при постоянной теплоемкости и вызываемые подводом или отводом теплоты. Следовательно, в любом политропном процессе, распределение
Изохорный процесс
Процесс, в котором не изменяется объем наз. изохорным. Линия, изображающая изохорный процесс, наз. изохорой. Этот процесс соответствует закону Шарля.
Графическая интерпрет
Изобарный процесс
При изобарном процессе выполняется условие p=const и dp=0. Этот процесс
соответствует закону Гей-Люссака (рис.4.2).
При р=cоnst с=cp , откуда
Работа изменения объема в изобарном процессе.
Работа в изобарном процессе определяется интегрированием выражения при p=const: , (4.17)
Следовательно, работа газа в изобарн
Изотермический процесс
При изотермическом процессе выполняется условие: dT=0 или T=const.
Таким образом следует, что это возможно, если .
Н
Адиабатный процесс
При адиабатном процессе теплообмен рабочего тела с окружающей средой отсутствует, т.е. рабочее тело предполагается изолированным от окружающей среды идеальной тепловой изоляцией.
Анализ обобщающего значения политропного процесса
Для определения закона, по которому в p,v-; T,S-диаграммах располагаются политропы, выходящие из одной точки, рассмотрим графики частных процессов изменения состояния
Политропные процессы по особенностям превращения энергии можно разбить на 3 группы.
Первая группа: . Построим в p,v и T,S – диаграммах политропные процессы с предельными значениями показателя R данной группы. То
Сущность 2-го закона ТТД
Первым законом ТТД устанавливаются лишь количественные соотношения при взаимных превращениях теплоты и работы.
В частности, при теплообмене можно было бы предположить, что теплота может пе
Термический КПД и холодильный коэффициент циклов
Исследование любого прямого цикла показывает, что для получения положительной работы необходимо к рабочему телу на некотором участке цикла подвести теплоту q1 от внешнего
Прямой и обратный циклы Карно
В 1824 французский инженер С. Карно предложил цикл идеального теплового двигателя, состоящий из двух изотерм и двух адиабат и представляющий собой замкнутый процесс, который
Математическое выражение второго закона ТТД
Для обратимого цикла Карно имеем ;откуда
Необратимые циклы
Термический КПД необратимого цикла меньше, чем термический КПД цикла Карно, т.е.
ηtннеоб<ηооб и
Объединенные уравнения 1-го и II-го законов термодинамики
Как известно, аналитически II закон ТТД выражается в следующем виде:
или
Изменение энтропии в необратимых термодинамических процессах изолированных систем
Рассмотрим принципиальное отличие необратимых процессов от обратимых на примере расширения газа в цилиндре под поршнем (рис 6.2), получающего теплоту
Производство работы. Полезная работа. Максимальная работа. Максимальная полезная работа
Если рабочее тело находится в состоянии, отличном от того, которое оно имеет при параметрах окружающей среды (т.е. система не находится в равновесии), то в принципе это раб. тело может произвести р
Понятие об эксергии. Уравнение Гюи-Стодолы
Термин «эксергия» в 1956г. ввел югославский ученый З.Рант и образован он из греческих корней «экс» - внешний и «эрг» - работа, действие.
Максимальную полезную работу (работоспособность) в
Уравнение состояния реального газа или уравнение Ван-дер-Ваальса
Одной из первых попыток в этой области была разработка голландского физика Н. Ван-дер-Ваальса в 1873 г. Это уравнение он получил на основе кинетической теории газов; учитывая объем самих молекул и
Приведенное уравнение Ван-дер-Ваальса. Закон соответственных состояний. Критические параметры вещества
Особенно интересно уравнение Ван-дер-Ваальса (9.1) тем, что оно качественно отображает главную особенность реальных газов – способность переходить при определенны
Гомогенные и гетерогенные термодинамические системы
Гомогенной называют такую систему, химический состав и физические свойства которой во всех ее частях одинаковы или изменяются непрерывно (без скачка) от одной точки системы к друго
Условия равновесия при фазовом переходе. Правило фаз Гиббса
Состояние равновесия – это такое состояние, к которому при данных внешних условиях стремится термодинамическая система.
Состояние устойчивого равновесия (стабильное состояние) характерно т
Парообразование и конденсация
Все газы явл. парами какого-либо вещества, поэтому принципиальной разницы между понятиями газ и пар нет. Водяной пар явл. реальным газом и широко используется в различных отраслях промышленности. Э
Основные термодинамические процессы водяного пара
В практике могут встретиться паровые процессы, которые протекают в области либо влажного насыщенного пара, либо в области перегретого пара, либо так, что одна часть процесса протекает в области вла
Изохорный процесс.
Изохоры на p,v –, T,S – и h,S – диаграммах представлены на рис. 12.1.
Изохорный процесс на р-v диаграмме (рис. 12.1.а) изображается отрезком вертикальной прямой 1-2, а на Т-S
Изобарный процесс.
На рис. 12.2. приведен изобарный процесс в p,v –, T,S – и h,S – диаграммах.
Как видно, на p,v – диаграмме (рис.12.2.а), изобара изображается горизонтальной прямой 1-2. В обла
Изотермический процесс.
Изотермический процесс в p,v – ; T,S – ; h,S – диаграмах изображен на рис. 12.3.:
Как видно в p,v – диаграмме (рис. 12.3а) изотерма в области влажного пара изображается отрез
Адиабатный процесс.
На рис. 12.4. приведен ади- абатный процесс в p,v – ; T,S – ; h,S – диаграмах.
Равновесный адиабатный процесс протека
Механическая связь сухого воздуха с водяным паром наз. влажным воздухом, или воздушно-паровой смесью.
Влажный воздух нужно рассматривать как разновидность газовой смеси. Это объясняется тем, что при атмосферном давлении в интервале температур, ограниченном снизу температурой обычно не ниже -50
Плотность, удельная газовая постоянная влажного воздуха.
Использовав обычное правило смеси, определим плотность влажного воздуха как сумму плотностей сухого воздуха
Теплоемкость и энтальпия влажного воздуха.
Изобарная теплоемкость влажного воздуха рассчитывается как сумма теплоемкостей 1 кг сухого воздуха и d кг водяного пара, т.е.:
Уравнение первого закона термодинамики для потока
До сих пор мы рассматривали только системы, вещество в которых не перемещалось (как целое) в пространстве; однако следует подчеркнуть, что первый закон ТТД имеет общий характер и сп
Сопла и диффузоры
Сопла и диффузоры – специально спрофилированные каналы, предназначенные для ускорения или торможения потока. Техническая работа в них не совершается, поэтому при условии горизонталь
Истечение из суживающегоcя сопла
Скорость газа на входе в сопло обозначим через c1. Будем считать, что давление газа на выходе из сопла p2 равно давлению среды, в которую вытекает газ.
Расход газа при истечении из суживающегося сопла
Массовый расход газа m через сопло, обычно выражаемый в кг/с, определяется из соотношения: , (15.1)
Удельны объем
Максимальный расход газа через суживающееся сопло
Максимальный расход газа при критическом значении можно определить из уравнения (15.3), если в него подставить значение из (15.4)
Критическая скорость истечения
Критическая скорость устанавливается в устье сопла при истечении в окружающую среду с давлением, равным или ниже критического. Ее можно определить из уравнения (15.6), подставив в него вместо значе
Анализ профиля канала сопла
Основой для вывода общих закономерностей движения рабочего тела в соплах и диффузорах явл. уравнение неразрывности потока
m = F c / v = const , (15.8)
Дросселирование газов и паров
Если в трубопроводе на пути движения газа или пара встречается местное сужение, то вследствие сопротивлений, возникаю
Дифференциальный дроссельный эффект
Изменение температуры жидкостей и реальных газов при адиабатном дросселировании впервые было установлено опытами ученых Джоуля и Томсона в 1852 г. и называется эффектом Джоуля-Томсона.
Опы
Устройство и принцип работы поршневых компрессоров
Конструктивная схема одноступенчатого компрессора показана на рис. 19.1
рис19.
Термодинамический анализ идеального компрессора
Идеализация компрессора и его работы заключается в следующем:
- Геометрический объем цилиндра компрессора равен рабочему объему (отсутствует вредное пространство);
- Отсутствует т
Влияние характера процесса сжатия на величину работы, затрачиваемой на привод компрессора
При конструировании компрессора необходимо организовать цикл компрессора так, чтобы:
a) Работа, затрачиваемая в цикле на сжатие газа от давления
Действительная (реальная) индикаторная диаграмма компрессора
Действительная индикаторная диаграмма компрессора отличается от теоретической тем, что вследствие сопротивления, оказываемого впускным и нагнетательным клапанами проходящему газу, всасывание происх
I, II, III - ступени сжатия; 1, 2 - промежуточные холодильники
Рабочий процесс в р,v - и Т,S - диаграммах (для идеального компрессора) представленный на рис. 20.3
Круговой процесс ДВС
Учитывая, что давление рабочего тела внутри двигателя порядка 3-10 Мпа, а температуры рабочего тела превышают критическую, рабочее тело можно рассматривать как идеальный газ.
По существу Д
Действительный и идеальный цикл с подводом теплоты при постоянном объеме. Цикл Отто
Индикаторные диаграммы цикла Отто представлены: действительная на рис. 21.3; идеальная p, v - диаграмма на рис. 21.4; T,S - диаграмма на рис. 21.5.
В качестве топлива в таких
Циклы ДВС с подводом теплоты при постоянном давлении. Цикл Дизеля
Степень сжатия e в цикле можно повысить, если сжимать не горючую смесь, а чистый воздух, а затем в конце процесса сжатия вводить в цилиндр жидкое топливо (горючее).
Циклы Д.В.С. со смешанным подводом теплоты. Цикл Тринклера
Недостатком двигателя Дизеля по сравнению с двигателем Отто является: наличие компрессора для распыления жидкого топлива, на работу которого расходуется 6-10% общей
мощности двигателя; сло
ЛЕКЦИЯ 23
23.1. Циклы реактивных двигателей
Реактивный двигатель представляет собой устройство, в котором химическая энергия топлива преобразуется в кинетическую
Циклы ПВРД
ПВРД - это ВРД, в которых сжатие воздуха осуществляется только за счет скоростного напора. ПВРД могут применяться как для дозвуковых, так и для сверхзвуковых полетов.
Основным параметром П
Циклы пульсирующего ВРД
В пульсирующих ВРД со сгоранием топлива при u=соnst применяются обратные клапаны, которые устанавливаются на клапанной решетке 2 (рис.23.4) на входе в камеру сгорания 5.
Клапаны клапанной
Циклы ракетных двигателей
В РД используются ядерная, электрическая, тепловая и химическая энергии.
В настоящее время в РД наиболее широко используется химическая энергия топлива,
Циклы газотурбинных установок (ГТУ)
ГТУ называются теплоэнергетические устройства, в которых рабочим телом служат газообразные продукты сгорания топлива (или другие газы, нагретые т
Реальные циклы ГТУ
Реальные циклы ГТУ отличаются от идеальных тем, что в действительных циклах учитываются неизбежные тепловые потери.
На рис. 25.5 показан реальный цикл ГТ
ЛЕКЦИЯ 26
26.1. Цикл ГТУ со сгоранием при р=const, с регенерацией теплоты и с иотермическим зжатием воздуха
Такой цикл изображен в Т,S диаграмме на рис.26.1при наличии регенерации т
Сравнение циклов ГТУ
Рис. 26.5
При равенстве ,
Паровой цикл Карно
Использование рабочего тела, изменяющего в течение цикла своё агрегатное состояние, позволяет осуществлять на практике цикл Карно.
В случае потока вещества технически наиболее просто осуще
Теоретический цикл ПТУ (цикл Ренкина)
Перечисленные выше недостатки, присущие паросиловой установке, в которой осуществляется цикл Карно на влажном паре, могут быть частично устранены, если отвод теплоты от влажного пара в конденсаторе
Цикл Ренкина с перегретым паром
Для того, чтобы увеличить термический к.п.д. цикла Ренкина, применяют так называемый перегрев пара в специальном элементе котла - пароперегревателе (рис.28.1), где пар нагревается д
А) Влияние начального давления пара
Анализируя цикл Ренкина рис. 28.3 для различных значений давления p1, при T1 = const и p2 = const, может сделать следующие выводы:
1. Чем выше давление p
Б) Влияние начальной температуры пара
Из рис. 28.4. видно, что η цикла Ренкина с ростом температуры перегрева пара при одном и том же давлении увеличивается, т.к. возрастает средняя температура подвода теплоты в цикле.
В) Влияние конечного давления в конденсаторе
При постоянных значениях начальных параметров пара T1 = const и p1 = сonst уменьшение конечного давления в конденсаторе приводит к повышению η цикла, т.к. в этом случае в
Цикл с промежуточным перегревом пара
Прежде всего следует заметить, что цикл Ренкина в чистом виде при высоких, а тем более сверхвысоких начальных параметрах пара (10МПа) осуществить невозможно по той причине, что влаж
Циклы холодильных установок и термотрансформаторов
Охлаждение тел до температуры ниже температуры окружающей среды и поддержание их в охлажденном состоянии в течение длительного времени составляют основную задачу холодильной техники. Для многих про
Цикл воздушной холодильной установки
Воздушная холодильная установка была одним из первых типов холодильных установок, применяемых на практике.
На рис. 29.1 приведена принципиальная схема воздушной холодильной машины (ВХМ).
Цикл парокомпрессорной холодильной установки
Более выгодны и удобны по сравнению с воздушными паровые компрессорные холодильные установки, позволяющие в области насыщенного пара осуществить изотермический отвод и подвод теплоты, отбираемой у
Абсорбционные холодильные машины
Основным преимуществом абсорбционных холодильных установок (АХУ) по сравнению с компрессорными явл. использование для выработки холода не электрической а тепловой энергии низкого и среднего потенци
Новости и инфо для студентов