Термодинамика реальных газов и паров (В.К.Кошкин, Т.В.Михайлова. Москва, 1982 г), страница 3

Как видно из этого вириапьного уравнения состояния, дпя газа, состоящего из твердых молекул, вириапьные коэффициенты не зависят от температуры. Дпя низких температур, как показывают эксперименты, значения второго и третьего вириапьных коэффициентов отрицательны, а дпя высоких температур 1г .> 0 С) положительны. Для ппотных газов при высоких температурах и сложной форме молекул вириапьные коэффициенты становятся фуикциямн температуры. Г пава П. ПРОПЕСС ПАРООБРАЗОВАНИЯ Контрольная карточка 3 Ответ Вопрос 16 1. Уравнение состояния реального газа Вукаповнча- Новикова учитывает .

2. Укажите уравнение, которое соответствует вириапьному уравнению состояния. 1 — объемы самих мопекуп; 2 — влияние сип взаимодействия молекул; 3 — объем самих молекул,влияние сип взаимодействия молекул, ассоциацию мопекуп1 4 — объем самих молекул и влияние сип взаимодействия молекул. ,6Р Ь~Т С~Т Д/Т) 1- — г+ — + + рт ~ ия ая 2 -(~э4- —,~(С-Я-Рт.

~ -'((г+ — ~1г-Б)-гг( г- „, ) С .т':"' Молекулы жидкости так же, как и молекулы газа, находятся в хаотическом тепловом движении. Однако силы сцеппения между молекулами жидкости значительно больше. Скорости отдельных молекул жидкости так же, как и молекул газов, различны. Если над жидкостью имеется свободное пространство, то наиболее быстрые молекулы жидкости, т.е, обладающие достаточной кинетической энергией, могут преодолеть поверхностное натяжение (взаимодействие соседних молекул) и удалиться в наджидкостное пространство. в . Этот п оцесс и р п едставпяет собой испарение жидкости. Д р Дпя п одесса испарения необходимо создать поверхность раздепа. Эту поверх- .

В этом спччае в ность можно получить и внутри жидкости. й б аз ются пузырьки пара. При наличии последних исей жидко- парение будет происходить внутри пузырьков кипяще сти. Одновременно будет происходить и обратный пропесс, при котором некоторые молекулы пара, находящиеся в свор р нстве над жидкостью, сталкиваясь с поверхоодном простран в жидкость. Этот постыл жидкости, возвращаются обратно в процесс представляет собой процесс конд енсации па а. Оба р ° ат е жидкости.

Если процесса происходят при любой темпера ур 17 Контрольная карточка 4 Ответ Вопрос имеет температуру боль- ше температуры кипения; состоит нэ смеси пара н жидкости ' образовался в последний момент испарения, когда испарилась последняя кап- пя жн кости 1. Сухим насыщенным паром называется пар, который . 1 — Т~ = Ткнн,' 2 — 7б > 1КНД > 3 — ~'б с Тк~п ° 2. Температура сухого насыщенного пара 18 процесс испарения идет в ограниченном пространстве, тс пока возрастает упругость пара, такой пар называется пенес ыще н вы м. В момент, когда скорость испарения становятся равной скорости конденсации, наступает подвижное нпя дннамяческое равновесие, а пар над жидкостью называется насыщенным (прн данном давлении). Насыщенный пар обладает наибольшей плотностью н упругостью прн данной температуре. Насыщенный пар, образовавшийся в последний момент испарения, когда яспарнпась последняя капля жидкости, носят название сухого насыщенного пара.

Сухой насыщенный пар есть продукт законченного парообразования, причем температура этого пара равняется температуре кипения воды прн данном давления ТЬ ткнп (2.1) Обозначим параметры сухого насыщенного пара через,0 Я н Т~ . Еспя отнять тепло от сухого насыщенного пара, то попучаетсн смесь пара н жидкости; если прн этом частицы жидкости, взвешенные в паре, более нпн менее равномерно в нем распределены, то смесь называют влажным насыщенным паром. Признаком существования влажного насыщенного пара явпяетоя соприкосновение его о жидкостью, яз которой он образуется (паровой котел). Если сухой насыщенный пар продолжать нагревать, то получится перегретый пар, нпн ненасыщенный пар, у которого незначительное отнятие теплоты не приводит к конденсация, а только лишь понижает несколько его температуру. 5 8. Диаграмма Рс' водяногс пара Будем рассматривать процесс парообраэовання прн /7 = =бУий(р .

3). Точка 1 соответствует состоянию холодной воды прн с О С н данном давлении. Объем холодной воды — У~ .Подведем некоторое количество тепла Д к холодной воде. Процесс 1-2 — нагреванне воды прн б сО>гбг. Рнс. 3 Точка 2 соответствует состояняю горячей воды прн температуре кипения Ткнн н прн том же давлении, объем кипящей воды-Кяс ( ~ — тепдо,пошедшее на нагрев воды до кипения). Подведем к кипящей воде некоторое копячество тепла 2 Процесс 2 — 3 — процесс парообраэованнн, который происходит прн постоянном давлении н постоянной теыпературе р, т -юаИ, Точка 2" соответствует состоянию влажного насыщенного пара прн температуре 7~ )кнН прн данном давлении.

Точка 3 соответствует состоянию сухого насыщенного паРа пРн той же темпеРатУРе 7б Ткнн, объем сУхого насыщенного пара-Ф~ ( 2 — тепдо~идущее на Дарообразованне). ЕСЛИ К СУХОМУ НаСЫШЕННОМУ ПаРУ ПОДВЕСТИ ТЕПЛО ~нб ~, то получится перегретый пар. Ппоцесс 3-4- перегрев пара пря том же давления (Р - сад.

10 '( Продолжение Ответ Вопрос 1 — уменьшении температуры в процессе; 2 — постоянной температуре; 3 — увеличении температуры в процессе. 2. Процесс парообраэования всегда происходит прн постоянном давденнн прн 3. Как изменяется температура насыщения (кипения) с увеличением давления? 1 — остается постоянной; 2 - уменьшается; 3 — увеличивается.

4. Возможно пн нэотермнчески сжимая пар прн температуре пара выше критической,сконденсировать его в жидкость? 1 — возможно; 2 — невозможно; 3 — возможно при соблюдении определенных усповий. Контрольная карточка 3 Ответ Вопрос Т, =т,„„; 2 — 78 > Т5нп ) 3-Т~сТе . Н./7, ' Точка 4 соответствует состоянию перегретого пара прн температуре ~пер , объем перегретого пара — Ъде Если и о р цесс парообразовання будем осуществпнть и н пер .

более высоком давления (ф~~~1т ), то объем холодной воды Е незначительно уменьшится (практнческн остается постоянным), объем кипящей воды — увеличится, а объем сухого насыщенного пара уменьшится по сравн ю а нению с исходным, 1 — 2 е т.е. прн возрастании давления разность Р' -Ъ~ ( ж ,~ ( япя отрезок — 2) увеличивается, а разность ~~-Р'~ (нпя отрезок 2 - 3)- уменьшается. Если процесс парообраэования проведем прн давлении меньше первоначадьно рассмотренного (Р ~ Р),то в этом случае объем кипящей воды уменьшится, а объем сухого насыщенного пара увеличится по сравнению с исходным, т.е, прн уменьшении давления разность Р~ — Рр (нпн отрезок 1 — 2) уменьшается, а разность Я~-К (нпн отрезок 2- 3) увеличивается.

Сое днннв точки одинаковых состояний, дежащне на нэоарах различных давлений, подучим следующие пнннн. К — нижняя пограничная кривая (НПК), отвечающая КА-вех состоянию кипящей воды прн различных давпе ннях1 верхняя пограничная кривая (ВПК), отвечающая, состоянию сухого насыщенного пара. Ве рхняя н нижняя пограничные кривые сходятся в точке К, которая называется критической точкой. Параметры состояния пара (ф~,~~, Тх ) в точке К называются критическими. В критической точке насыщенный сухой пар тождественен горячей воде. Прн состоянии пара выше критического, конденсация пара в жидкость невозможна.

11ля водяного лара критические параметры " 221,3 ° 10 Па; Т = 647,3 К; 1/К 0,0032 м lкг. 1. Укажите правильное соотношение температуры сухого насыщенного пара ( Я~ ..) н температуры влажного насыщенного лара ( Тее ) прн одном н том же давлении. 6 7. Па амет ы впажного насыщенного па а Влажный насыщенный пар — смесь пара с мельчайшими капепькамн прнмешанной к нему воды. В зависимости от массовой пропорции воды н пара в смеси получаются влажные пары с различной степенью влажности. Массовая доля сухого насыщенного пара в одном килограмме влажного пара обозначается чере Х э и носит название степени сухости ипн паросодерм<ания влажного пара; ,х меняется от нуля до единицы; вс =0 — нижняя пограничная кривая (кипящая вода); Х = 1 - верхняя пограничная кривая (сухой насыщенный пар). Массовая доля воды в одном килограмме влажного пара обозначается через Я н носит название степени влажно- стн пара.

(2.2) ~( 1-Х 1 (ннжняя пограничная кривая — кипящая вода); = 0 (ве хняя пограничная кривая — сухой насыщенный пар). Объем сухого насыщенного пара в 1 кг влажного пара: Ц~ =Р~К м укг, где б~ - удепьны й объем сухого пара; Х вЂ” количество сухого пара в 1 кг влажного пара. 20 (~ -Г ) дж/кг (2.10) (2.0) гг у гг/б р ш' гб гггг, .гг' па г, Рнс. 7 ббб б/г яб ббб ба/ йю б/0 б/г ббг 7Н Рнс. 4 Рнс. 3 Рнс. 6 часть тепла ббоэначается через //н через ф' н называется внешней теплотой парообразовании: 'гРб/бш, /рбббш, ~г(4~ грг/к ) 1(ж/'кг. (2.8) Большая же п часть теплоты парообраэова реодопенне снп мопек пя н ння идет на у ярного взаимодействия частиц жидкости при нх испарения, об спо н, о усповпнвая собой так называемую внутреннюю работу, т.е.

абот ренней энергии и н с р оту, идущую на изменение внутр и парения (работа днсгрегадин): О =Ин-и'. В дальнейшем б е уд м обозначать параметры жидкости я сухого насыщенного па а п р прн данном,б следующим образом: НПК(Х 0) ВПК (У=1) бр' гг'Ж) внутренняя энергия б,/ гг ' /, энтропия ~ // энтапьпня ~/ ' // теппоемкость с'!'с' ) / о г 1 бгбУг' б Величина изменения внутренней э н нергнн //у прн испарения является преобладающей, т.е.

р> Итак, согласно изложенному Как видно, в п оцессе 2— р — 3 имеет место изменение внутренней энергия (бб -гб ) прн т оцгбаг вследствие совершения работы дисгрегацнн. Теплота парообразовання г есть функция давпенияб'"=//(/б//'. С увеличением давления величина б/ умень шается и дпя критического давпения воды Д~ = 221,3 103 Па, б" =О. Это иллюстрируется сокрашением гориэонтапьного участка 2 — 3 процесса парообразовання с ростом да впення, прн котором идет процесс парообраэования. 24 Прн Ре Р горизонтальный участок процесса нспврепип к отсутствует н 7' О. Следовательно, качественная зависимость/'"=б'(/1гг имеет спедуюшнй внд (рнс. 3).

В процессе 3 -4 подводится тепло Д г , которое идет на нагрев пара Средняя теппоемкость пара б/~, в процессе его перегрева зависят от Т н,(/ . Опытные данные н теоретические расчеты по Вукаповнчу показывают, что теппоемкость Ср перегретого пара, во-первых, прн повышения температуры прн,(/ /.'бгггМП быстро уменьшается, доходит до некоторого минимума, а затем имеет тенденцию к медленному возрастанию; во-вторых,дпя одной я той же температуры (~дар СОПзг ) теппоемкость перегретого пара возрастает с увеличением давления.

Прячем эта зависимость ор от 1/ уменьшается с повышением температуры. Зависимость ьс от 1//Ер я,(/ представпена на рнс. 6. ГрафическоЕ определение среднего значения о/с в интервале температур от 6в' до ббггр дпя заданного давления,(/ представлено на рнс. 7. г./ - средняя теппоемкость перегретого пара в интерРгп вале температур от 1~ до Г//гр . Полная теплота образования влажного пара со степенью сухости гС будет равна 23 1(ж/ кг. (г 11) Полная теплота образования сухого насыщенного пара будет равна (2,12) На ряс. 8 представлена качественная зависимость полной теплоты образования сухого насыщенного пара от давления .~Е =~(р). Из пряведенных данных вытекает основное термодннамяческое преимушество паров /О ~.ю'л высокого давления.