Мухачёв Г.А. Щукин В.К. - Термодинамика и теплопередача (1013614), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Поэтому объем, внутренняя энергия и эитальпия определи ются по таблицам насыщенного пара по давлению или темпера туре. Связь между удельными объемами жидкости и пара на линии насыщения о' и и", давлением насыщенного пара р„, температурой 114 Т н теплотой парообразования может быть получена следующим рбразом. При превращении жидкости в пар давление насыщенного нара от объема системы не зависит, следовательно, в выражении (Т,8) (др)дТ) г=бр,)ЙТ„, но так как равновесное превращение жидкости в пар происходит при постоянной температуре (Т„= =сонэ(), то (дз/д)т)г= бз(оМ, где величина бу представляет собой изменение объема системы прн переходе жидкости в пар.
Таким образом, (8.31) Изменение объема системы, если испарилась жидкость массой би, сИт=-(и" — и') дт, а приращение энтропии в квазистгтическом процессе испарения жидкости массой дгп по (8.28) бз=гбт)Т„. Подставив эти значения в уравнение (8.31), получим (8.32) а =(1 — х) и'+ хн". (8.33) Так как объем жидкости (1 — х)о" мал по сравнению с объемом пара, то при невысоких давлениях н =хн". (8.34) Энтальпия влажного насыщенного пара с "Ревращенне в пар х кг жидкости необходимо теплоты, равна й — й'+ гх. учетом того, что на затратить хг кДж/кг (8.35) 1!5 где др„(д҄— производная от давления по температуре на кривой фазового равновесия р,='т(Т,).
Уравнение (8.32) называют уравнением Клапейрона — Клаузиуеа и применяют прн исследованиях изменения агрегатного состояния вещества в процессе перехода его нз жидкого состояния в парообразное. Аналогичные уравнения можно применять и к процессам перехода вещества нз твердого состояния в жидкое или газообразное.
Параметры влажного насыщенного пара при заданной сухости могут быть определены нз следующих соотношений. Удельный объем влажного насыщенного пара Энтропия влажного насыщенного пара з =з'+ гх7Тн. (8.38) Свойства перегретого пара резко отличаются от свойств насы. щенного пара и приближаются к свойствам газов. Перегретый пар характеризуется тем, что его температура выше температуры па. рообразования Т„при том же давлении и удельный объем его больше, чем объем сухого насыщенного пара при том же давле. нии. Количество теплоты, необходимое для перевода 1 кг сухого на.
сыщенного пара при р=сопз1 в перегретый с температурой Т, называют теплотой перегрева д, и определяют по формуле д„= ) с (бТ). (8.37) и Если ср — средняя удельная теплоемкость перегретого пара при постоянном давлении, то пн =й +~7н=й +г+сри~(Т 7н ) (8.39) называется полной теплотой перегретого пара. По первому закону термодинамики д„= и„— ин+ 7, (8.40) где 1=р(а — и") — работа расширения в изобарном процессе перегрева пара; (и,— и") — изменение внутренней энергии в процессе перегрева.
Изменение энтропии в равновесном изобарном процессе пере- грева г„ зн — ) ~н — ~ Р— ср 1п , (8,41) н н или гн=зн+ср 1п — =с 1п " + — +с !и —. (8.42) Т Тн г т н 0 н н Свойства перегретых паров будут тем ближе к свойствам идеального газа, чем больше температура перегрева. 116 (7н Срн (Т Тн) (8.38) Значение ср берется для перегретого пара по формуле ср =)(Т, .р). Энтальпия перегретого пара й 8.8.
Та-ДИАГРАММА ПАРА Для графического изображения процессов, происходящих в паре, удобно ольаоваться Та-диаграммой, ибо в ней площадь под кривой обратимого про,есгл дает количество теплоты, сообщаемое телу нли отнимаемое от него. Так как в координатах ро и Т5 любая точка изображает определенное состояние тела, то точкам ро-диаграммы должны соответствовать определенные точки Тз-диаграммы (рис. 8.8). Если было принято условно, что энтропия начального состояния хгидкости за=О, то эта точка на Тз-диаграмме лежит на оси ординат на значение То выше абсолютк е ного нули.
/г Перенося по точкам погранич- .г/ !т г ную кривую жидкости (х = 0) из рп- в Тл диаграмму, получим сост-,й ветствующую ей кривую, 'абсцисса- й ~ ми которой являготся значения 5'. 1 ! Аналогично наносится пограничная кривая пара (х = 1), абсциссамн которой будут значения энтропии ь 8'Ь сухого насыщенного пара 5".
В точке Ь диаграммы начинается кипение прн Т„=сопи! и энтропия 0 л В г 5 в процессе парообразовання повы- Рис. 8.8 шается: аз=(г)Т„) х. Процесс парообразования заканчивается в 'точке с, где Ьз=г/Т„. Так как процесс парообразования идет при Т,=сонэ( и р= =сонэ(, изотерма Ь-с является одновременно и изобарой. Дальнейший подвод теплоты снова сопровождается увеличением температуры и энтропии.
В процессе перегрева пара (кривая с-е) Аз=с !п(Т/Т„). Вследствие того что площади на Тз-диаграмме изображают подведенное (отведенное) количество теплоты, площадь аЬАО численно равна количеству теплоты, подводимому в процессе нагрева вгидкости от То до температуры кипения; площадь ЬсВА — количеству теплоты, подводимому к жидкости в процессе парообразования; площадь сеС — количеству теплоты, затраченному на пеРегрев пара. Учитывая, что количество теплоты в процессе р=сопз1 равно Разности энтальпий д'=й', г=й"Ь', п,=й„— А", площадь, огра"нченная ординатами, осью абсцисс и изобарой, проходящей через точку, определяет энтальпию в данной точке.
Точка пересечения .1 17 повраничных кривых жидкости и пара является критической точ. кой К. Область, лежащая между кривыми аК и сК,— это область влажного насыщенного пара. Область, лежащая правее погранич. ной кривой пара,— область перегретого пара. Исследования паровых процессов и расчеты существенно об. легчаются при наличии подробной Тз-диаграммы, в которой нане. сены обе пограничные кривые, сетка изобар и изохор, а также кривые постоянной сухости х=сопз1, которые на рис. 8.8 показа ны пунктирными линиями. й 8.6. Ьз-ДИАГРАММА ПАРА Для изучения и расчетов различных термодинамических процессов, н которых рабочим телом является насыщенный и перегретый пар, особо удобна Ьз-диаграмма.
В координатах Из (рис. 8.9) наносят пограничные кривые, изобары и изотермы. Пограничная кривая жидкости и пограничная кривая пара строятся по известным значениям И', з', И", з" и сливаются в критической точке К. В области влажного и т „„, насыщенного пара наносятся линии постоянной сухости г " - . ~ (пунктирные кривые). На этой К диаграмме количества теплоты, затрачиваемые на нагрев жидкости, парообразование и перегрев, изображаются линейными отрезками, а не пло- «=дФ' щадями. Теплота парообразования по данной изобаре г= =И" — И' равна разности ординат точек пересечения изобары с пограничными кривыми жидкости и пара.
Для процесса парообразо- 5 вания, происходящего при р= Рнс. 89 =соп51, дл да >' дй бз= = —, т. е.~ — 1 =Т„. Га Та ~ да /,> Следовательно, в области влажного насыщенного пара изобары являясь одновременно и изотермами, представляют собой прямые линии с угловым коэффициентом, равным Т„; из диаграммы видно> что изобары пересекают пограничные кривые без излома.
Изохо ры, изобары и изотермы в области перегретого пара строятся по 118 очкам. Изобары и изохоры в области перегрева — слабо вогнутые логарифмические кривые; изотермы в области перегретого пара— выпуклые кривые, поднимающиеся слева вверх направо. Вид изотерм определяется. температурой, которой они соответствуют.
Чем больше температура, тем выше располагается изотерма. Чем дальеге от пограничной кривой (х=1) проходит изотерма, тем больше оиа приближается к горизонтали Ь=сопз1, так как в области идеального газа энтальпия однозначно определяется температурой, На рис. 8.9 точки А, В С изображают соответственно состояние влажного, сухого и перегретого пара. Причем точка А лежит яа пересечении изобары (изотермы) и линии постоянной сухости, точка  — на пересечении изобары и пограничной 'кривой пара, точка С вЂ” на пересечении изобары и изотермы.
По положению точки, соответствующей некоторому состоянию пара, можно определить на йз-диаграмме числовые значения всех параметров в этой точке. 5 8.7. ПАРОГАЗОВЫЕ СМЕСИ Большинство газов, применяемых в технике, содержит пары тех или иных жидкостей. Наиболее распространенными являются смесь воздуха илн какого- либо другого газа с водяным паром, смесь воздуха с парами бензина, керосина и т. п. Характер изменения параметров парогазовой смеси имеет важное значение в расчетах процессов сушки, кондиционирования воздуха, обледенения самолетов, испарения топлива в двигателях и при форсировании их впрыском жидкостей, а также расчетах сверхзвуковых аэродинамических труб и т. д.
Смесь, состоящая из сухого газа и перегретого пара, называется ненасыщенным влажным газом, а смесь из сухого газа и насыщенного пара — насыщенным влажным газом. При охлаждении влажного газа до определенной температуры (температуры точки росы) пар становится насыщенным, а в дальнейшем момсет и сконденсироваться. Состояние парогазовой смеси определяется сравнительно узким диапазоном температуры и давления. Значительное повышение температуры илн понижение давления приводит к тому, что влажный газ превращается в простую газовую смесь (см. $1.4).
Полагая, что перегретый пар любой жидкости, входящей в состав влажного газа, приближается по своим свойствам к газам, можно рассматривать влажный газ как газовую смесь. По закону Дальтона давление смеси идеальных газов р равно сумме парциальных давлений р=р,+Ря (8.43) ге де Рг — парциальное давление сухого газа; р — парциальное дав"Еиие пара. 119 Равным образом можно записать Р = Рг+ Рп. (8.44) Равенство (8.44) показывает, что плотность влажного газа вы1а плотности сухого тогда, когда давление влажного газа по урав. нению (8.43) выше сухого.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
