Лекци@17-Пары [Режим совместимости] (1062638)
Текст из файла
Лекции по термодинамикедоцент каф. Э6, ктн Рыжков С.В.Э6нергомашиностроение.Лекция №17Пары•Получение пара.•Термодинамические свойства жидкости.•Термодинамические свойства поверхности раздела фаз.•Характерные состояния пара.•sh – диаграмма.•Термодинамические процессы.Пар может быть получен не только врезультате кипения, но и путёмнепосредственного перехода вещества изтвёрдого в газообразное состояние(сублимация).Если в объёме, занимаемом жидкостью,быстро сбросить давление (осуществитьдекомпрессию), то парообразованиеначнётся в объёме жидкости, причём приопределённых условиях этот процесс можетиметь взрывообразный характер.
Однаконаиболее часто в технике используетсяпроцесс кипения – получения пара изжидкости при постоянном давлении.Параметры состояния, относящиеся книжней пограничной кривой, снабжаютсяодним штрихом(p’ ,T’), относящиеся кверхней пограничной кривой – двумяштрихами(p’’ ,T’’).Кипение возможно только в интервалепараметров, определяющих тройную икритическую точку.ОК – кривая упругости.Рис.. 1.
Tp диаграмма вещества сРисодной тройной точкой2Получение параI – область перегретого пара.II – область жидкого состояния.III – область влажного пара.Tb – температура насыщения.Pb – давление насыщения.Рис.. 2. Диаграмма реальногоРисвещества3Рис.. 3. Диаграмма гелияРисРис. 4. Характеристики упругостиРис.различных веществ4Рис.. 5. Диаграмма реального веществаРисх – степень сухости пара.5r = Tb (s − s )''здесь и далееTb = Tн'(1)(температура насыщения).Термодинамические свойства жидкости.q = ub − uc + p(υb −υc ) = (ub + pυb ) − (uc + pυc ) = hb − hcq = h ' − h = u ' − u + p (υ ' − υ )h = u + pυ'''u = h − pυ's' ='TH∫Ta(2)'dq=T(3)TH∫Tac ' dTT6Рис. 6.
Зависимость удельнойРис.теплоёмкости гелия оттемпературыРис. 7. Зависимость удельнойРис.теплоёмкости щелочных металловот отношение T/Tk7Термодинамические свойства поверхности раздела фаз.Когезия – это давление на частицу находящуюся на поверхности жидкости на которуюдействует сила нормальная к поверхности внутри жидкости. При p=101,325 кПа и T=373 Kвнутреннее давление воды составляет примерно 580 МПа.Поверхностный слой толщиной в несколько молекул составляет поверхностную фазужидкости, основное свойство которой заключается в том, что она стремится отдавать своимолекулы объему жидкости.
Равновесным состоянием поверхности фазы оказываетсятакое, при котором число молекул, находящихся в ней, минимально.∂F∂FdF = ()T dΩ + ()Ω dT∂Ω∂T'''''''''dF'' '∂ F '''=()T d Ω = σ d Ω∂Ω((5)(6))'''Где σ = ∂ F ∂ Ω T - поверхностное натяжение – является физической константойвещества. Для определения зависимости σ = σ (T ) процессы, происходящие на поверхностираздела фаз, можно представить в виде обратимого цикла:8Натяжение с ростомтемпературыуменьшается:dσr=−dTT∗(7)r* - теплота образованияповерхности.Рис.. 8.
Цикл на поверхности раздела фазРисРаботу такого цикла можно определить площадью 1234, равной:(Ω 2 − Ω1 )dσПри положительной работе, совершаемой во время сокращения площади плёнки,теплота от неё должна отводиться.9Поверхностное натяжение с ростом температуры уменьшается.При отсутствии работ немеханического характера в соответствии c третьим уравнением.dF = − S dT + σ d Ω''''''(8)∂F( )T = σ∂Ω'''∂F'''()Ω = − S ;∂T'''∂Sdσ()T = − ()Ω∂ΩdT(9)'''s '''(10)S '''=Ωdσ= − s '''dT(11)10dσS = s Ω; s = −dT'''dF''''''= Ω d σ + σ d Ω = d (σ Ω )'' 'F = σΩ; f = σ''''''(12)Удельная свободная энергия поверхностного слоя является функцией толькотемпературы, так как она равна поверхностному натяжению.'''Udσ'''u ==σ −TΩdT(13)Удельная внутренняя энергия поверхностного слоя больше его свободной энергии(u’’’>f’’’), а разница определяется температурой.dσσ = σ 0 − aT ;= −adT(14)Удельная энтропия поверхностного слоя постоянна в широком диапазоне температур(s’’’=a).u = σ 0 − aT + aT = σ 0 = const'''11dG = dF + d ( pV ) = 0dΩdV''''(15)2=Rш2σp − p=Rш''- уравнение Лапласа(16)Давление в пузыре пара определяется не только давлением в жидкости, но и действиемповерхностного натяжения.В двухфазной однокомпонентной системе каждое давление соответствует одномузначению температуры.dP ( s '' − s ' ) ∆s= '' ' =dT (υ − υ ) ∆υr=(17)s2∫ T ds = T ∆sнs1 (T =const )н121p − p = (Tb' − Tн )rρTн''''(18)Для того чтобы паровой пузырь мог развиваться, его первоначальный радиус должен превышатьнекоторое значение, удовлетворяющее условиям термодинамического равновесия фаз.
Такойрадиус называется критическим. При радиусе R>Rкрш он будет расти, в противном случаи –сконденсируется.Rкрш2σ Tн=r ρ '' (Tb ' − Tн )Рис.. 9. Зависимость свободной энтальпии от температурыРис(19)13Характерные состояния параr - удельная теплота парообразования.q = r = (u'' − u ' ) + p(υ '' −υ ' )r = h '' − h '(20)(21)где u , υ - внутренняя удельная энергия и удельный объём сухого насыщенного пара.Работа дисгрегации – работа изменения агрегатного состояния.''''ρu = u − u'''(22)ψ = p (υ − υ )r = ρu +ψ'''(23)(24)ρи - внутренняя удельная теплота парообразованияΨ – внешняя удельная теплота парообразованияТермодинамические свойства влажного пара.пара.степень сухости параm x = m '' + m 'm ''m ''x = ''='m +mmx(25)(26)14степень влажности параm'm'1 − x = ''='m +mmx(27)υ x = υ ' + x (υ '' − υ ' )(28)s x = s ' + x ( s '' − s ' )(29)u x = u ' + x ( u '' − u ' )(30)h x = h ' + x ( h '' − h ' )(31)(υ x − υ ' ) ( sx − s ' ) (u x − u ' ) (hx − h ' )x = ''= '' ' = '' ' = '' ''(υ − υ ) ( s − s ) (u − u ) (h − h )∂p∂T( )T = 0; ( ) p = 0∂υ∂υ(32)(33)15Пустьcυ' 2 , cυ' 1Пустьcυ'' 2 , cυ''1 - удельная теплоёмкость на верхней пограничной линии- удельная теплоёмкость на нижней пограничной линии∂p ∂υcx = cυ + T ( )υ ( ) p∂T ∂T∂p dυ''c = cυ1 + T ( )υ '∂T dT(34)(35)Для двухфазной области в уравнении (34):c ' = c υ' 2dpdυ '+T()()dTdT(36)Для нижней пограничной кривой:c υ' 2 − c υ' 1∂pdpdυ '= T [()υ ' −]()∂TdTdT(37)16Для верхней пограничной кривой:c υ'' 2 − c υ'' 1∂pdpd υ ''= T [() υ '' −]()∂TdTdTcυ x = cυ 2 + x ( cυ 2 − cυ 2 )''''(38)(39)Термодинамические свойства сухого насыщенного пара.h =h +r(40)u '' = h '' − pυ ''(41)'''Tнrs = s + ∆ s = c ln( ) +TTн''''''(42)Состояние сухого насыщенного пара является крайне не устойчивым.Термодинамические свойства перегретого пара.При переходе состояния вещества через верхнюю пограничную кривую образуется перегретый пар.Разность температуры перегретого пара Тпе, находящегося под давлением р , и температурынасыщения Тн при том же давлении называется степенью перегрева.17Tпеqпе =∫cpTн , p =c(T )dT(43)uпе =u +qпе − p(υпе −υ )(44)hпе =h +qпе(45)''''''c pmq пе=(T пе − T н )q пе = c p m ( T пе − T н )Tпеs пе = s +''∫cTнpmdTTTпеsпе = s + c pm ln( )Tн''(46)(47)(48)(49)18Рис..
10. Зависимость удельной теплоемкости водяного пара от температурыРис19sh – диаграмма реального газаРис. 11. sh –диаграммареального газа20Рис. 12. h – lg p-диаграмма реального вещества(∂h ∂s )T = T − υ (∂T ∂υ ) p(∂T ∂υ ) p = T υ(50)(51)21Термодинамические процессыРис. 13. Изохорное изменение состояния пара в координатах а – ν, р;Рис.б – s, T; в – s, hРис. 14. Изобарное изменение состояния пара в координатах а – ν, р;Рис.б – s, T; в – s, h22Рис. 15. Изотермное изменение состояния пара в координатах а – ν, р;Рис.б – s, T; в – s, hРис. 16. Изоэнтропное изменение состояния пара в координатах а – ν, р;Рис.б – s, T; в – s, h23Изменение удельной внутренней энергии пара в процессе:∆u = u2 − u1 = h2 − h1 − ( p2υ2 − p1υ1 )(52)для изохорного процессаq = h2 − h1 − υ ( p 2 − p1 )(53)для изобарного процессаq = h 2 − h1(54)для изотермического процессаq = T ( s 2 − s1 )(55)l = q − ∆u(56)Удельная работа24При критических параметрах объемыкипящей жидкости и сухого насыщенногопара равны.Для воды критические параметры имеютследующие значения:tk = 374,15 C ; υk = 0, 0033 м3 / кгpk = 225, 65 am (22,11 Мн / м 2 )Зависимость между параметрамиприводится в специальных таблицахкоторые называются таблицамитермодинамических свойств воды иводяного пара или просто таблицамиводяного пара ta0 = 0 C()Точка а0.
Эта точка одновременнопринадлежит нулевой изотерме и нижней пограничной кривой. Следовательно онахарактеризует состояние воды, кипящей при температуре ta = 0 C . Этой02температуре соответвует давление pa0 ≈ 0, 0006 H / ми объем va ≈ 0, 0010можно принять, что v ≈ 0, 0010002 м 3 / кгм3 / кгa0В расчетах иногда применяют величину, называемую полной теплотой сухогонасыщенного пара l’’ Дж/кг. Под этой величиной подразумевают теплоту, которуюнеобходимо подвести к 1 кг воды, чтобы в процессе p=const из воды с температуройполучить сухой насыщенный пар. Другими словами, полной теплотой сухогонасыщенного пара называется теплота, подведенная в процессе acλ '' = q '+ r0 C25Контрольные вопросы•••••••••Пары чистых веществПолучение параТермодинамические свойства жидкостиТермодинамические свойства поверхности раздела фазКогезияЦикл на поверхности раздела фазХарактерные состояния параsh – диаграммаТермодинамические процессы26.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
