Баскаков А.П. (ред.) Теплотехника Энергоатомиздат, 1991 (947482), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Их опре. делают по приведенным выше формулам по заданному давлению (или температуре) и степени сухости. Однофазные состояния некипяшей воды и перегретого пара задаются двумя параметрами, !!о заданным давлению и температуре из таблиц воды и перегретого пара находя~ значения а, Л, э. Т, з-диаграмма водяного пара. Для исследования различных процессов с водяным паром кроме таблиц используетси 7', з-диаграмма (рис 4,7). Она строится путем переноса числовых данных таблиц водяного пара в Т, з-координаты. Состоиние воды в тройной точке (за =0; Тэ= 273,10 К) изображаетгя в диаграмме точкой А'. Откладывая на диаграмме для разных температур эна- аа,л Рнс. 4.7 Т, з.диаграмма водяного пара чения з' и з", получим нижнюю и верхнюю пограничные кривыс.
Влево от нижней пограничной кривой располагается облазь жидкости, между пограничными кривыми — двухфазная область влажного пасы>ценного пара, вправо и вверх от верхней пограничной кривой -- область перегретого пара. На диаграмму наносят изобары, изохоры н линии постоянной степени сухости, для чего каждую изобару о'а" делят на одинаковое число частей и соединяют соответствуя>шие точки линиями х= сопл!. Область диаграммы, лежашая ниже нулевой изотгрмы, отвечает различным состояниям смеси пар+лед. Л, з-диаграмма водяного пара. Если за независимые параметры, определявшие состояние рабочего тела, принять энтропию з и энтальпию Л, то каждое состояние можно изобразить точкой на Л, з-диаграмме. На рис.
4.8 изображена Л, з-диаграмма для водяного пара, которая строится путем переноса числовых данных таблиц нодяного пара в Л, з-координаты. За начало координат принято состояние воды в тройной точке. Откладывая на диаграмме для различных давлений значения з' и Л' для воды при температуре кипения, а также з" и Л" для сухого насьпценного пара, получаем нижнюю и верхнюк> пограничные кривые Изобары в двухфазной области влажного пара представляют собой пучок расходяшихся прямых Действительно, в процессе р=сопз1 >)з=б>)р/Т=>)Л/Т, А=валат м е Ю Рис.
4.8. Л, э-диаграмма водяного пара или (дй/дэ)х=Т, т. е. тангенс угла наклона изобары в й, э-координатах численноо равен абсолютной температуре данного состояния. Так как в области насыщения изобара совпадает с изотермой, тангенс угла наклона постоянен и нзобара является прямой. Чем выше давление насыщения, тем выше температура, тем больше тангенс угла наклона изобары, поэтому в области насыщения прямые р=сопэ! расходятся, Чем больше давление, тем выше лежит изобара. Критическая точка К лежит не иа вершине, как это было в р, о- и Т, з-диаграммах, а на левом склоне пограничной кривой. В области перегрева температура пара (при постоянном давлении) растет с увеличением э примерно по логарифмической кривой и крутизна изобары увеличивается. Аналогичный характер имеют изобары и в области воды, но они идут так близко от пограничной кривой, что практически сливаются с ней.
При низких давлениях и относительно высоких температурах перегретый пар по своим свойствам близок к идеальному газу. Так как в изотермическом процессе энтальпия идеального газа не изменяетсн, изотермы сильно перегретого пара идут горизонтально. При приближении к области насыщения, т. е. к верхней пограничной кривой, свойства перегретого пара значительно отклоняются от свойств идеального газа и изотермы искривляются.
В й, з-диаграмме водяного пара нанесены также линии п=сопз(, идущие круче изобар. Обычно всю диаграмму не выполняют, а строят только ее верхнюю часть, наиболее употребительную в практике расчетов. Это дает возможность изображать ее в более крупном масштабе. Длн любой точки на этой диаграмме можно найти р, о, 1, и, э, к. Большое достоинство диаграммы состоит в том, что количество теплоты в изобарном процессе равно разности ординат конечной и начальной точек процесса и изображается отрезком вертикальной прямой, а не площадью как а Т, з-диаграмме, поэтому Й, э-диаграмма исключительно широко используется при проведении тепловых расчетов.
Основные термодинамические процессы водяного пара. Для анализа работы паросиловых установок существенное значение имеют нзахорный, изобарный, изотермнческий и адиабатный процессы. Расчет этих процессов можно выполнить либо с помощью таблицы воды и водяного пара, либо с помощью Ь, э-диаграммы Первый способ более точен, но второй более прост и нагляден. Общий метод расчета по й, э-диаграмме состоит а следующем. По известным параметрам наносится начальное состояние рабочего тела, затем проваднтся линия процесса и определяются его параметры в конечном состоянии.
Далее вычисляется изменение внутренней энергии, определяются количества теплоты и работы в заданном процессе. Изохорный процесс (рис. 4.9) . Из диаграммы на рисунке видно, что нагре- 7 гцмт Рис. 4.9. Изахориый процесс водяного пара ванием при постоинном обьеме влажный пар можно перевести в сухой насыщенный н перегретый. Охлаждением его можно сконденсировать, но не до конца, так как при каком угодно низком давлении над жидкостью всегда находится некоторое количества насыщенного пара. Это означает, что изохора не пересекает нижнюю пограничную кривую. Изменение внутренней энергии водяного пара при о=соню Аи= и, — и, =(Ах — рхпх) — (Л, — р, о<). (4.32) Данная формула справедлива и для всех без исключения остальных термодинамических процессоа.
В изохорном процессе работа 1=О, поэтому подведенная теплота расходуется (в соответствии с первым законом термодинамики) на увеличение внутренней энергии пара: «.33) г/=н,,— и,. Изобарный процесс (рнс. 4.10). При подводе теплоты к влажному насыщенному пару его степень сухости увеличи вается и он (при постоянной температуре! переходит в сухой, а при дальнейшем подводе теплоты — в перегретый пар (температура пара при этом растет). При отводе теплоты влажный пар конденсируется при Т,= сопз1. Полученная в процессе теплота равна разности энтальпий: о =йэ — а, Работа процесса подсчитывается по формуле 1=р(ох — и~).
(4.35) Рнс. 4.11. Изотермнческнй процесс водяного пара Изотермический процесс (рис 4.11). Внутренняя энергия водяного пара в процессе Т= сопз( не остается постоянной (как у идеального газа), так как изменяется ее потенциальная составляющая. Величина Ли находится по формуле (4.32) .
Количество полученной в изотермическом процессе теплоты равно 4= Т (зе — з,). (4.36) Работа расширения определяется из первого закона термодинамики: (4.37) Аднабатный процесс (рис. 4.12). При адиабатном расширении давление и температура пара уменьшаются и перегретый пар становится сначала сухим, а затем влажным. Работа адиабатиого про. цесса определяется выражением 1= — Ли=и, — ие=(6, — р,о,)— — (йе — рхоз). (4.38) Ю 5 Рис. 4 1О.
Изобарный процесс водяного пара Рис. 4.12. Адиабатный процесс водяного пара '1з! Г;44!зпИ ИД!;ЛЛЬИРЛХ !'Лз!)П Все зависимости, полученные выше для идеальных газов, справедливы и для их смесей, если в них подставлять газовую постоянную, молекулярную массу и теплоемкость смеси. Закон Дальтона. В инженерной практике часто приходится иметь дело с газообразными вегцествами, близкими по свойствам к идеальным газам и представлнющими собой механическую смесь отдельных компонентов различных газов, химически ие реагирующих между собой.
Это так называемые г а з о в ы е с м ос и. В качестве примера можно назвать продукты сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания, топках печей н паровых котлов, влажный воздух в сушильных установках и т и Основным законом, определяющим поведение газовой смеси, является закон Дальтона: полное давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений всех входящих в нее компонентов: (4 39) Парциальное давление р,— давление, которое имел бы газ, если бы он один при той же температуре занимал весь объем смеси. Способы задания смеси.
Сос~ав газовой смеси может быть задан массовыми, объемными или мольными долями. Массовой долей называется отношение массы отдельного компонента М, к массе смеси М л, = М,/М. (4.40) Очевидно, что М=) М, и ~ й,=1. 1 ! Массовые доли часто задаются в процентах.
Например, для сухого воздуха и - ?7 егй; йо ж23," . х Объе ми а я дол я представляет собой отношение приведенного объема газа У, к полному объему смеси У; г,= У/У. (4 41) П р и в е д е н н ы м называется объем, 40 который занимал бы компонент газа, если бы его давление и температура равнялись давлению и температуре смеси. Для вычисления приведенного объема запишем два уравнения состояния Иго компонента: р, У= М,Р,Т; (4.42) (4.43) рУ,=М,ЦТ. Первое уравнение относится к состоянию компонента газа в смеси, когда ои имеет парциальное давление р, и занимает полный объем смеси, а второе уравнение— к приведенному состоянию, когда давление и температура компонента равны, как и для смеси, р н Т Из уравнений следует, что У,= Ур,/р (4.44) Просуммировав соотношение (4З4) для всех компонентов смеси, получим с учетом закона Дальтона ~ 1',=У, от- 1 куда ~ г,=!.
Объемные доли также часто задаются в процентах. Для воздуха го =21 Х„ ги = ?9 ",4. Иногда бывает удобнее задать состав смеси мольными долями. М ол ьн о й д о л е й называется отношение количества молей Лй рассматриваемого компонента к общему количеству молей смеси М. Пусть газовая смесь состоит из Л?~ молей первого компонента, М, молей второго компонента и т.
д Число молей смеси Л'=/ г?„а мольная доля компо! неита будет равна Л(,/Л!. В соответствии с законом Авогадро объемы моля любого газа при одинаковых р и Т, в частности при температуре и давлении смеси, в идеально газовом состоянии одинаковы. Поэтому приведенный объем любого компонента может быть вычислен как произведение объема моля У„ на число молей этого компонента, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
