Основные термодинамические процессы водяного пара кратко

Обновлено: 01.07.2024

Для анализа работы паросиловых установок существенное значение имеют изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы. Политропные процессы не рассматриваются, т.к. водяной пар не соответствует свойствам идеального газа.

Термодинамические процессы водяного пара очень наглядно изображаются на i, s-диаграмме (рис ). Процесс = горизонтальная прямая. Для удобства нанесены линии равных давлений, температур и степеней сухости. На рис. показано протекание изохорного, изобарного, изотермического и адиабатного процессов на i, s-диаграмме. Следует обратить внимание, что в области влажного пара линии изобар и изотерм совпадают.

По i, s-диаграмме можно выполнить приближённые расчеты этих процессов, поскольку значения подлежащих определению параметров считываются непосредственно с диаграммы.

Общий метод расчета по i, s-диаграмме состоит в следующем. По известным параметрам наносится начальное состояние рабочего тела, затем проводится линия процесса и определяются его параметры в конечном состоянии. Далее вычисляется изменение внутренней энергии, определяются количества теплоты и работы в заданном процессе.

Точные расчёты проводятся с помощью таблиц воды и водяного пара. При расчётах важно знать в какой зоне находятся начальные и конечные значения параметров. Это удобно определять на Т – s диаграмме. Из диаграммы Т – s видно, что количество теплоты равно площади под кривой процесса.

Для любой точки на Т - s-диаграмме

Рис. 4.9\ Изохорный процесс водяного пара на Т – s - диаграмме

Изохорный процесс(рис. 4.9).

Из рисунка видно, что нагреванием при постоянном объеме влажный пар можно перевести в сухой насыщенный и перегретый. Охлаждением его можно сконденсировать, но не до конца, так как при каком угодно низком давлении над жидкостью всегда находится некоторое количество насыщенного пара. Это означает, что изохора не пересекает нижнюю пограничную кривую.

В изохорном процессе работа

поэтому подведенная теплота расходуется (в соответствии с первым законом термодинамики ) на увеличение внутренней энергии пара:

Изобарный процесс (рис. 4.10).

При подводе теплоты к влажному насыщенномy пару его степень сухости увеличится и он (при постоянной в этой области температуре) переходит в сухой, а при дальнейшем подводе теплоты — в перегретый пар (температура пара при этом растет). При отводе теплоты влажный пар конденсируется при T_s = const. Полученная в процессе теплота рав-разности энтальпий:

Работа процесса подсчитывается по формуле

Рис. 4.11. Изотермический процесс водяного пара на Т –s -диаграмме

Изотермный процесс (рис. 4.11). Внутренняя энергия водяного пара в процессе Т = const не остается постоянной (как у идеального газа), так как изменяется ее потенциальная составляющая.

Количество полученной в изотермическом процессе теплоты равно

Работа расширения определяется из первого закона термодинамики:

l = q — Δu (4.37)

Величина Δu находится по формуле

Рис. 4.12. Адиабатный процесс водяного пара на Т – s - диаграмме

Адиабатный процесс (рис. 4.12).

При адиабатном расширении давление и температура пара уменьшаются и перегретый пар становится сначала сухим, а затем влажным.

Работа адиабатного процесса определяется выражением

В области перегретого пара k = 1.3, в области влажного пара, включая верхнюю и нижнюю пограничные кривые k = 1,035+0,1 х.

12 влажный воздух: область применения, абсолютная и относительная влажность, влагосодержание, точки росы, id- диаграмма

Величина, характеризующая содержание водяных паров в различных частях атмосферы называется влажностью воздуха.

Абсолютная влажность измеряют плотность водяного пара P_а, находящегося в воздухе, или его давлением P (количественная оценка влажности).

Относительная влажность – выраженное в процентах отношение абсолютной влажности к давлению насыщенного пара при данной температуре.

Точка росы – температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становиться насыщенным. Точка росы определяется гигрометром, психрометром.

В закрытом сосуде жидкость и ее пар могут находиться в состоянии динамического равновесия, когда число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул, возвращающихся в жидкость из пара, т. е. когда скорости процессов испарения и конденсации одинаковы. Такую систему называют двухфазной. Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.Число молекул, вылетающих с единицы площади поверхности жидкости за одну секунду, зависит от температуры жидкости. Число молекул, возвращающихся из пара в жидкость, зависит от концентрации молекул пара и от средней скорости их теплового движения, которая определяется температурой пара. Отсюда следует, что для данного вещества концентрация молекул пара при равновесии жидкости и ее пара определяется их равновесной температурой. Установление динамического равновесия между процессами испарения и конденсации при повышении температуры происходит при более высоких концентрациях молекул пара. Так как давление газа (пара) определяется его концентрацией и температурой, то можно сделать вывод: давление насыщенного пара p₀ данного вещества зависит только от его температуры и не зависит от объема. Поэтому изотермы реальных газов на плоскости (p, V) содержат горизонтальные участки, соответствующие двухфазной системе (рис. ).

При повышении температуры давление насыщенного пара и его плотность возрастают, а плотность жидкости уменьшается из-за теплового расширения. При температуре, равной критической температуре T_кр для данного вещества, плотности пара и жидкости становятся одинаковыми. При T > T_кр исчезают физические различия между жидкостью и ее насыщенным паром.

Если изотермически сжимать ненасыщенный пар при T 6 –10 7 ) Па), а его температура выше некоторого определенного для каждого вещества значения. К насыщенному пару также можно приближенно применять законы идеального газа при условии, что для каждой температуры T давление p₀ насыщенного пара определяется по кривой равновесия p₀(T) для данного вещества.

Давление p₀ насыщенного пара очень быстро возрастает с ростом температуры T. Зависимость p₀(T) нельзя получить из законов идеального газа. Давление газа при постоянной концентрации молекул растет прямо пропорционально температуре. В насыщенном паре при повышении температуры возрастает не только средняя кинетическая энергия движения молекул, но и их концентрация. Поэтому давление насыщенного пара при повышении температуры возрастает быстрее, чем давление идеального газа при постоянной концентрации молекул.

Испарение может происходить не только с поверхности, но и в объеме жидкости. В жидкости всегда имеются мельчайшие пузырьки газа. Если давление насыщенного пара жидкости равно внешнему давлению (т. е. давлению газа в пузырьках) или превышает его, жидкость будет испаряться внутрь пузырьков. Пузырьки, наполненные паром, расширяются и всплывают на поверхность. Этот процесс называется кипением. Таким образом, кипение жидкости начинается при такой температуре, при которой давление ее насыщенных паров становится равным внешнему давлению.

В частности, при нормальном атмосферном давлении вода кипит при температуре 100 °С. Это значит, что при такой температуре давление насыщенных паров воды равно 1 атм. При подъеме в горы атмосферное давление уменьшается, и поэтому температура кипения воды понижается (приблизительно на 1 °С на каждые 300 метров высоты). На высоте 7 км давление составляет примерно 0,4 атм, и температура кипения понижается до 70 °С.

В герметически закрытом сосуде жидкость кипеть не может, т. к. при каждом значении температуры устанавливается равновесие между жидкостью и ее насыщенным паром. По кривой равновесия p₀(T) можно определять температуры кипения жидкости при различных давлениях.

Изображенная на рис. картина изотерм реального газа описывает процессы испарения и конденсации, т. е. фазовый переход между газообразной и жидкой фазами вещества. На самом деле эта картина является неполной, т. к. из газообразного и жидкого состояний любое вещество может перейти в твердое состояние. При заданной температуре T термодинамическое равновесие между двумя фазами одного и того же вещества возможно лишь при определенном значении давления в системе. Зависимость равновесного давления от температуры называется кривой фазового равновесия. Примером может служить кривая равновесия p₀(T) насыщенного пара и жидкости. Если кривые равновесия между различными фазами данного вещества построить на плоскости (p, T), то они разбивают эту плоскость на отдельные области, в которых вещество существует в однородном агрегатном состоянии – твердом, жидком или газообразном (рис. ). Изображенные в координатной системе (p, T) кривые равновесия называются фазовой диаграммой.

. Типичная фазовая диаграмма вещества. K – критическая точка, T – тройная точка. Область I – твердое тело, область II – жидкость, область III – газообразное вещество.

Кривая OT, соответствующая равновесию между твердой и газообразной фазами, называется кривой сублимации. Кривая TK равновесия между жидкостью и паром называется кривой испарения, она обрывается в критической точке K. Кривая TM равновесия между твердым телом и жидкостью называется кривой плавления.

Кривые равновесия сходятся в точке T, в которой могут сосуществовать в равновесии все три фазы. Эта точка называется тройной точкой.

Термодинамическая система, обменивающаяся с окружающей средой веществом, называется открытой. Такие системы широко встречаются в технических устройствах. Примером может служить движение газов и паров в элементах паровых и газовых турбин, магистральных газопроводах, воздуховодах, нагревателях, струйных аппаратах и т. д. При анализе термодинамики потока принимают следующие допущения: поток одномерный; термодинамические параметры и скорость постоянны по всему сечению потока (т. е. рассматриваются их усредненные значения по сечению); поток стационарный, т. е. в любом сечении все величины, характеризующие течение, остаются постоянными во времени, поток является сплошным. Последнее предположение означает, что через любое сечение канала А в единицу времени проходит одно и тоже массовое количество вещества m, кг / с:

m = A·w·ρ = A· w/v = const, (8.1)

где А – поперечное сечение канала, по которому движется поток, м 2 ; w – скорость потока, м/с; ρ – плотность вещества, кг/м 3 ; v – удельный объем вещества, м 3 /кг.

Это уравнение называется уравнением сплошности или уравнением неразрывности.

В задачу термодинамического анализа процессов, происходящих в потоке, входит выявление зависимостей между различными механическими и термодинамическими величинами, в частности, взаимосвязи между изменением параметров потока р, v, T и скоростью движения рабочего тела как целого w.

Вид этой связи будет зависеть от характера внешних воздействий на поток. К внешним воздействиям на поток, которые будут нами рассматриваться, относятся:

а) геометрическое воздействие, при котором течение происходит в канале переменного сечения;

б) тепловое воздействие, при котором течение сопровождается
подводом или отводом теплоты q;

в) механическое воздействие, при котором течение сопровождается отдачей или затратой технической работы l_Т.

Рассмотрим поток газа через канал произвольной формы (рисунок 8.1), к которому в общем случае подводится теплота q и техническая работа l_Т отводится от внешнего объекта или подводится к нему (случай подвижного канала).

Допущения об обратимости процесса течения газов и паров дают возможность применить к потоку через канал основные термодинамические соотношения. Уравнение первого закона термодинамики запишется в этом случае так же, как и для процесса без видимого движения газа:

где l – работа, совершаемая потоком газа или пара (при отсутствии движения газа она целиком состояла из работы, затрачиваемой на преодоление сил внешнего давления).

Рис. 8.1 – Схема потока газа через канал произвольной формы

В случае потока эта работа будет состоять из:

а) работы против сил давления на входе потока в канал и на
выходе из канала l_p, которая называется работой проталкивания;

б) работы, затрачиваемой на изменение внешней кинетической
энергии потока l_w ;

в) работы, затрачиваемой на изменение внешней потенциальной энергии потока l_у;

г) технической работы, которая отбирается от потока (турбинный канал) или подводится к нему (компрессионный канал) l_Т.

Результирующая работа газа против внешних сил (работа проталкивания) равна:

где – секундная работа совершенная над газом при входе его в сечение I; – работа производимая газом при выходе из сечения П.

Работа, затраченная на изменение внешней кинетической и потенциальной энергии 1 кг потока, соответственно вычисляются так:

Тогда аналитическое выражение первого закона термодинамики для потока примет вид:

или в дифференциальной форме:

Если пренебречь изменением внешней потенциальной энергии и учитывая, что du + d(pv) = dh, имеем:

Выражение (8.7) – это первый закон термодинамики для потока. Этот закон утверждает, что теплота, подведенная к потоку рабочего тем от внешнего источника, расходуется на увеличение энтальпии рабочего тела, увеличение кинетической энергии потока и производство технической работы. Если техническая работа отсутствует, то

При адиабатном процессе уравнение принимает вид:

После преобразования, уравнение (8.8) примет вид:

Та часть работы расширения, которая превращается в кинетическую энергию и может быть использована в машинах, называется располагаемой работой l₀:

Располагаемую работу можно определить по формуле:

Для политропного процесса идеальных газов:

Для адиабатного процесса:

Экономика как подсистема общества: Может ли общество развиваться без экономики? Как побороть бедность и добиться.

Группы красителей для волос: В индустрии красоты колористами все красители для волос принято разделять на четыре группы.

В основные задачи анализа термодинамических процессов водяного пара входят нахождение начальных и конечных параметров и функций состояния, определение величин, входящих в уравнение первого закона термодинамики, построение графического изображения процессов в диаграммах.

Изохорный процесс (u = const) 1-2, протекающий целиком в области насыщения, и 3-4, заканчивающийся в зоне перегрева, представлены на рис. 1.8.

а	б	в
Рис. 1.8. Изохорные процессы для водяного пара: а – р-u-диаграмма, б – Т–s-диаграмма; в – h–s-диаграмма

Процессы 1-2 и 3-4 протекают в одинаковом интервале давлений р₁ и р₂. Конфигурация изохор в Т-s- и h-s-диаграммах определяется значениями степени сухости в зависимости от давления в области насыщения и значениями давления в зависимости от температуры в области перегрева.

Изохорные процессы наблюдаются в барабанах паровых котлов и теплообменниках при нагревании или охлаждении заполняющего их теплоносителя, если оборудование отключено от внешних коммуникаций.

Для термодинамических процессов, протекающих в области насыщенного пара, значение энтальпий пара могут быть найдены на h-s-диаграмме или по формуле

h_X = h' + rx, (1.2)

где h' – энтальпия воды; r – скрытая теплота парообразования; х – степень сухости пара.

В процессах, осуществляемых перегретым паром, его энтальпия находится по h-s-диаграмме или по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара.

Изобарный процесс (р = const) для водяного пара является одним из основных процессов, протекающих в котлах электростанций, а также в различных теплообменных аппаратах.

Примеры изобарных процессов, протекающих полностью в области насыщения либо заканчивающихся в зоне перегретого пара, изображены в диаграммах на рис. 1.9 линиями 1-2 и 3-4.

а	б	в
Рис. 1.9. Изобарные процессы для водяного пара: а – р-u-диаграмма, б – Т–s-диаграмма; в – h–s-диаграмма

Теплота, участвующая в изобарных процессах 1–2 и 3–4, может быть определена по Т–s-диаграмме как площадь под кривой процесса или по формулам:

Энтальпии пара в зависимости от его состояния находятся по h–s-диаграмме, таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара или формуле (1.2).

Удельные объемы влажного пара находятся по h–s-диаграмме или формуле

u_Х = (1 – x)u' + xu",

где значения удельных объемов пара на пограничных кривых u', u" принимаются по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара.

Удельные объемы перегретого пара определяются по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара или h-s-диаграмме.

Изотермический процесс (Т = const), происходящий полностью в области насыщенного пара, совпадает с изобарным процессом в зоне насыщения. Изотермический процесс, начинающийся в области насыщения и заканчивающийся в зоне перегрева, изображен в диаграммах на рис. 1.10 линией 1-2.

Количество теплоты, участвующее в изотермическом процессе 1-2, может быть найдено графически, как площадь под кривой в Т-s-диаграмме или по выражению

а	б	в
Рис. 1.10. Изотермические процессы для водяного пара: а – р-u-диаграмма, б – Т–s-диаграмма; в – h–s-диаграмма

Энтропия влажного пара определяется по h-s-диаграмме или формуле

где s' – энтропия кипящей воды; Т_S – температура насыщенного пара при данном давлении.

Энтропия перегретого пара находится по h-s-диаграмме или по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара.

Адиабатный процесс (dq = 0). Примеры изображения адиабатных процессов водяного пара в диаграммах приведены на рис. 1.11.

Адиабата 1-2 полностью расположена в области влажного пара, а адиабата 3-4 начинается в области перегретого пара и заканчивается в зоне насыщения.

Уравнение адиабаты водяного пара описывается зависимостью

рu К = const,

где к – показатель адиабаты ( к = 1,135 - влажный насыщенный пар, к = 1,3 – перегретый пар).

а	б	в
Рис. 1.11. Адиабатные процессы для водяного пара: а – р-u-диаграмма, б – Т–s-диаграмма; в – h–s-диаграмма

Работа адиабатного процесса равна

Контрольные вопросы

1. Покажите, как изображается в Т-s-диаграмме энтальпия кипящей воды, сухого насыщенного пара и перегретого пара.

3. Как могут быть вычислены параметры в области влажного пара?

4 . Приведите определения следующих процессов и понятий: парообразование, конденсация, испарение, кипение, влажный и сухой насыщенный пар, перегретый пар.

5. За счет чего происходит изменение в изотермическом процессе водяного пара и как его подсчитать при заданных начальных и конечных параметрах р, u, h.

6. Как могут быть графически построены линии постоянной сухости в р-u-, Т-s- и h-s-диаграммах?

7. Покажите с помощью Т-s-диаграммы, как будет меняться влажность пара в адиабатных процессах сжатия, если в первом случае процесс протекает при значении энтропии меньше критического, а во втором – больше критического.

8. Изобразите на диаграммах р-u, Т-s и h-s изохорный и изотермический процессы превращения влажного насыщенного водяного пара в перегретый. Дайте краткие пояснения.

9. Изобразите р-u-диаграмму для воды и перегретого пара и покажите, как в этой диаграмме изображаются характерные линии. Поясните, на какие области можно разделить р-u-диаграмму. Какие состояния откладываются на нижней и верхней пограничных кривых? Что такое степень сухости и влажность пара?

а	б	в
Рис. 1.8. Изохорные процессы для водяного пара: а – р-u-диаграмма, б – Т–s-диаграмма; в – h–s-диаграмма

h_X = h' + rx, (1.2)

где h' – энтальпия воды; r – скрытая теплота парообразования; х – степень сухости пара.

а	б	в
Рис. 1.9. Изобарные процессы для водяного пара: а – р-u-диаграмма, б – Т–s-диаграмма; в – h–s-диаграмма

Удельные объемы влажного пара находятся по h–s-диаграмме или формуле

u_Х = (1 – x)u' + xu",

а	б	в
Рис. 1.10. Изотермические процессы для водяного пара: а – р-u-диаграмма, б – Т–s-диаграмма; в – h–s-диаграмма

Энтропия влажного пара определяется по h-s-диаграмме или формуле

где s' – энтропия кипящей воды; Т_S – температура насыщенного пара при данном давлении.

Уравнение адиабаты водяного пара описывается зависимостью

рu К = const,

где к – показатель адиабаты ( к = 1,135 - влажный насыщенный пар, к = 1,3 – перегретый пар).

а	б	в
Рис. 1.11. Адиабатные процессы для водяного пара: а – р-u-диаграмма, б – Т–s-диаграмма; в – h–s-диаграмма

Работа адиабатного процесса равна

Контрольные вопросы

3. Как могут быть вычислены параметры в области влажного пара?

6. Как могут быть графически построены линии постоянной сухости в р-u-, Т-s- и h-s-диаграммах?

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы являются частными случаями политропного процесса.

При исследовании термодинамических процессов определяют:

уравнение процесса в p—v иT—s координатах;
связь между параметрами состояния газа;
изменение внутренней энергии;
величину внешней работы;
количество подведенной теплоты на осуществление процесса или количество отведенной теплоты.

Изохорный процесс

При изохорном процессе выполняется условие v = const.

Из уравнения состояния идеального газа (pv = RT) следует:

т. е. давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре:

Работа расширения в изохорном процессе равна нулю (l = 0), так как объем рабочего тела не меняется (Δv = const).

Количество теплоты, подведенной к рабочему телу в процессе 1-2 при c_v = const определяется по формуле:

Т. к.l = 0, то на основании первого закона термодинамики Δu = q, а значит изменение внутренней энергии можно определить по формуле:

Изменение энтропии в изохорном процессе определяется по формуле:

Изобарный процесс

Изобарным называется процесс, протекающий при постоянном давлении p = const. Из уравнения состояния идеального газа слуедует:

т. е. в изобарном процессе объем газа пропорционален его абсолютной температуре.

Работа будет равна:

Количество теплоты при c_p = const определяется по формуле:

Изменение энтропии будет равно:

Изотермический процесс

При изотермическом процессе температура рабочего тела остается постоянной T = const, следовательно:

т. е. давление и объем обратно пропорциональны друг другу, так что при изотермическом сжатии давление газа возрастает, а при расширении – снижается.

Работа процесса будет равна:

Так как температура остается неизменной, то и внутренняя энергия идеального газа в изотермическом процессе остается постоянной (Δu = 0) и вся подводимая к рабочему телу теплота полностью превращается в работу расширения:

При изотермическом сжатии от рабочего тела отводится теплота в количестве, равном затраченной на сжатие работе.

Изменение энтропии равно:

Адиабатный процесс

Адиабатным называется процесс изменения состояния газа, который происзодит без теплообмена с окружающей средой. Так как dq = 0, то уравнение первого закона термодинамики для адиабатного процесса будет иметь вид:

В адиабатном процессе работа расширения совершается только за счет расходования внутренней энергии газа, а при сжатии, происходящем за счет действия внешних сил, вся совершаемая ими работа идет на увеличение внутренней энергии газа.

Обозначим теплоемкость в адиабатном процессе через c_ад, и условие dq = 0 выразим следующим образом:

Это условие говорит о том, что теплоемкость в адиабатном процессе равна нулю (c_ад = 0).

и уравнение кривой адиабатного процесса (адиабаты) в p, v-диаграмме имеет вид:

В этом выражении k носит название показателя адиабаты (так же ее называют коэффициентом Пуассона).

Из предыдущих формул следует:

Техническая работа адиабатного процесса (l_техн) равна разности энтальпий начала и конца процесса (i₁ – i₂).

Адиабатный процесс, происходящий без внутреннего трения в рабочем теле, называется изоэнтропийным. В T, s-диаграмме он изображается вертикальной линией.

Обычно реальные адиабатные процессы протекают при наличии внутреннего трения в рабочем теле, в результате чего всегда выделяется теплота, которая сообщается самому рабочему телу. В таком случае ds > 0, и процесс называется реальным адиабатным процессом.

Политропный процесс

Политропным называется процесс, который описывается уравнением:

Показатель политропы n может принимать любые значения в пределах от -∞ до +∞, но для данного процесса он является постоянной величиной.

Из уравнения политропного процесса и уравнения Клайперона можно получить выражение, устанавливающее связь между p, vи Tв любых двух точках на политропе:

Работа расширения газа в политропном процессе равна:

В случае идеального газа эту формулу можно преобразовать:

Количество подведенной или отведенной в процессе теплоты определяется с помощью первого закона термодинамики:

представляет собой теплоемкость идеального газа в политропном процессе.

При c_v, k и n = const c_n = const, поэтому политропный процесс иногда определят как процесс с постоянной теплоемкостью.

Политропный процесс имеет обобщающее значение, ибо охватывает всю совокупность основных термодинамических процессов.

Графическое представление политропа в p, v координатах в зависимости от показателя политропа n.

pv 0 = const (n = 0) – изобара;

pv = const (n = 1) – изотерма;

p 0 v = const, p 1/∞ v = const, pv ∞ = const – изохора;

n > 0 – гиперболические кривые,

Изохорный процесс. В изохорном процессе при подводе теплоты к влажному пару увеличиваются его давление и температура. При v — const степень сухости с уменьшением темпера-_v туры может как убывать, так и возрастать. Если начальное состояние вещества находится вблизи кривой х — О, то с уменьшением температуры при v — const степень сухости увеличивается. Если начальное состояние вещества находится вблизи кривой к = 1, то с уменьшением температуры при v = const степень сухости уменьшается.

В изохорном процессе внешняя работа равна нулю. Подведенная теплота расходуется на изменение внутренней энергии рабочего тела:

Если удельный объем и процесса меньше объема сухого насыщенного пара v" конечного состояния о v", то пар будет перегретым.

Степень сухости влажного пара можно определить по формуле

откуда

(12-6)

На рv-диаграмме изохорный процесс изображается отрезком прямой, параллельной оси ординат (рис. 12-1, а), на Ts-диаграмме, процесс изображается кривой линией (рис. 12-1, б). В области влажного пара изохора направлена выпуклостью вверх, а в области перегретого пара — вниз. На is-диаграмме изохора изображается кривой, направленной выпуклостью вниз (рис. 12-1, в).

Изобарный процесс. На is-диаграмме изобара в области насыщенного пара представляется прямой линией, пересекающей нижнюю, и верхнюю пограничные кривые. При подводе теплоты к влажному пару степень сухости его увеличивается и он (при постоянной температуре) переходит в сухой, а при дальнейшем подводе теплоты в перегретый пар. Изобара в области перегретого пара представляет собой кривую, направленную выпуклостью вниз (рис. 12-2, а).

На рv-диаграмме изобарный процесс изображается отрезком горизонтальной прямой, который в области влажного пара представляет собой и изотермический процесс одновременно (рис. 12-2, б). На Ts-диаграмме в области влажного пара изобара изображается прямой линией, а в области перегретого пара — кривой, обращенной выпуклостью вниз (рис. 12-2, в). Значения всех необходимых величин для расчета берутся из таблиц насыщенных и перегретых паров.

Изменение внутренней энергии пара

количество подведенной теплоты

В том случае, когда величина q задана и требуется найти параметры второй точки, лежащей в области двухфазных состояний, применяется формула для энтальпии влажного пара

(12-7)

откуда находится степень сухости x₂, зная которую можно легко найти остальные параметры.

Изотермический процесс. На is-диаграмме в области влажного пара изотерма совпадает с изобарой и является прямой наклонной линией. В области перегретого пара изотерма изображаетёя кривой с выпуклостью вверх (рис. 12-3, а).

На рv-диаграмме в области влажного пара изотермический процесс изображается горизонтальной прямой. Для насыщенного пара

этот процесс совпадает с изобарным. В области перегрева давление пара понижается, а процесс изображается кривой с выпуклостью к осп абсцисс (рис. 12-3, б). На Ts-диаграмме изотермический процесс изображается отрезком горизонтали (рис. 12-3, в).

Внутренняя энергия водяного пара в отличие от внутренней энергии идеального газа изменяется вследствие изменения потенциальной составляющей и поэтому

Количество подведенной теплоты в процессе равно

Внешняя работа определяется как

Адиабатный процесс. Адиабатный процесс совершается без подвода и отвода теплоты, и энтропия рабочего тела при обратимом процессе остается постоянной величиной - s = const. Поэтому на is- и Ts-диаграммах адиабаты изображаются вертикальными прямыми (рис. 12-4, а, 12-4, б). При адиабатном расширении давление и температура пара уменьшаются; перегретый пар переходит в сухой, а затем во влажный. Из условий постоянства энтропии возможно определение конечных параметров пара, если известны параметры начального и один параметр конечного состояний.

На рv-диаграмме обратимый адиабатный процесс изображается некоторой кривой (рис. 12-4, в).

Работа в адиабатном процессе определяется из уравнения

3. Термодинамика процессов истечения (теория процесса, представление процесса на P-V и T-S диаграммах, уравнение wdw=-vdp и его физический смысл, теоретическая скорость истечения и массовый расход, принцип действия сопел, диффузоров и эжектирующих устройств)

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.004)

Читайте также: