Техническая термодинамика часть 1 Программа дисциплины




НазваниеТехническая термодинамика часть 1 Программа дисциплины
страница4/5
Дата конвертации14.12.2012
Размер0.7 Mb.
ТипПрограмма дисциплины
1   2   3   4   5

Теоретические основы к задаче № 3


Фазовые состояния воды


На рис. 2.3, 2.4, 2.5 приведены фазовые диаграммы Р,v, T,s и h,s для воды и водяного пара. На диаграммах изображены нижняя пограничная кривая х = 0 (жидкость на линии насыщения или кипящая жидкость) и верхняя пограничная кривая х = 1 (сухой насыщенный пар), где х – степень сухости пара. Пограничные кривые разделяют на диаграммах область жидкости (левее х = 0), влажного насыщенного пара (между х = 0 и х = 1) и перегретого пара (правее х = 1). Нижняя и верхняя пограничные кривые сливаются в точке К, которая называется критической точкой. Выше критической точки не существует видимой границы фазового перехода жидкости в пар.




Рис. 2.3. Фазовая Р,v – диаграмма воды и водяного пара




Рис. 2.4. Фазовая T,s – диаграмма воды и водяного пара





Рис. 2.5. Фазовая h,s – диаграмма воды и водяного пара


Для воды параметры критической точки:

  • критическое давление Ркр = 22,115 МПа;

  • критическая температура tкр = 374,12 оС;

  • критический объем vкр = 0,003147 м3/кг;

  • критическая энтальпия hкр = 2095,2 кДж/кг;

  • критическая энтропия sкр = 4,4237 кДж/(кг×К).

На диаграммах нанесены изобары (Р = const) при Р < Ркр, Р = Ркр и
Р > Ркр, изохора (v = const), изотермы (t = const) при t < t кр, t = t кр и
t > t кр, адиабата (s = const) и линия постоянной степени сухости
(х = const). Следует обратить внимание на то, что в области влажного насыщенного пара изобара совпадает с изотермой насыщения (Р  t н), а изобара при Р > Ркр и изотерма при t > t кр не пересекают пограничных кривых.

На изобаре произвольного давления Р < Ркр нанесены точки, соответствующие различным фазовым состояниям воды (рис. 2.3, 2.4, 2.5):

а — состояние жидкости при температуре ниже температуры насыщения (кипения) (t < tн);

б — жидкость в состоянии насыщения (кипения) при заданном давлении (t = tн);

е — влажный насыщенный пар при температуре насыщения (t = tн);

в — сухой насыщенный пар при температуре насыщения t = tн;

г — перегретый пар при t > tн при заданном давлении.


Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара


Для определения параметров состояния воды и водяного пара служат таблицы термодинамических (теплофизических) свойств воды и водяного пара [9]. Современные таблицы составлены с использованием Международной системы единиц СИ. В таблицах приняты следующие обозначения физических величин и их размерности:

Р – давление, Па:

1 МПа = 103 кПа = 106 Па = 10 бар;

Т – температура, К: Т = t + 273,15;

t – температура, оС;

v – удельный объем, м3/кг;

h – удельная энтальпия, кДж/кг;

s – удельная энтропия, кДж/(кг×К).

В табл. 1 и табл. 2 [9] даны параметры воды и пара в состоянии насыщения, причем в табл. 1 в качестве определяющего параметра выступает температура, а в табл. 2 — давление.

В термодинамических расчетах принято параметры (кроме Р и t) обозначать для жидкости при температуре насыщения (кипения) индексом "штрих" (v', h', s'), а для сухого насыщенного пара индексом "два штриха" (v'', h'', s''). В табл. 1 и табл. 2 [9] приведены также значения удельной теплоты парообразования r = h'' – h' и разности энтальпий в состоянии насыщения s'' – s'.

Для влажного насыщенного пара (степень сухости 0< x < 1) параметры пара рассчитываются по формулам:

vx = v' + x (v'' – v');

hx = h' + x (h'' – h') = h' + x×r;

sx = s' + x (s'' – s').

Причем, v' < vx < v''; h' < hx < h''; s' < sx < s''.

Для жидкости при t < tн и для перегретого пара при t > tн параметры воды и пара находятся по табл. 3 [9].

При Р £ Ркр = 22,115 МПа табл. 3 поделена горизонтальной линией на две части: верхняя — для области жидкости; нижняя — для перегретого пара. Граница раздела этих областей проходит при t = tн.

При Р > Ркр нет видимого фазового перехода воды в пар и вещество остается однородным (жидкость или пар). Условная граница между жидкостью и паром в этом случае может приниматься по критической изотерме.

Внутренняя энергия для воды и водяного пара в таблицах не приводится, она определяется по формуле:

u = h – Р×v.

Если u и h имеют размерность кДж/кг, то давление должно быть выражено в кПа, а удельный объем в м3/кг.


Диаграмма h,s водяного пара


Диаграмма h,s (энтальпия – энтропия) находит широкое применение при расчетах паровых процессов и циклов теплоэнергетических установок.

Для практических целей диаграмма h,s выполняется не для всех фазовых областей воды (как это показано на рис. 2.5), а только для ограниченной области водяного пара (рис. 2.6).

На рабочей диаграмме h,s (рис. 2.6) наносится густая сетка изобар, изохор, изотерм и линий постоянной степени сухости х. Как уже отмечалось, в области влажного насыщенного пара изотерма совпадает с изобарой, причем геометрически это прямые линии. Чем выше давление, тем изобара круче и ближе к оси ординат.


Расчет процессов водяного пара


Расчету на практике подлежат четыре основных термодинамических процесса изменения состояния воды и водяного пара: изобарный
(Р = const), изохорный (v = const), изотермический (Т = const), адиабатный (dq = 0).

Изображение указанных процессов в диаграммах Р,v, T,s и h,s показано на рис. 2.3, 2.4, 2.5.

Определение параметров воды и водяного пара проводится по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара или по h,s – диаграмме [9].

В табл. 2.12 приведены расчетные формулы для определения количества теплоты, работы изменения объема и изменения внутренней энергии для основных термодинамических процессов.




Рис. 2.6. Рабочая диаграмма h,s- для водяного пара


Таблица 2.12

Расчетные формулы основных термодинамических процессов

водяного пара

Процесс

q,

кДж/кг

l,

кДж/кг

Du,

кДж/кг

Р = const

h2 – h1

P (v2 – v1)

h2 – h1 – P (v2 – v1)

v = const

u2 – u1

0

h2 – h1 – v (P2 – P1)

Т = const

T (s2 – s1)

q – Du

h2 – h1 – (P2 v2 – P1 v1)

dq = 0

0

u1 – u2

h2 – h1 – (P2 v2 – P1 v1)



2.4. КОНТРОЛЬНАЯ ЗАДАЧА № 4


Рассчитайте процесс атмосферного влажного воздуха для сушильной установки.

Влажный воздух при Р = 745 мм рт. ст. с заданными начальными параметрами (табл. 2.13) подогревается в калорифере при постоянном давлении до температуры t2 и поступает в сушильную камеру для сушки материала. Воздух в процессе сушки увлажняется и выходит из сушильной камеры с параметрами, указанными в табл. 2.13.

Принять, что в установке тепловые потери в окружающую среду отсутствуют, а значения температур воздуха и материала в начале процесса сушки одинаковы.


Объем задания:


1. Определить параметры влажного воздуха в трех характерных точках процесса: на входе в калорифер, на входе и выходе из сушильной камеры:

а) температуру влажного воздуха t, оС;

б) парциальное давление водяного пара во влажном воздухе Рп, кПа;

в) абсолютную влажность воздуха rп, кг/м3;

г) относительную влажность воздуха j, %;

д) влагосодержание d, г/кг с.в;

е) энтальпию Н, кДж/кг с.в;

ж) температуру точки росы tр, оС.


2. Определить количественные характеристики процесса:

а) изменение влагосодержания воздуха в процессе на 1 кг с.в;

б) количество сухого воздуха необходимое для испарения 1 кг влаги;

в) расход теплоты в подогревателе (калорифере) на 1 кг сухого воздуха;

г) расход теплоты на 1 кг испаренной влаги.


3. Изобразить процесс в Н,d диаграмме без соблюдения масштаба, но в соответствии с заданными условиями.


Исходные данные для расчета принять по табл. 2.13.


Таблица 2.13

Исходные данные к задаче № 4

Вариант задания для индекса N1 берется по последней цифре шифра студента, а для индекса N2 — по предпоследней цифре шифра.



N1

N2




t1,

oC

Pп1,

мм рт. ст

j1,

%

tс1,

oC

tм1,

oC

tр1,

oC

t2,

oC

t 3,

oC

j3,

%

0







60







14

60

30




1

30

15













72




70

2










28

20




80

40




3




17

50










67




50

4

28













15

80

45




5










27

15




77




65

6

30




40










65

35




7










30

18




70




60

8

35

12













75

40




9

20




45










62




55

В табл. 2.13 даны следующие величины:

t1, – температуры воздуха на входе в калорифер, оС;

t2, – температура воздуха на выходе из калорифера, оС;

t3 – температура воздуха на выходе из сушильной камеры, оС;

Рп1 – парциальное давление водяного пара во влажном воздухе
(мм рт. ст) на входе в калорифер;

j1 – относительная влажность воздуха на входе в калорифер;

j3 – относительная влажность воздуха на выходе из сушильной камеры;

tс1, tм1 – показания психрометра по сухому и мокрому термометрам для воздуха, поступающего в калорифер;

tр1 – температура точки росы для воздуха, поступающего в калорифер.

Основные теоретические положения к задаче № 4


Влажный воздух представляет собой смесь сухого воздуха и водяного пара.

Влажный воздух называют ненасыщенным, если водяной пар находится в нем в перегретом состоянии, и насыщенным, если водяной пар в воздухе сухой насыщенный. Бывает пересыщенный влажный воздух, когда в нем кроме водяного пара присутствует капельная влага.

Состояние влажного воздуха характеризуется абсолютной влажностью, относительной влажностью и влагосодержанием.

Абсолютной влажностью воздуха называется массовое количество водяного пара в 1 м3 влажного воздуха (rп, кг/м3). Численное значение абсолютной влажности воздуха равно плотности водяного пара, содержащегося в воздухе, т.е. r = 1/v, где v = f (Рп, t).

Относительная влажность воздуха (j) есть отношение абсолютной влажности воздуха (rп) к максимально возможной влажности при той же температуре, равной абсолютной влажности насыщенного воздуха
r" = 1/v", где v" = f (t = tн):

,

где Рн – парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре влажного воздуха.

Температуру, при которой достигается состояние насыщения водяного пара при заданном парциальном давлении, называют температурой точки росы tр = tн = f(Pп). Снижение температуры ниже этой температуры приведет к образованию капельной влаги во влажном воздухе.

Влагосодержание пара определяется отношением массы пара к массе сухого воздуха:

,

где Р – общее (атмосферное) давление влажного воздуха определяется суммой парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара:

.

Энтальпия влажного воздуха рассчитывается на 1 кг сухого воздуха и при размерности кДж/кг с.в имеет выражение

,

где dп, dж – влагосодержание пара и жидкости (воды) в г/кг с.в;

t = ср с.в (t – 0) – энтальпия сухого воздуха при ср с.в = 1 кДж/(кг×К);

hп = (2501 + 1,93t) – энтальпия пара, где rо = 2501 кДж/кг – удельная теплота парообразования при 0 оС и ср п = 1,93 кДж/(кг×К) – изобарная теплоемкость пара;

hж = 4,187t – энтальпия воды, где ср ж = 4,187 кДж/(кг×К) – изобарная теплоемкость воды.

Для ненасыщенного влажного воздуха (жидкая фаза отсутствует) его энтальпия будет рассчитываться по формуле



Для определения величин, характеризующих состояние влажного атмосферного воздуха, используются таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара [9] и диаграмма Н,d влажного воздуха.

Диаграмма Н,d позволяет графически определить основные параметры атмосферного влажного воздуха и изобразить его основные процессы.

На рис. 2.7 приведена диаграмма Н,d влажного воздуха, в которой ось абсцисс — влагосодержание d, г/кг с.в, ось ординат — энтальпия Н, кДж/кг с.в. Все линии Н,d– диаграммы построены по расчетному выражению энтальпии Н атмосферного воздуха.

Для увеличения области ненасыщенного влажного воздуха диаграмма Н,d строится в косоугольной системе координат с осями под углом 135о.

Линия j = 100 % соответствует насыщенному влажному воздуху, выше которой расположена область ненасыщенного влажного воздуха, а ниже — область пересыщенного влажного воздуха (область тумана).

Линии Н = const — прямые под углом 135о к оси ординат.

Изотермы — прямые линии, причем с повышением температуры увеличивается угол наклона изотермы (но очень незначительно).

На диаграмме нанесены изотермы мокрого термометра психрометра (пунктирные прямые). При j = 100 % tм = tс.в. Продолжение пунктирных линий ниже j = 100 % будет соответствовать изотермам в области тумана.

В нижней части диаграммы построена зависимость парциального давления водяного пара от влагосодержания пара Рп = f (dп). Эта зависимость дана в прямоугольной системе координат.

На рис. 2.8 в диаграмме Н,d показаны основные процессы влажного атмосферного воздуха.





Рис.2.7. Н,d– диаграмма влажного атмосферного воздуха

при Р = 745 мм.рт.ст





Рис. 2.8. Основные процессы влажного атмосферного воздуха
в Н,d – диаграмме.

Процесс нагрева 1–2 при d = const. Количество водяного пара в воздухе остается неизменным, энтальпия и температура возрастают, а относительная влажность уменьшается j2 < j1. При нагреве воздуха затрачивается теплота

q = Н2 – Н1, кДж/кг с.в,

а потенциальная возможность воздуха по забору в себя водяного пара (испарению влаги) возрастает.

Процесс сушки 2–3 при отсутствии теплообмена воздуха с внешней средой и одинаковых температурах воздуха и содержащего влагу материала в начале процесса сушки (точка 2) протекает при постоянной энтальпии Н2 = const. Это обусловлено тем, что теплота воздуха, идущая на испарение влаги из материала по закону сохранения энергии возвращается в воздух с испаренной влагой. При этом температура воздуха уменьшается, влагосодержание пара возрастает, а энтальпия воздуха остается постоянной.

Количество испаренной влаги одним кг сухого воздуха определяется как

Dd = d3 – d2, г/кг с.в,

расход сухого воздуха и теплоты, затраченной на испарение 1 кг влаги определяются выражениями:

Gс.в = 1000/(d3 – d2), кг с.в/ кг исп. влаги,

Q = Gс.в  (Н2 – Н1), кДж/ кг исп. влаги.

Процесс охлаждения 1–4. Это процесс, обратный нагреву. В случае, если он завершается ниже j = 100 % (как на рис. 2.8), из воздуха выпадает капельная влага в количестве

dж = d1 – dн4.

Влагосодержание пара dн4 в точке 4 определяется по точке А на
j = 100 %, т.к. на изотерме t4 максимальное влагосодержание пара (dн4) будет при j = 100 %. По этой же точке А определяется и парциальное давление пара Рп4, оно соответствует давлению насыщения при температуре t4.

Приложение


Таблица 1

Характеристики газов


Химическая формула газа

Молекулярная масса

, кг/кмоль




Атомный вес

элементов газа

Азот N2

28,01




Водород Н — 1,008

Кислород О2

32,00




Кислород О — 16,00

Окись углерода СО

28,01




Азот N — 14,007

Углекислый газ СО2

44,01




Углерод С — 12,01

Метан СН4

16,04




Сера S — 32,06

Аммиак NH3

17,03







Диоксид серы SO2

48,06







Ацетилен С2Н2

26,04







Этилен С2Н4

28,05







Этан С2Н6

30,07









1   2   3   4   5

Похожие:

Техническая термодинамика часть 1 Программа дисциплины iconКарта компетенций дисциплины Техническая термодинамика
Карта компетенций дисциплины Техническая термодинамика базовой части профессионального цикла

Техническая термодинамика часть 1 Программа дисциплины iconТермодинамика учебно
Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельного изучения курса «Техническая термодинамика и теплотехника» ивыполнения...

Техническая термодинамика часть 1 Программа дисциплины iconСписок рекомендуемой литературы по курсу «Техническая термодинамика»
Коновалов В. И. Техническая термодинамика: учеб. / В. И. Коновалов; Федеральное агенство по образованию, гоувпо «Ивановский государственный...

Техническая термодинамика часть 1 Программа дисциплины iconТехническая термодинамика часть 2 Программа дисциплины
Расчет и анализ тепловой экономичности циклов пту предлагается выполнять с последовательным их усложнением: от простого цикла до...

Техническая термодинамика часть 1 Программа дисциплины iconПособие к изучению дисциплины «Термодинамика и теплопередача» и выполнению контрольной работы для студентов 3 курса специальности 160901 «Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей» заочного обучения
Термодинамика и теплопередача” и выполнению контрольной работы издается в соответствии с рабочей программой этой дисциплины учебного...

Техническая термодинамика часть 1 Программа дисциплины iconЛитература по ттд ч. 2 для заочников
Чухин И. М., Техническая термодинамика. Часть, Учеб пособие, игэу, 2008, 228 с. (есть на сайте каф. Тот)

Техническая термодинамика часть 1 Программа дисциплины iconЛитература по курсу ттд ч. 1 заочный факультет
Чухин И. М., Техническая термодинамика. Часть, Учебн пособие, игэу, 2006, 224 с. (есть на сайте каф. Тот)

Техническая термодинамика часть 1 Программа дисциплины iconРабочая программа по дисциплине опд. Ф. 11 «Техническая термодинамика и теплотехника»
Цель преподавания дисциплины: Формирование у студентов комплекса теплотехнических знаний, позволяющих разрабатывать и эксплуатировать...

Техническая термодинамика часть 1 Программа дисциплины iconТеоретические вопросы по курсу "Техническая термодинамика" часть 2
Изобразите обобщенную схему тепловой энергетической установки (тэу) и дайте краткую характеристику назначения каждого элемента этой...

Техническая термодинамика часть 1 Программа дисциплины iconПрограмма дисциплины причинная термодинамика и статфизика
Рабочая программа дисциплины "Причинная термодинамика и статфизика" предназначена для студентов 2 курса магистратуры


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница