Процессы воды и водяного пара

 

Для анализа работы паровых двигателей, теплообменного оборудования, паровых теплотрансформаторов (холодильных машин, тепловых насосов) существенное значение имеют изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы. Расчет этих процессов можно вьшолнить либо с по­мощью таблиц воды и водяного пара, либо с применением h-s- диаграммы. Первый способ более точен, второй - отличается простотой и наглядностью.

Порядок расчета процессов с помощью таблиц воды и водяного пара:

1. Определяется состояние (одно из пяти) воды или водяного пара в на­чальной точке путем сравнения исходных данных с табличными.

2. Определяются параметры в начальной точке.

 

3. Определяется состояние в конечной точке.

4. Определяются параметры конечной точки.

5. Рассчитывается теплота и работа процесса.

6. Дается иллюстрация процесса в р- v-, T-s-, h-s- диаграммах.

При определении состояния в начальной и конечной точках сравнивают исходные параметры с табличными (p_s, t_s, v', v ", h′ , h ", s', s″ ).

Дня перегретого пара:

при данном р: t > t_s, v > v", h> h", s > s″,

при данной t: p< p_s, v > v", h> h", s> s".

Для недогретой воды:

при данном p: t< t_s, v< v′, h< h', s< s';

при данной t: p> p_s, v< v', h< h', s< s'.

Для мокрого napa:

t = t_s, p = p_s, v'< v< v", h'< h< h", s'< s< s".

Для кипящей жидкости:

t=t_s, p = p_s, v=v', h=h', s=s'.

Для сухого насыщенного пара:

t=t_s, p = p_s, v=v″, h=h″, s=s″.

При использовании h-s- диаграммы параметры в начальной и конечной точках определяются из диаграммы, рассчитываются теплота и работа про­цесса. Затем дается изображение процесса во всех диаграммах.

Формулы для расчета теплоты и работы в процессах изменения состоя­ния воды и водяного пара получены на основании соотношений:

q=u₂-u₁, q=h₂-h₁+l,

и приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Процесс	Работа, w	Работа, l	Работа, q
Изохорный	w=0	l=v(p1-p2)	q=u2-u1
Изобарный	w=p(v2-v1)	l=0	q=h2-h1
Изотермический	w=q-(u2-u1)	l=q· (h2-h1)	q=T(s2-s1)
Адиабатный	w=u1-u2	l=h1-h2	q=0

Особенности расчета изменения параметров, теплоты и работы процес­сов водяного пара по сравнению с процессами идеального газа состоят в сле­дующем. Для воды и водяного пара:

- не выполняются связи между параметрами, полученные на основе
уравнения состояния идеального газа;

- не применима молекулярно-кинетическая теория теплоемкости;

- для изотермического процесса w≠ l≠ q, т.к. h = f(p, T),

u = f(v, T), Δ h≠ 0, Δ u≠ 0;

-изменение параметров Δ h, Δ и, Δ s не рассчитывается по формулам через
теплоемкости, а определяется через параметры начальной и конечной точек

Изохорный процесс

 

Дано: р₁ =20 бар, v = 0, 12 м³/кг, р₂ = 3 бар.

Определить: q, w, l.

Расчет процесса с помощью таблиц.

1. При p₁= 20 бар из табл. II [8] находят v" = 0, 09953 м³/кг. Поскольку
v > v'', то начальное состояние - перегретый пар.

Из табл. III определяют параметры h₁ = 2976, 9 кДж/кг, s₁ = 6, 6842 кДж/(кг· К), t₁ -=280 °С. Внутренняя энергия рассчитывается по формуле

= 2976, 9-20· 10² · 0, 12 = 2736, 9 кДж/кг.

2. При р₂ = 3 бар из табл.II находят v'= 0, 001073 м³/кг и v" = 0, 6059
м³/кг. Поскольку v '< v < v ", конечное состояние - мокрый пар. Рассчитывают
степень сухости

энтальпию, энтропию и внутреннюю энергию мокрого пара:

3. Рассчитывают теплоту и работу изохорного процесса:

q =u₂-u₁= 951, 6-2736, 9 = -1785, 3 кДж/кг,

1 = v(р₁-р₂) = 0, 12(20· 10²-3· 10²)=204кДж/кг,

w = 0.

4. Представляют (строят по исходным данным p₁, v, p₂) изохорный про­цесс в диаграммах р - v, T- s, h-s (рис. 5.6 -5.8)

Изобарный процесс

Дано: р = 5 бар, х₁ = 0, t₂ = 180 °С.Определить: q, w, l.Расчет процесса с помощью таблиц.

1. В начальном состоянии рабочее тело - кипящая вода, т.к.x₁ = 0. Из
табл. II при p = 5 бар находят: h₁= h'= 640, 1 кДж/кг, v₁ = v '=0, 001093 м³/кг.

 

Рис. 5.9 Рис. 5.10 Рис.5.11

2. В конечном состоянии известны давление р и температура t₂. Сравни­вают t₂ с температурой насыщения при давлении р: t_s= 151, 8 °С, взятой из
табл. II. Поскольку t₂ > t_s, то конечное состояние - перегретый пар. Из
табл.Ш находят h₂ = 2812, 1 кДж/кг, v₂ = 0, 4046 м³/кг.

3. Рассчитывают теплоту и работу изобарного процесса:

q = h₂-h₁ = 2172 кДж/кг, w =p(v₂- v₁) = 201, 8 кДж/кг, l = 0.

4. Строят изобарный процесс по исходным данным (р, x₁, t₂) в диаграм-
мах р- v, T-s, h-s (рис. 5.9-5.11),

 

Изотермический процесс

 

Дано: р₁ = 10 бар, х₁₌- 0, 9, р₂ = 1 бар. Определить: q, w, I.

Расчет процесса с помощью таблиц

1. Начальное состояние - мокрый пар, т.к. x₁ = 0, 9. Параметры рассчиты­ваются по формулам (5.2-5.4):

h₁ = h″ x + h'(1-x)= 2777 · 0, 9 + (l - 0, 9) · 762, 6 = 2575, 6 кДж / кг,

v₁ =v" x + v'(l-x)=0, 1943· 0, 9+ (1-0, 9)0, 001127 = 0, 175 м^3/кг,

s₁= s" x + s'(1 -x)= 6, 585 · 0, 9 + (l - 0, 9)2, 138 = 6, 14 кДж /(кг· К),

u₁ = h₁ –p₁v₁ = 2575, 6-10· 10²· 0, 175= 2400, 6 кДж/ кг,

 

2. В конечном состоянии известны давление р₂ и температура
t₂ = t₁ = 179, 8 °С. Температура насыщения при давлении р₂ (табл.П) равна
t_s = 99, 63 °С. Поскольку t₂ > t_s, то конечное состояние рабочего тела - перегретый пар. Параметры определяются из табл. III:

v₂ = 2, 078 м³/кг, h₂ = 2835, 7 кДж/кг, s₂ = 7, 7496 кДж/(кг К).

Внутреннюю энергию рассчитывают по формуле

u₂ = h₂- р₂v₂ = 2835, 7-10²2, 078 = 2627, 9 кДж/кг.

3. Определяют теплоту и работу изотермического процесса:

q = T(s₂-s₁) = (179, 8+273) (7, 7496-6, 14) = 728, 8 кДж/кг,

w = q – (и₂ – и₁) = 501, 5 кДж/кг, l = q- (h₂ – h₁) = 468, 7 кДж/кг.

4. Строят изотермический процесс по исходным данным (p₁, x_1, p₂) в
диаграммах p-v, T-s, h -s(pиc. 5.12-5.14)

Адиабатный процесс

 

Дано: р₁ = 50 бар, t₁ = 480 °С, t₂ = 100 °С.

Определить: w, l.

Расчет процесса с помощью таблиц

1. Определяют начальное состояние. При p₁= 50 бар температура насы­щения t₂= 263, 9 °С. Поскольку t₁ > t_s, то рабочее тело является перегретым паром. Из табл. III находят

h₁ = 3367, 2 кДж/кг, v₁ = 0, 06644 м³/кг, s₁ = 6, 9158 кДж/кг· К.

Рассчитывают внутреннюю энергию:

u₁ = h₁-p₁v₁ = 3387, 2 - 50· 10^2· 0, 06644 = 3055 кДж/кг.

2. Определяют конечное состояние путем сравнения энтропии s₂ =s₁= 6, 9158 кДж/(кг К) с s'и s", взятыми из табл. I по температуре t₂ = 100 °С. Поскольку s'< s< s", то конечное состояние рабочего тела - мок­рый пар. Рассчитывают степень сухости и параметры мокрого пара:

х = (s - s')/(s" - s')=(6, 9158 -1, 307)/(7, 356 -1, 307)=0, 796

h₂ = h" x + h'(1 - x) = 2676 · 0, 796 + 419, l(l - 0, 796)=2215, 6 кДж/ кг,

v₂ =v″ x + v'(1-x)= 1, 674 · 0, 796 + 0, 001044(1-0, 796)=1, 3322м³/кг,

u₂ =h₂ -p₂v₂ =2215, 6· 1, 013· 10²-1, 3327 = 2080, 6кДж/кг.

3. Рассчитывают работу адиабатного процесса:

w=u₁-u₂=974, 4 кДж/кг,

l=h₁-h₂=1171, 6кДж/кг

4. Представляют процесс в диаграммах p- v, T- s, h-s (рис. 5.15-5.17).

 

Методические указания

Методика расчета параметров и процессов воды и водяного пара, а так­же других технически важных жидкостей и паров едина.

Особенность ее по сравнению с идеальным газом состоит в том, что в практических расчетах не используется термическое уравнение состояния, ввиду его сложности. Термические и калорические параметры жидкостей и паров определяются с помощью таблиц или диаграмм.

При изучении данной темы необходимо:

• знать структуру таблиц термодинамических свойств воды и водяного
пара и их графическое представление (диаграммы р - v, Т - s, h - s);

· различать 5 состояний, в которых могут находиться вода и водяной
пар, уметь определить состояние в каждом конкретном случае по исходным
данным и найти параметры;

· уметь рассчитать любой процесс с помощью таблиц воды и водяного
пара и дать его графическое представление в диаграммах p - v, Т- s, h- s.

Вопросы и задачи

 

1. Вода в трубах парового котла нагревается при постоянном давлении
р= 100 бар от t₁ = 40 °С до t₂ = 480 °С.

С помощью таблиц воды и водяного пара убедитесь, что начальное со­стояние является недогретой водой, а конечное состояние - перегретым па­ром.

Рассчитайте внутреннюю энергию начального и конечного состояний (u₁, и₂), а также в состояниях кипящей жидкости (u′ ), сухого насыщенного пара (и″ ), мокрого пара (u) при х= 0, 8.

Представьте процесс в p-v, T-s, h-s диаграммах.

2. Можно ли в изохорном процессе недогретую до температуры кипения
воду перевести в мокрый пар?

3. Как изменяется давление в изотермическом процессе перехода:

а) сухого насыщенного пара в перегретый?

б) недогретой воды в кипящую?

4. В каких процессах с водой и водяным паром давление и температура
не изменяются?

5. Можно ли в адиабатном процессе:

а) мокрый пар перевести в состояние недогретой до температуры ки­пения воды?

б) мокрый пар перевести в состояние перегретого пара?

6. Как изменяется степень сухости в процессах адиабатного сжатия мок­рого пара?

5.8. Ответы

1. и₁ = 166, 3 кДж/кг, и₂ = 3006, 5, и '= 1394, 5, и " = 2544, и = 2314.

2. Можно в процессе расширения при v < v_кр.

3. В обоих случаях давление уменьшается.

4. В процессах испарения и конденсации.

5. Можно, если производить адиабатное сжатие:
а) при s < s_кр, б) при s > S_кр.

6. Может увеличиваться и уменьшаться.

 

ТЕРМОДИНАМИКА ПОТОКА

 

Задачей настоящей главы является изучение закономерностей преобра­зования энергии в потоке, профилирование и расчет сопел и диффузоров. Процессы истечения газов и паров из сопел происходят в газо- и паротур­бинных установках, в воздушно-реактивных и ракетных двигателях. Диффу­зоры находят применение в эжекторах, струйных компрессорах.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. A.32.3. Структура аппаратного обеспечения УСАВП
2. Bizz: Допустим, клиент не проверил карман, а там что-то лежит, что может повредит аппарат. Как быть в такой ситуации?
3. I. Основные параметры цунами
4. I. Рабочее тело и параметры его состояния. Основные законы идеального газа.
5. II. «БЕЛКИ — УГЛЕВОДЫ». Никогда не ешьте концентрированный белок и концентрированный углевод в один прием пищи.
6. IV Обсуждение результатов и некоторые выводы
7. VIII Справочный аппарат к описи
8. VIII.ПОНЯТИЙНЫЙ АППАРАТ КУРСОВОЙ РАБОТЫ (ГЛОССАРИЙ)
9. X. Технологические процессы отделочных работ.
10. А. ОБСЛУЖИВАНИЕ РЕАГЕНТНОГО ХОЗЯЙСТВА И УСТАНОВКИ ПО ГИДРАЗИННОЙ ОБРАБОТКЕ ВОДЫ
11. А.20 К сильноточным относятся аппараты , у которых сила тока
12. Абсолютная форма деградации является критерием структурно-оппозиционной сети с параллельно существующим балансом прогрессии.