Закон Дальтона. В инженерной практике часто приходится иметь дело с газообразными веществами, близкими по

свойствам к идеальным газам и представляющими собой механическую смесь отдельных компонентов различных газов, химически не реагирующих между собой. Это так называемые газовые смеси. В качестве примера можно назвать продукты сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания, топках печей и паровых котлов, воздух в сушильных установках и т.д.

Основным законом, определяющим поведение газовой смеси, является закон Дальтона: полное давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений всех входящих в нее компонентов:

(1.8)

Парциальное давление p_i – давление, которое имел бы газ, если бы он один при той же температуре занимал весь объем

смеси.

Способы задания смеси.

Состав газовой смеси может быть задан массовыми, объемными или мольными доля-

ми. Массовой долей называется отношение массы отдельного компонента m_i к массе смеси m:

g_i = m_i/ m. (1.9)

Очевидно, что

Массовые доли часто задаются в

процентах. Например, для сухого воздуха

g_N2 ≈ 77%, g_o2 ≈ 23%.

Термодинамический анализ процессов в компрессорах

Процессы сжатия в идеальном компрессоре. Компрессором называется устройство, предназначенное для сжатия газов.

Принцип действия поршневого компрессора таков (рисунок 5.7): при движении поршня слева направо давление в цилиндре становится меньше давления р₁, и под действием разности этих давлений открывается всасывающий клапан. Цилиндр заполняется газом. Всасывание изображается на индикаторной диаграмме линией 41. При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается, и газ сжимается по линии 12. Давление в цилиндре увеличивается до тех пор, пока не станет больше р₂. Под действием разности этих давлений открывается нагнетательный клапан, и газ выталкивается поршнем в сеть (линия 23). Затем нагнетательный клапан закрывается, и все процессы повторяются. Индикаторную диаграмму не следует смешивать с p, v – диаграммой, которая строится для постоянного количества вещества. В индикаторной диаграмме линии всасывания 41 и нагнетания 23 не изображают термодинамические процессы, так

как состояние рабочего тела в них остается постоянным – меняется только его количество.

Рисунок 5.7. – Индикаторная диаграмма идеального поршневого компрессора.

На сжатие и перемещение килограмма газа затрачивается работа (– l_тех), которую производит двигатель, вращающий вал компрессора. Обозначим ее через l_к (l_к = – l_тех). Из (5.8) следует, что

На индикаторной диаграмме l_к изображается площадью 4321. Техническая работа, затрачиваемая в компрессоре, зависит от характера процесса сжатия. На рисунке 5.8 изображены изотермический (n = l), адиабатный (n = k) и политропный процессы сжатия. Сжатие по изотерме дает наименьшую площадь, т.е. происходит с наименьшей затратой работы, следовательно, применение изотермического сжатия в компрессоре является энергетически наиболее выгодным.

Рисунок 5.8. – Сравнение работы адиабатного, изотермического и политропного сжатия.

Чтобы приблизить процесс сжатия к изотермическому, необходимо отводить от сжимаемого в компрессоре газа теплоту. Это достигается путем охлаждения наружной поверхности цилиндра водой, подаваемой в рубашку, образуемую полыми стенками цилиндра. Однако, практически сжатие газа осуществляется по политропе с показателем п = 1, 18 ÷ 1, 2, поскольку достичь значения п = 1 не удается.

Теоретическая работа на привод идеального компрессора, все процессы в котором обратимы, вычисляется по соотношению (5.24). Из уравнения политропы (4.22) следует, что

и

Если обозначить расход газа в компрессоре через m*, кг/с, то теоретическая мощность привода компрессора определится из уравнения

26) Конвекция (перемешивание) - перенос различно нагретых частей в жидкостях или газах в поле силы тяжести. Посредством конвекции совершается теплообмен путем перемещения материальных частиц. При естественной конвекции перемещение вещества происходит исключительно вследствие различия температур в различных местах среды и вызванного им различия плотностей. Свободная конвекция возникает в поле силы тяжести при неравномерном нагреве (нагреве снизу) текучих веществ.

Свободно конвективные течения возникают вследствие изменений плотности, обусловленных процессами тепло- или массообмена в поле гравитационных сил. Разность плотностей создает выталкивающую силу, под действием которой возникает течение. При охлаждении нагретого тела окружающим воздухом такое течение наблюдается в области, окружающей тело. К естественной конвекции относят также обусловленные выталкивающей силой течения при отводе теплоты в атмосферу или другую окружающую среду, циркуляцию в нагретых помещениях, в атмосфере или водоемах, течения, связанные с выталкивающей силой.

Нагретое вещество под действием Архимедовой силы перемещается относительно менее нагретого вещества в направлении, противоположном направлению силы тяжести.

Конвекция приводит к выравниванию температуры вещества.

При естественной конвекции интенсивность переноса теплоты пропорциональна разности температур DT различных частей среды, коэффициенту объемного расширения DV, напряженности силового поля g (гравитационного или сил инерции).

Многоступенчатое сжатие.

Для получения газа высокого давления применяют многоступенчатые компрессоры (рисунок 5.9), в которых процесс сжатия осуществляется в нескольких последовательно соединенных цилиндрах с промежуточным охлаждением газа после каждого сжатия.

Рисунок 5.9 – Схема многоступенчатого компрессора.

I – III – ступени сжатия; 1, 2 – промежуточные холодильники. Индикаторная диаграмма трехступенчатого компрессора изображена

на рисунке 5.10. В первой ступени компрессора газ сжимается по политропе до давления рII, затем он поступает в промежуточный холодильник 1, где охлаждается до начальной температуры T1. Сопротивление холодильника по воздушному тракту с целью экономии энергии, расходуемой на сжатие, делают небольшим. Это позволяет считать процесс охлаждения газа изобарным. После холодильника газ поступает во вторую ступень и сжимается по политропе до рIII, затем охлаждается до температуры T1 в холодильнике 2 и поступает в цилиндр третьей ступени, где сжимается до давления p2.

 

Детандер (от франц. dé tendre — ослаблять) — устройство, преобразующее потенциальную энергию газа в механическую энергию. При этом газ, совершая работу, охлаждается. Используется в цикле получения жидких газов, таких как воздух и гелий. Наиболее распространены поршневые детандеры и турбодетандеры.

28) Цикл ДВС со сгоранием при V=const

На рисунке изображена индикаторная диа­грамма двигателя, работающего с быстрым сгоранием топлива при постоянном объёме.

При ходе поршня из левого мёртвого поло­жения в крайнее правое через всасывающий клапан засасывается горючая смесь. Этот процесс изображён кривой 0-1, называется линией всасывания, она не является термо­динамическим процессом, т.к. в нём основ­ные параметры не изменяются, а изменя­ются только масса и объём смеси в цилин­дре. При обратном движении поршня вса­сывающий клапан закрывается, происходит сжатие горючей смеси. Изображается кри­вой 1-2, называется линией сжатия. В точке 2 происходит воспламенение горючей смеси от электрической искры. Сгорание горючей смеси происходит почти мгновенно, т.е. практически при постоянном объёме. Этот процесс изображён кривой 2-3. В результате сгорания топлива температура газа резко возрастает и давление увеличивается (точка 3). Затем продукты горения расширяются. Поршень перемещается в правое мёртвое положение, и газы совершают полезную ра­боту. На индикаторной диаграмме процесс расширения изображается кривой 3-4, назы­ваемой линией расширения. В точке 4 от­крывается выхлопной клапан, и давление в цилиндре падает почти до наружного давле­ния. При дальнейшем движении поршня справа на лево из цилиндра удаляются про­дукты сгорания через выхлопной клапан при давлении, несколько превышающим ат­мосферное давление. Изображается кривой 4-0 и называется линией выхлопа. Такой рабочий процесс совершается за четыре хода поршня или за два оборота вала. Такие двигатели называются четырёхтактными. Цикл с подводом теплоты при постоянном объёме состоит из двух адиабат и двух изо­хор

Характеристиками цикла являются:

– степень сжатия

– степень повышения дав­ления

Количество подведённой теплоты:

Количество отведённой теплоты:

Работа цикла:

Термический к.п.д. цикла:

 

29) Цикл ДВС со сгоранием при p=const

В них воздух сжимается в ци­линдре двигателя, а жидкое топливо распыляется сжатым воздухом от ком­прессора. Идеальный цикл двигателя с посте­пенным сгоранием топлива при посто­янном давлении, т.е. цикл с подводом количества теплоты при постоянном давлении осуществляется следующим образом.

Газообразное рабочее тело с началь­ными параметрами p₁, v₁, T₁ сжима­ется по адиабате 1-2; затем телу по изобаре 2-3 сообщается некоторое ко­личество теплоты q₁. От точки 3 рабо­чее тело расширяется по адиабате 3-4. По изохоре 4-1 рабочее тело возвра­щается в первоначальное состояние, при этом в теплоприёмник отводится теплота q₂.

Характеристики цикла: -степень сжатия

степень предварительного расширения.

 

Количество подведённой теплоты:

Количество отведённой теплоты:

Работа цикла:

Термический к.п.д. цикла:

⇐ Предыдущая1234

Поделиться:

Популярное:

1. I. 11. Законы земледелия. Суть законов: минимума, максимума, оптимума; взаимодействия факторов.
2. II. Имперское законодательство
3. II.3. Закон действия и результата действия
4. Lex mercatoria в практике международного коммерческого арбитража.
5. VI. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ
6. VI. Распределение законодательной власти
7. X. Организация работы с документами в делопроизводстве
8. X. ОСОБЕННОСТИ ОФИЦИАЛЬНО-ДЕЛОВОГО СТИЛЯ
9. Административно-правовой статус закреплен в Конституции РФ, законах и в нормативных актах (как правило, положениях об органах).
10. Активные методы обучения (деловые игры, научные проекты)
11. Актуализация социальной потребности в повышении культуры делового поведения работников сферы управления.
12. Амет-хан еще перед вылетом на разведку изучил маршрут и, возвращаясь, старался опознать нужные ориентиры. Скоро должен был закончиться лес, впереди — широкий луг с проселочной дорогой.