- •1. Рабочая программа по дисциплине «Техническая термодинамика»
- •2. Рабочая программа, методическое обеспечение по дисциплине «Прикладная термодинамика»
- •3.Конспект лекций
- •4. Методические указания и пример расчета газового цикла теплового двигателя
- •5.Задачи с примерами решений
- •6. Варианты домашнего задания по расчету газового цикла теплового двигателя
- •1.4. Контрольные вопросы к зачету.
- •3.1. Термодинамика
- •3.1.1. Содержание и метод термодинамики
- •3.1.2. Основные понятия термодинамики
- •3.1.3. Газовые смеси
- •3.1.4. Законы идеальных газов
- •3.1.5. Первое начало термодинамики
- •3.1.5.1. Первое начало термодинамики как математическое
- •3.1.5.2. Первое начало термодинамики простого тела
- •3.1.6. Понятие теплоёмкости
- •3.1.7.Первое начало термодинамики для идеальных газов
- •3.1.7.1. Закон Майера
- •3.1.7.2. Принцип существования энтропии идеального газа
- •3.1.8. Термодинамические процессы
- •3.1.8.1. Классификация термодинамических процессов
- •3.1.8.2. Работа в термодинамических процессах
- •3.1.9. Круговые процессы (циклы)
- •3.1.9.1. Тепловые машины, понятие термического к.П.Д.,
- •3.1.9.2. Цикл Карно
- •3.1.10. Второе начало термодинамики
- •3.1.11. Термодинамические циклы двигателей внутреннего сгорания
- •3.1.11.1. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •3.1.11.2. Циклы газотурбинных установок
- •3.1.12.Водяной пар
- •3.1.13.Влажный воздух
- •3.1.14.Истечение сжимаемых и несжимаемых жидкостей
- •3.1.14.1. Истечение несжимаемых жидкостей
- •3.1.14.2.Истечение сжимаемых жидкостей (газов и паров)
- •4. Методические указания и пример расчета газового цикла теплового двигателя
- •3 .Рй цикл в координатах t-s цикл в координатах t-s
- •5.Задачи с примерами решений
- •5.1.Параметры состояния и основные газовые законы
- •Задачи для самостоятельного решения
- •5.2. Газовые смеси
- •Задачи для самостоятельного решения
- •5.3. Первое начало термодинамики
- •Задачи для самостоятельного решения
- •5.4. Процессы изменения состояния вещества Примеры решения задач
- •Задачи для самостоятельного решения
- •5.5. Пары Примеры решения задач
- •Задачи для самостоятельного решения
- •5.6. Циклы тепловых машин Примеры решения задач
- •Определение параметров пара в крайних точках цикла
- •Определение термического кпд цикла
- •Задачи для самостоятельного решения
- •5.7. Истечение газов и паров Примеры решения задач
- •Задачи для самостоятельного решения
- •6.Варианты домашнего задания по расчету газового цикла теплового двигателя Состав газовых смесей
- •Исходные данные к расчету газового цикла
- •625003, Г. Тюмень, ул.Семакова, 10.
3.1.12.Водяной пар
В данном разделе приводятся только минимально необходимые сведения о водяном паре. Подробности следует изучить по учебникам и частично найти в разделах 5.5. и 5.6. данного учебно-методического комплекса.
Различают следующие понятия паров разного рода жидкостей: воды, фреонов, углекислоты.
1. Влажный насыщенный пар - это смесь жидкости и сухого пара, то есть в такой смеси частицы жидкости равномерно распределены в паре.
Состояние влажного насыщенного пара характеризуется параметрами Р и υ, Р и х, t и х. Параметры Р — t не определяют состояния влажного насыщенного пара, так как в этой области изобара (Р = idem) и изотерма (t = idem) совпадают.
Параметр х характеризует так называемую сухость пара, то есть отношение количества пара G” к количеству смеси в целом G = G’ + G”
. (3.66)
При рассмотрении паров индексом ' обозначают все, что относится к воде (в данном случае G' — это количество воды в смеси), индексом “ обозначают все то, что относится к пару (в данном случае G” — это количество пара в смеси).
Величину у = 1 - х называют влажностью пара
. (3.67)
Величина х изменяется в диапазоне от 0 до 1
(3.68)
Если х = 0, то это вода (G = G’), пара в этом состоянии нет (G” = 0), если x = 1, то это сухой насыщенный пар, то есть пар полностью освобожден от примесей воды (G’ = 0, G = G”). Тепло, расходуемое на превращение 1 кг воды, предварительно нагретой до температуры кипения или, как ее иногда называют, до температуры насыщения (ts), в пар той же температуры (ts) и того же давления, называют скрытой теплотой парообразования или просто теплотой парообразования и обозначают буквой r.
После того как жидкость полностью переведена в пар, и мы имеем сухой насыщенный пар, дальнейший подвод тепла вызывает повышение температуры пара и он становится перегретым паром. Таким образом, перегретым паром называется пар, температура которого выше температуры сухого насыщённого пара (t>ts) при том же давлении.
Решение задач на пары обычно осуществляется с помощью i-s диаграммы или таблиц, характеризующих состояние насыщенного пара в зависимости от давления или от температуры на кривой насыщения.
3.1.13.Влажный воздух
В воздухе всегда содержится то или иное количество влаги в виде водяного пара. Такую смесь сухого воздуха с водяным паром называют влажным воздухом.
Так как обычно расчеты, связанные с влажным воздухом, выполняют при давлениях, близких к атмосферному, и парциальное давление пара в нем невелико, то с достаточной точностью можно применять к влажному пару все формулы, полученные для идеальных газов. Поэтому в дальнейшем принимаем, что влажный воздух подчиняется уравнению состояния идеальных газов
pV = MRT,
а также закону Дальтона
p = pв + pп, (3.68)
где р — давление влажного воздуха;
рв — парциальное давление сухого воздуха;
рп — парциальное давление пара.
Величины р, рв и рп измеряются в одних и тех же единицах.
Абсолютной влажностью воздуха называют массу водяного пара, содержащегося в 1 м3 влажного воздуха, или (что то же) плотность пара рп при его парциальном давлении и температуре воздуха.
Величину
(3.69)
представляющую отношение абсолютной влажности воздуха при данной температуре рп к его максимально возможной абсолютной влажности ртах при той же температуре, называют относительной влажностью.
Если температура влажного воздуха меньше или равна температуре насыщения водяного пара при давлении смеси, то ртах будет равна плотности насыщенного пара при данной температуре, т. е. рн, и значение ее определяется по таблицам насыщенного пара. Если же температура влажного воздуха больше температуры насыщения водяного пара при давлении смеси, то ртах будет равна плотности перегретого водяного пара при температуре и давлении смеси. Значения рпшх в этом случае определяют из таблиц для перегретого водяного пара.
Относительная влажность может быть также приближенно найдена из уравнения
(3.70)
где р„ — давление насыщения водяного пара при температуре смеси (по таблицам насыщенного пара). Для характеристики влажного воздуха пользуются также понятием влагосодержание, под которым понимают отношение массы влаги (пара) во влажном воздухе к массе сухого воздуха в нем:
(3.71)
Величину d обычно измеряют в г/кг (в граммах влаги на 1 кг сухого воздуха, содержащегося во влажном воздухе), Выражение (3.71) можно привести к следующему виду:
(3.72)
г/кг.
Из этого уравнения следует, что
(3.73)
Нетрудно видеть, что парциальное давление водяного пара при данном давлении влажного воздуха является функцией только влагосодержания, и наоборот. Поэтому аналогично уравнениям (3.72) и (3.73) можно написать
(3.74)
(3.75)
где dmsx — максимально возможное влагосодержание влажного воздуха (если температура его ниже температуры насыщения водяного пара при давлении смеси).
Отношение влагосодержания d к максимально возможному влагосодержанию влажного воздуха (при той же температуре и давлении смеси) называют степенью насыщения и обозначают через
(3.76)
Из уравнений (3.73) и (3.75) получаем зависимость между ф и ф:
(3.77)
Та температура, до которой надо охладить при постоянном давлении влажный воздух, чтобы он стал насыщенным (ф = 100%), называется точкой росы tp. Она, следовательно, может быть определена (по таблицам насыщенного пара) как температура насыщения при парциальном давлении пара.
Плотность влажного воздуха определяется из уравнения
(3.78)
где р и ря выражены в Па, а Т — в К.
Энтальпию / влажного воздуха определяем как сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара. Энтальпию влажного воздуха относят к 1 кг сухого воздуха, т. е. к (1 -f d) кг влажного воздуха. Поэтому
I=iB+ind, (3.79)
или
, (3.80)
если d берем в г/кг.
Энтальпия 1 кг сухого воздуха, выраженная в кДж, численно равна его температуре t CC, так как теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении равна 1 кДж/(кг-К). Следовательно,
кДж/кг.
Энтальпия водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, с достаточной точностью определяется из формулы
кДж/кг.
Таким образом, энтальпия влажного воздуха
кДж/кг. (3.81)
При сушке различных продуктов нагретым воздухом влагосодержание его увеличивается за счет испарения воды. Этот процесс называют адиабатным испарением воды, если теплоту, необходимую для испарения, берем только из окружающего воздуха. Температура воздуха при этом понижается, причем если этот процесс продолжается до полного насыщения воздуха, то температура его понижается до так называемой температуры адиабатного насыщения воздуха, известной также под названием истинной температуры мокрого термометра. .
На практике для определения относительной влажности воздуха часто пользуются психрометром — прибором, состоящим из двух термометров. Шарик одного из них обернут влажной тканью, вследствие чего показания сухого и мокрого термометров различны. Температура, показываемая мокрым термометром психрометра, не равна истинной температуре мокрого термометра, а всегда несколько выше ее. Объясняется это притоком теплоты через выступающий столбик ртути и восприятием шариком термометра теплоты, излучаемой окружающими предметами.
Истинная температура мокрого термометра tM определяется из формулы
(3.82)
где — показания мокрого термометра;
tC — — психрометрическая разность;
x— поправка к показанию мокрого термометра в процентах, определяемая из рис. 3.21, Отклонение показаний мокрого термометра от истинной температуры мокрого термометра значительно уменьшается, если шарик термометра омывается потоком воздуха, имеющим большую скорость, а также если шарик и столбик термометра защищены от восприятия теплоты, отдаваемой окружающими предметами.
Д
Показания мокрого
термометра
Рис. 3.21. К определению
поправки
В
Рис. 122
Влагосодержание
d г на 1 кг сухого
воздуха
Рис. 122
Влагосодержание
d
г на
1 кг сухого воздуха
Кривая (р — 100%) является своего рода пограничной кривой, кривой насыщения. Вся область над линией ф = 100% соответствует влажному-насыщенному воздуху (для различных значений ф). Область, лежащая под этой линией, характеризует состояние воздуха, насыщенного водяным паром.
Кроме указанных кривых, в последних изданиях диаграмм Id приведены также линии постоянных истинных температур мокрого термометра /М1 В низу диаграммы построена кривая рп = f (d) no формуле (3.73) в прямоугольной системе координат. По оси ординат отложено парциальное давление в мм рт, ст., а по оси абсцисс- влагосодержание.
Процесс подогрева или охлаждения влажного воздуха изображается
на этой диаграмме как процесс при постоянном влаго-содержании (d = const), а процесс сушки — как процесс с постоянной энтальпией (i = const). Диаграмма Id дает возможность по двум каким-либо параметрам влажного воздуха (обычно φ и t) определить I, d и pн. По угон диаграмме можно также найти и точку росы. Для этого нужно из точки, характеризующей данное состояние воздуха, провести вертикаль (d = const) до пересечения с линией
φ = 100%. Изотерма, проходящая через эту точку, определяет температуру точки росы.
Состояние влажного воздуха можно также определить по диаграмме Id, если известны показания сухого и мокрого термометров- психрометра. Внося необходимую поправку в показание мокрого термометра по формуле (3.82), находим истинную температуру мокрого термометра. Далее из точки, соответствующей относительной влажности φ = 100% и истинной температуре мокрого термометра, проводят параллельно изотерме tм прямую до пересечения с изотермой сухого термометра tс. Полученная точка характеризует состояние влажного воздуха.