- •Предмет и метод термодинамики. Термодинамика, как теоретическая основа теплоэнергетики и теплотехники
- •Основные понятия и определения термодинамики. Параметры состояния.
- •Основные законы идеальных газов. Уравнения состояния идеальных газов.
- •Газовые смеси
- •Теплоемкость газов и газовых смесей, их определение.
- •Первый закон термодинамики и его математические выражения
- •Энтропия как функция состояния и её смысл.
- •Второй закон термодинамики и его математические выражения.
- •Исследования изохорного процесса идеальных газов.
- •Исследование изобарного процесса идеальных газов.
- •Исследование адиабатного процесса идеальных газов
- •Исследования изотермического процесса идеальных газов.
- •Исследования политропного процесса идеальных газов
- •Эксергия, её свойства и физический смысл
- •Дифференциальные уравнения внутренней энергии и энтальпии
- •Дифференциальные уравнения энтропии и теплоемкости
- •Потенциальные функции
- •Уравнения состояния реальных газов
- •Уравнение Ван-дер-Ваальса и его анализ. Критическое состояние вещества
- •Пары, общие понятия и определения. Процесс парообразования.
- •Дифференциальное соотношение Клапейрона-Клаузуиса. Применение
- •Паровые процессы и их расчет Циклы пту. Общая характеристика. Цикл Ренкина и его анализ.
- •Влияния начальных и конечных параметров пара на эффективность пту
- •Цикл пту с промежуточным перегревом пара
- •Циклы теплофикационных паротурбинных установок
- •Циклы холодильных машин и тепловых насосов
- •Циклы ядерных энергетических установок
- •Циклы бинарных энергетических установок
- •Эксергия, её свойства и физический смысл
- •Циклы ядерных энергетических установок
Пары, общие понятия и определения. Процесс парообразования.
Водяной пар широко используется в теплотехнике. При высокой температуре и малом давлении он приближается к идеальному газу. Пар может быть получен из жидкости двумя способами: испарением и кипением. Испарением называется парообразование, происходящее с поверхности жидкости. Кипением называется парообразование происходящее во все массе воды, при подводе к ней тепла. Частицы пара имеющие меньшую плотность устремляются вверх, соединяются, образуя пузырьки, достигая поверхности жидкости преодолевают силы поверхностного натяжения вылетают в окружающее пространство. Процесс кипения жидкости происходит при вполне определенной температуре, зависящей от природы жидкости и давления, под которым она находится. Эта температура называется температурой насыщения или кипения tS.
Процесс получения из воды перегретого пара, имеющего температуру выше tS разделяется на три стадии: подогрев воды до температуры кипения, парообразование и перегрев пара.
П
оршень
нагружен постоянной силой, удерживающее
давление p. Точка a.
Если при постоянном давление подводить
тепло и нагреть до tS
удельный объем воды возрастет
до v’. Точка b.
При дальнейшем подводе тепла – кипение
воды и образование влажного пара. Весовая
доля сухого пара – степень сухости.
Когда вся вода превратится в пар он
станет сухим насыщенным. Точка C.
При дальнейшем подводе теплоты будет
происходить процесс перегрева пара,
причем его температура и удельный объем
будут увеличиваться
Линия BK – зависимость удельного объема воды, нагретой до температуры кипения от давления. CK– зависимость удельного объема сухого насыщенного пара от давления. Видно, что при некотором давлении разность удельных объемов пара и воды становится=0 К – критическая точка, исчезают различие между жидкостью и паром. Tкр=374.15, Pкр=221,29 бар.
ab– процесс подогрева воды, теплота израсходованная на нагрев – площадь под ab.
cd– процесс перегрева пара.
Видно, что с повышением давления температура кипения и энтальпия увеличиваются, а теплота парообразования к уменьшается. В критической точка теплота парообразования станет равной 0.
Дифференциальное соотношение Клапейрона-Клаузуиса. Применение
Уравнение Клапейрона-Клаузиуса устанавливает связь между температурой и теплотой фазового перехода. Получим его для перехода жидкость-пар. Для этого рассмотрим элементарно малый цикл Карно, в котором подвод и отвод тепла осуществляется в результате кипения воды и конденсации насыщенного пара. Ниже приведено изображение такого цикла на p–v диаграмме воды и пара. В процессе 1–2 подводится тепло q1 = r . С достаточной точностью работа за цикл определится произведением lц = Fц = dpн (v"−v') (при этом считаем, что заштрихованные фигуры равны; это очень близко к действительности, когда речь идет об очень малой величине разницы давлений dpн). Величину термического КПД можно рассчитать как для любого цикла по формуле
С другой стороны, эту же величину рассчитаем, как для цикла Карно через температуры подвода и
отвода тепла, заменяя для элементарно малого цикла разницу T2 – T1 элементарно малой величиной
Приравнивая правые части полученных формул для t η , находим
Уравнение Клапейрона-Клаузиуса в аналогичном виде можно получить и для других фазовых переходов (плавление, сублимация). Обычно оно служит для проверки достоверности, "увязки" полученных
опытных данных. При высоких давлениях с помощью этого уравнения рассчитывают величину v" , поскольку опытное ее определение в этом случае затруднительно.