1.6. Реальні гази (пари)

Програма.

Властивості реальних газів. Фазові рівноваги і фазові переходи. Основні поняття і визначення для парів. Фазові діаграми стану. Водяна пара. Таблиці термодинамічних властивостей води і водяної пари на лінії насичення. p - v, T - s і i - s діаграми водяної пари. Побудова термодинамічних процесів водяної пари в p - v, T - s і i - s діаграмах. Розрахунок параметрів процесів водяної пари за допомогою термодинамічних таблиць і i - s діаграми.

Методичні вказівки. Приступаючи до вивчення цієї теми, студент повинен чітко уявляти собі, що розрахункові формули, що застосовувалися для ідеального газу, тут, як правило, недійсні. Для парів немає простого і точного рівняння стану. Рівняння Ван-дер-Ваалься для реального газу враховує внутрішній тиск газу та сили взаємодії між молекулами і має наступний вигляд: . Рівняння М.П.Вукаловича та І.І.Новікова має більш складний характер, тому що враховує силові асоціації та дисоціації молекул:Тому процеси реальних газів розраховуються за допомогою діаграм. Для водяної пари найбільш широке застосування знайшла i - s діаграма, для робочих тіл холодильних машин - T-s і lg p - i діаграми.

Література: Л. 1, с. 92-102; Л. 2, с. 55-68.

1.7. Вологе повітря

Програма.

Визначення поняття “вологе повітря”. Основні характеристики вологого повітря: абсолютна, максимальна, відносна вологість повітря, вологовміст, температура точки роси. i - d діаграма вологого повітря. Побудова основних процесів вологого повітря (нагрівання, охолоджування, сушіння вологих матеріалів у повітрі, змішування, змінювання параметрів повітря в приміщенні) і їхній розрахунок за допомогою i - d діаграми.

Методичні вказівки. Основні труднощі засвоєння цієї теми полягають в умінні будувати в i - d діаграмі і розраховувати процеси вологого повітря. Якщо знати рівняння процесу, це питання не викликає труднощів. Так, нагрівання відбувається за d - const, при охолоджуванні вологовміст залишається постійним до досягнення точки роси, після цього подальше охолоджування повітря призводить до зменшення вологовмісту (випадінню роси) в наслідок конденсації водяної пари. Сушіння вологих матеріалів відбувається за i - const зі зниженням температури повітря і збільшенням вологовмісту. При змішуванні повітря з різними параметрами змінювання характеристик вологого повітря зворотно пропорційно змішуваним масам (d₁ /d₂ = t₁ /t₂ = i₁ /i₂ = m₂ /m₁ ). Графік процесу - пряма, що з'єднує дві точки, що відповідають параметрам повітря до змішування. Точка, що характеризує параметри повітря після змішування, також знаходиться на цій прямій і ділить її на відрізки у відповідності з масами m₁ і m₂ . Причому будь-який параметр суміші може бути знайдений із співвідношення: A_c = (m₁A₁+m₂A₂) / (m₁+m₂). Процес змінювання параметрів повітря в приміщенні відбувається за постійним тепловологим відношенням i/d =  = const.

Література: Л. 1, с. 147-151; Л. 2, с. 68-72; Л.6, розд. 7.

1.8. Термодинаміка потоку робочого тіла

Програма.

Рівняння нерозривності потоку робочого тіла (суцільності струменя). Рівняння першого закону термодинаміки для потоку. Поняття про соплову і дифузорну течію газу і пари. Швидкість, секундна витрата і наявне теплоспадання при адіабатному витіканні робочого тіла. Критичні параметри витікання. Сопло Лаваля. Розрахунок процесу витікання водяної пари за допомогою i - s діаграми.

Дроселювання газів і парів. Суттєвість процесу. Змінювання параметрів в процесі адіабатного дроселювання. Особливості дроселювання ідеального і реального газу. Зображення процесу дроселювання в робочій і тепловій діаграмах. Дієздатність робочого тіла, її втрати при дроселюванні. Практичне використання процесу дроселювання.

Методичні вказівки. Як правило, в теплових машинах робоче тіло послідовно проходить через усі їхні елементи, які мають різний прохідний перетин каналу, однак через будь-який перетин в одиницю часу проходить однакова кількість робочого тіла. При сопловому русі швидкість потоку збільшується, а тиск зменшується; при дифузорному - навпаки: швидкість зменшується, а тиск зростає. І сопла, і дифузори можуть бути такі що вужчають, і такі що ширшають. Змінювання швидкості потоку робочого тіла призводить до змінювання його кінетичної енергії, яка може бути перетворена у технічну (корисну) роботу. Студент повинен чітко знати і розуміти, що в циліндричних каналах, що вужчають швидкість потоку не може бути більше швидкості звуку, яка обмежує можливість перетворення кінетичної енергії у корисну. Для здобуття надзвукових швидкостей витікання застосовується сопло Лаваля. Воно дозволяє усе наявне теплоспадання перетворити в технічну роботу. Розрахунок адіабатного процесу витікання водяної пари проводиться тільки за допомогою i - s діаграми.

Адіабатне дроселювання відбувається при i = const (q = 0 , але s  0). Якщо для ідеального газу при i = const і Т = const, то для реальних газів (парів) або рідини, як правило, процес дроселювання супроводжується зниженням температури. В наслідок втрати енергії потоку робочого тіла на тертя, яка після цього перетворюється в теплоту, ентропія збільшується (s > 0).

Література: Л. 1, с. 132-145; Л. 2, с. 72-82.