- •Учебно-методическое пособие для самоподготовки и самостоятельной работы студентов по курсу «техническая термодинамика и теплотехника»
- •Тема 1. Основные термодинамические параметры Вопросы для самостоятельного изучения:
- •Основные расчетные соотношения, законы, положения по теме:
- •Задачи для самостоятельного решения:
- •Рекомендуемая литература:
- •Определение основных термодинамических Параметров
- •Тема 2. Основные законы идеальных газов Вопросы для самостоятельного изучения:
- •Основные расчетные соотношения, законы, положения по теме:
- •Задачи для самостоятельного решения:
- •Краткие теоретические положения по теме:
- •Тема 3. Основные свойства газовых смесей Вопросы для самостоятельного изучения:
- •Основные расчетные соотношения, законы, положения по теме:
- •Задачи для самостоятельного решения:
- •Рекомендуемая литература:
- •Краткие теоретические положения по теме:
- •Тема 4. Реальные газы Вопросы для самостоятельного изучения:
- •Основные расчетные соотношения, законы, положения по теме:
- •Краткие теоретические положения по теме:
- •Тема 5. Первый закон термодинамики Вопросы для самостоятельного изучения:
- •Основные расчетные соотношения, законы, положения по теме:
- •Задачи для самостоятельного решения:
- •Техническая термодинамика и теплотехника: учеб.Пособие для вузов/ л.Т. Бахшиева, б.П. Кондауров, а.А. Захаров, в.С. Салтыкова; под ред. А.А. Захаровой. – м.: «Академия», 2006 – с.48 – 52
- •Мазур л.С. Техническая термодинамика и теплотехника: Учебник. – м.: гэотар-мед, 2003. – с.16-18, 28-30
- •Тема 6. Теплоемкость газов
- •Рекомендуемая литература:
- •Тема 7. Основные газовые процессы Вопросы для самостоятельного изучения:
- •Основные расчетные соотношения, законы, положения по теме:
- •Задачи для самостоятельного решения:
- •Рекомендуемая литература:
- •Мазур л.С. Техническая термодинамика и теплотехника: Учебник. – м.: гэотар-мед, 2003. – с.18-28
- •Изотермическое сжатие воздуха
- •Экспериментальная часть
- •Обработка результатов измерений
- •Построение уравнения состояния воздуха
- •Тема 8. Теорема карно. Эксергия. Вопросы для самостоятельного изучения:
- •Основные расчетные соотношения, законы, положения по теме:
- •Задачи для самостоятельного решения:
- •Рекомендуемая литература:
- •Техническая термодинамика и теплотехника: учеб.Пособие для вузов/ л.Т. Бахшиева, б.П. Кондауров, а.А. Захаров, в.С. Салтыкова; под ред. А.А. Захаровой. – м.: «Академия», 2006 – с.145 -153
- •Мазур л.С. Техническая термодинамика и теплотехника: Учебник. – м.: гэотар-мед, 2003. – с.41-53, 63-66, 155-160 Краткие теоретические положения по теме:
- •Тема 9. Применение термодинамических таблиц и диаграмм для решения инженерных задач Вопросы для самостоятельного изучения:
- •Основные расчетные соотношения, законы, положения по теме:
- •Задачи для самостоятельного решения:
- •Краткие теоретические положения по теме:
- •Средства измерения температуры
- •Общие сведения о температурных шкалах
- •Термометры стеклянные жидкостные
- •Введение поправок к показаниям термометра.
- •Термоэлектрические измерители температуры (термопары)
- •Средства измерения давления
- •Жидкостные манометры
Тема 9. Применение термодинамических таблиц и диаграмм для решения инженерных задач Вопросы для самостоятельного изучения:
-
Понятия сухой насыщенный пар, влажный пар, степень влажности, степень сухости пара, перегретый пар.
-
PV диаграмма водяного пара. Основные линии, точки, области.
-
Основные расчетные соотношения для нахождения q, U, S, i жидкости, сухого насыщенного пара, влажного насыщенного пара, перегретого пара.
-
TS диаграмма водяного пара. Основные линии, точки, области.
-
iS диаграмма водяного пара. Основные линии, точки, области.
Основные расчетные соотношения, законы, положения по теме:
Употребляемые обозначения:
- удельный объем воды в состоянии насыщения (конденсат)
- удельный объем насыщенного пара
-удельный объем влажного пара
- удельная энтальпия конденсата
- удельная энтальпия сухого насыщенного пара
- удельная энтальпия влажного пара
- удельная энтропия конденсата
- удельная энтропия сухого насыщенного пара
- удельная энтропия влажного пара
- удельная внутренняя энергия кипящей жидкости
- удельная внутренняя энергия сухого насыщенного пара
- удельная внутренняя энергия влажного пара
- температура насыщения пара
-теплота парообразования
- степень сухости
Вода и сухой насыщенный пар:
; ;;, где
; ;
Влажный пар:
; ;;;;
Перегретый пар:
; ;
Задачи для самостоятельного решения:
-
Какое количество теплоты необходимо подвести к углекислому газу для нагрева его от 35 до 75 0С при постоянном давлении 2 МПа. Расход СО2 – 50 кг/ч.
-
Определить удельный объем влажного пара и количество теплоты в паронагревателе на 1 кг пара, если его параметры на входе: р1=8 МПа и х1=0,95; на выходе: р2= 8 МПа, t2=500 0С.
Краткие теоретические положения по теме:
В промышленности широко применяют различных веществ: воды, аммиака, углекислого газа и других. Из них наибольшее распространение получил водяной пар. Он является рабочим телом в паровых турбинах, паровых машинах, в атомных установках. Может являться теплоносителем в различных теплообменниках.
Парообразованием называется превращение вещества из жидкого состояния в парообразное;
Испарение – парообразование, которое происходит при любой температуре со свободной поверхности жидкости или твердого тела; с ростом температуры интенсивность испарения повышается;
Кипение – заключается в том, что если к жидкости подводить теплоту, то при некоторой температуре наступает процесс парообразования как на свободной поверхности жидкости, так и внутри ее;
Конденсация – переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое; жидкость, полученную при конденсации, называют конденсатом;
Сублимация – переход твердого вещества непосредственно в пар; обратный процесс называется десублимацией.
Насыщенный пар, в котором содержатся взвешенные высокодисперсные частицы жидкой фазы, равномерно распределенные по всей массе пара, называется влажным насыщенным паром.
Отношение массы сухого насыщенного пара к массе влажного пара обозначается буквой х и называется массовой долей сухого насыщенного пара или степенью сухости пара, или паросодержанием:
Если сухому насыщенному пару сообщить некоторое количество теплоты при постоянном давлении, то температура его будет возрастать. Пар, получаемый в этом процессе, называется перегретым.
Перегретый пар при данном давлении имеет более высокую температуру и удельный объем, чем сухой насыщенный пар.
Над поверхностью жидкости перегретый пар получить нельзя.
По своим физическим свойствам перегретый пар приближается к газу и тем ближе, чем выше степень перегрева.
Параметры критической точки воды:
tк = 374,12о С; vк = 0,003147 м3/кг; Рк = 22,115 МПа; i к = 2095,2 кДж/кг; s к = 4,425 кДж/кгК.
Основные параметры жидкости и сухого насыщенного пара.
Теплота парообразования.
Удельный объем воды при 0о С и различных давлениях приближенно принимают равным vо = 0,001 м3/кг. Удельный объем кипящей воды обозначим v’. Этот объем с увеличением давления изменяется (растет) и при высоких давлениях может значительно отличаться от vо.
Удельное количество теплоты на нагревание воды от 0о С до температуры кипения при определенном давлении находят по уравнению:
q = i’ – iо’, где
i’ – удельная энтальпия кипящей жидкости;
iо’ – удельная энтальпия воды при 0о С.
В термодинамики энтальпию и энтропию воды в тройной точке принимают равными нулю т.е.:
s’o=0 и io’=0
удельная внутренняя энергия воды в тройной точке:
u’o=i’o-povo’ но т.к. i’o=0,то uo’=-povo’
При 0оС р=0,0006108 МПа () из таблиц), тогда: uo’=-0,0006108*106*0,001= -0,611 Дж\К2, т.к. эта величина также мала, то при 0оС uo’принимают равны нуль uo’=0
Энтальпия кипящей жидкости определяется по давлению или температуре и берется из таблиц насыщенности водяного пара.
Удельная внутренняя энергия кипящей жидкости определяется по функции:
u’=i’-pv’
Количество теплоты, затраченной на парообразование 1кг воды при температуре кипения до сухого насыщенного пара, называется удельной теплотой парообразования и обозначается “r”. Эта величина полностью определяется температурой или давлением. С ростом Т или Р r уменьшается и в критической точке r=0.
Основные параметры влажного насыщенного водяного пара.
В паровых котлах над поверхностью испарения получается только влажный пар с той или иной степени сухости х.
Влажный пар определяется давлением р или ts и степенью сухости х.
Температура влажного пара равна температуре кипения жидкости при данном давлении. Удельный объем влажного пара vx определяется как объемом смеси, состоящей из сухого пара и воды:
vx= v,,x +(1-х)v,
Степень сухости в котлах обычно равна 0,9-0,96 объемом воды (1-х)v’ при невысоких давлениях можно принибречь, тогда:
vx= v,,x
Удельная энтальпия влажного пара ix определяется по формуле:
ix=i’+rx, где
i’-удельная энтальпия жидкости;
rx- количество жидкости, расходуемое на испарение воды.
Удельная внутренняя энергия пара:
ux=iх-pvх
Удельная теплота парообразования r расходуется на изменение внутренней потенциальной энергии (или еще это называют работой дисгрегации (разъединения)).
Обозначают её буквой ρ. А также ещё затрачивается на внешнюю работу расширения:
р(v’’-v’)=ψ
Величина ρ является внутренней, а ψ-внешней теплотой парообразования:
r=ρ +P(v’’-v’)= ρ +ψ
Удельная энтальпия сухого насыщенного пара определяется по формуле:
i’’=i’+r
удельная внутренняя энергия сухого насыщенного пара
u’’=i’’-pv’’
Сухой насыщенный пар определяется только одним параметром-давлением или температурой
Значения i’’,i’,r,v’’,v берутся из таблиц водяного пара.
В критической точке энтальпия сухого насыщенного пара равна энтальпии жидкости.
Основные параметры перегретого пара
Перегретый пар получается в специальном аппарате-перегревателе из влажного пара, которому сообщается некоторое количество теплоты. При этом пар с начала превращается в сухой, а затем в перегретый пар.
Удельной теплотой перегрева называется то количество теплоты которое нужно затратить на перегрев одного кг сухого пара до требуемой температуры при постоянном давлении.
В котельных установках температура перегретого пара может достигать 550-600оС.
Температура перегретого пара не является функцией давления и может быть различной, но не ниже температуры сухого пара при данном давлении.
Удельное количество теплоты, сообщаемое в процессе перегрева пара, определить по функциям:
qnn= t нt∫срdt или qnn=ĉp|ttн (t-tн),
где ср –истинная теплоемкость перегретого пара при постоянном давлении;
ĉp -средняя теплоемкость перегретого пара в интервале от tн до t .
Это количество теплоты расходуется только на изменение энтальпии =>
i=i+r+ ĉp t нt∫dt.
Удельная внутренняя энергия перегретого пара:
u=i-pv,
где v-удельный объем перегретого пара.
Значения i,s,v берутся из таблицы водяного пара.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1