Контрольные вопросы

1. Что называется кипением, парообразованием и испарением?

2. Какие процессы называются сублимацией и десублимацией?

3. Какой пар называется влажным насыщенным, сухим насыщенным перегретым?

4. Что такое степень сухости и степень влажности?

5. Изобразить р, υ-диаграмму водяного пара.

6. Какие точки располагаются на пограничных кривых жидкости и пара?

7. Что относится к параметрам критической точки?

8. T, s-диаграмма водяного пара.

9. i, s-диаграмма водяного пара.

Задача

Определить массу и энтальпию 0,5 м³ влажного пара со степенью влажности 10 % и давлением 1 МПа.

Решение

Удельный объем пара .

Масса пара кг.

Энтальпия пара

кДж.

11. Истечение газов и паров

11.1. Первый закон термодинамики в применении к потоку движущегося газа

В технике имеется большая группа машин, в которых работа производится за счет внешней кинетической энергии рабочего тела: паровые турбины, газовые турбины, реактивные двигатели, ракеты и др.

В процессах изменения состояния движущегося с конечной скоростью газа теплота расходуется не только на изменение внутренней энергии и совершение внешней работы (против внешних сил), но и на приращение внешней кинетической энергии газа при его перемещении по каналу. Поэтому уравнение первого закона термодинамики для 1 кг газа в дифференциальной форме получает следующий вид:

,

где – подведенное удельное количество теплоты от внешних источников теплоты; – изменение удельной внутренней энергии; – работа против внешних сил – работа проталкивания (она не равна работе расширения газа dl); – изменение внешней кинетической энергии рабочего тела – располагаемая работа. При выводе этого уравнения не учитывалось влияние гравитационных сил, а также считалось, что газом не совершается так называемая техническая работа.

Изменение кинетической энергии рабочего тела может происходить как в трубах постоянного сечения, так и в специальных каналах переменного сечения, называемых соплами и диффузорами. Если при перемещении газа по каналу происходит его расширение с уменьшением давления и увеличением скорости, то такой канал называется соплом. Если в канале происходит сжатие рабочего тела с увеличением его давления и уменьшением скорости, то такой канал называется диффузором.

11.2. Работа проталкивания

Определим величину работы против внешних сил, или работу проталкивания dl'. При выводе уравнения принимаются следующие условия истечения.

1. Осуществляется условие неразрывности струи, т. е. через любое поперечное сечение канала в единицу времени протекает одинаковая масса рабочего тела

где – площади поперечного сечения канала; – скорости рабочего тела; – удельные объемы.

2. Течение газа по каналу осуществляется без подвода и отвода теплоты, т. е. адиабатно (рис. 30).

Рис. 30. Течение газа

3. В каждом поперечном сечении канала скорость , давление р, температура Т и другие параметры рабочего тела постоянны по сечению канала, т. е. имеют во всех точках плоскости, перпендикулярной к оси трубы, одинаковое значение (осредненные величины).

4. Рассматривается установившееся движение, называемое стационарным. При этом величины υ, , p, T могут меняться по длине канала, но в каждом сечении, к которому они относятся, не зависят от времени. Все величины являются только функциями координат.

Предположим, что по каналу переменного сечения перемещается газ (рис. 30). Выделим сечениями I–I и II–II элементарную массу газа. В сечении I–I действует сила pa, а в сечении II–II – сила (р + dp)(a + da), действующая противоположно силе в сечении I–I. Обе силы в сечениях I–I и II–II совершают работу; алгебраическая сумма этих работ будет работой, затраченной на проталкивание элементарной массы газа. Элементарную работу проталкивания газа на бесконечно малом пути между сечениями I–I и II–II за 1 секунду находим из уравнения . Раскрывая скобки и отбрасывая бесконечно малые величины второго и высшего порядков, получаем .

Из уравнения следует, что m  = a , где m – масса газа, протекающего через любое сечение канала за 1 секунду. Заменяя величину a  на m , получим или . Уравнение первого закона термодинамики в дифференциальной форме для потока газа примет вид:

или .

Величина – это удельная энтальпия, следовательно,

Уравнение показывает, что подведенное количество теплоты в процессе при течении газа (или жидкости) расходуется на изменение удельной внутренней энергии, на работу проталкивания и на изменение внешней кинетической энергии рабочего тела или подведенное количество теплоты при течении газа расходуется на изменение его удельной энтальпии и внешней кинетической энергии.