Питання для самоперевірки

1. Роль двигунів внутрішнього згорання.

2. Термодинамічні цикли ДВЗ.

3. В чому полягає відмінність дійсних циклів ДВЗ від ідеальних?

4. Принцип роботи одноступінчастого компресора.Зобразити робочий процес одноступінчастого поршневого компресора в координатах і TS.равила експлуатації компресорної установки .

2.6 Водяна пара і вологе повітря. Програмні питання

Фізичні і хімічні властивості води. Водяна пара, як робоче тіло. Процес утворення пари діаграми для водяної пари. Параметри стану рідини, вологої, сухої насиченої і перегрітої пари та кількість теплоти, необхідної для нагрівання рідини і одержання пари. Таблиці водяної пари. Фазові перетворення. Потрійна точка. Ентальпія водяної пари. HS – діаграма водяної пари і зображення на ній основних термодинамічних процесів.

Вологе повітря, яук суміш сухого повітря і водяної пари. Основні параметри вологого повітря: абсолютна і відносна вологість, вологовміст, питомий об’єм, ентальпія.

Прочитайте

Л-1, ст.. 116-127; Л -2, ст. 37-49; Л-3, ст.. 124-131; Л-6, ст.. 177-182.

Теоретичні відомості

У всіх галузях промислового виробництва дуже поширене використання парів різних речовин: води, аміака, вуглекислоти. Найпоширеніша серед них водяна пара, яка є робочим тілом.

Водяну пару в теплотехніці використовують в різних станах, а саме:

- як складову частину продуктів згорання при спалюванні різних палив. У цьому стані водяна пара перебуває при низькому тиску і високій температурі і без великих похибок її можна вважати ідеальним газом, для якого справедливе характеристичне рівняння pv= RT.

- як робоче тіло теплового двигуна і як теплоносій в теплообмінних апаратах водяну пару використовують під таким тиском і такій температурі, що не дають можливості розглядати її як ідеальний газ, бо це призвело б до значних розходжень розрахунків з дійсними величинами. Тому в парових теплових двигунах і теплообмінних апаратах водяну пару розглядають як реальний газ.

Процес пароутворення в парових котлах відбувається при сталому тиску незалежно від конструкції котла.

Якщо пароутворення рідини відбувається в необмеженому просторі, то вся вона буде перетворена у пар. У випадку, коли пароутворення проходить в закритій посудині, то вилітаючи з рідини молекули заповнять вільний простір над нею. При цьому частина молекул, які рухаються в паровому просторі над поверхнею, повертаються знову у рідину і буде відбуватися насичення пари.

Пароутворенням називають процес переходу речовини з рідкої фази в газоподібну.

Випаровування характеризується процесом пароутворення лише на межі розподілу рідина – газ і відбувається при температурах води, нижчих від температури її кипіння. Інтенсивність випаровування зростає із збільшенням температури рідини.

Кипіння води супроводжується бурхливим пароутворенням по всьому об’єму рідини. Кипінням називається пароутворення, що характеризується новими поверхнями розділу рідкої та парової фази по всьому об’єму рідини, яка нагріта вище температури насичення. В цьому випадку процес супроводжується утворенням в середині газових пузирків. Температура і тиск кипіння води пов’язані між собою. Чим вище тиск, при якому кипить рідина, тим вища температура кипіння. Уколи збільшити підвод теплоти, то процес кипіння буде інтенсивнішим, але температура і тиск для таких умов залишаться сталими до того часу, поки не випарується остання краплина води.

Перехід рідини із газоподібного стану у рідкий або твердий називають конденсацією. Процес конденсації, як процес пароутворення, проходить при постійній температурі за умови постійності тиску. Рідина, яка утворена в наслідок конденсації пари називається конденсатом.

Насиченою називається пара, що перебуває в термодинамічній рівновазі з водою, з якої вона утворюється.

Двофазна суміщ в яку входять пара із краплинками рідини, називається вологою насиченою парою.

Масова частка сухості насиченої пари у вологій називається ступенем сухості і позначається х.

Масова частка киплячої рідини у вологій парі називається ступенем вологості.

Насичена пара, в якій відсутні частинки вологи, називається сухою насиченою. При наданні сухій парі теплоти при тому самому тиску її температура букде збільшуватись, пара буде перегріватись.

Перегрітою називається така пара, температура якої перевищує температуру насичення пари для того самого тиску. Чим вище температура перегріву, тим ближче пара за своїми властивостями до ідеального газу.

Кількість тепла, потрібна для нагрівання 1 кг води від 0˚С до температури кипіння при даному тиску, називається теплотою рідини

(6.1)

де Δu – зміна внутрішньої енергії 1 кг води при нагріванні від 0˚С до температури кипіння при даному тиску; l – робота, виконана в цьому процесі

Для невеликих тисків теплота рідини приблизно дорівнює ентальпії рідини.

(6.2)

Кількість тепла, затрачена на перетворення 1 кг води, нагрітої до температури кипіння, в суху насичену пару, називається теплотою пароутворення.(r)

(6.3)

де u’, u’’ – внутрішня енергія киплячої води й сухої насиченої пари при даному тиску

l – робота, виконана в процесі пароутворення, тобто під час розширення від v’ до v''.

Зміну внутрішньої енергії (u’’–u’) називають внутрішньою теплотою пароутворення і позначають літерою ρ, тобто

(u’’– u’) = ρ (6.4)

Роботу розширення l = p (v’’ – v’) називають зовнішньою теплотою пароутворення і позначають літерою ψ. Таким чином, тепло та пароутворення

Після перегрупування членів дістанемо:

або остаточно:

(6.5)

де і’’ – ентальпія сухої насиченої пари.

Для проведення теплотехнічних розрахунків, пов’язаних з параметрами та іншими величинами водяної пари, на практиці користуються спеціальними таблицями, складеними на основі досліджень і дослідів багатьох вчених. Тепер переважно користуються таблицями, складеними радянським вченим проф. М.П. Вукаловичем, або таблицями Всесоюзного теплотехнічного інституту (ВТИ).

is – діаграма водяної пари.

Найзручнішим, і тому найбільш поширеним, у теплотехніці є графічний спосіб у вигляді is – діаграми. На цій діаграмі (рис. ) по осі ординат відкладають у масштабі ентальпію водяної пари і [кДж/кг], а по осі абсцис – ентропію s [кДж/(кг•К)]. Будують is – діаграму за табличними даними по точках. Спочатку наносять нижню межову криву, а потім – верхню. Нижче межових кривих лежить ділянка вологої насиченої пари, а вище верхньої межової кривої – ділянка перегрітої пари. Після цього, взявши на обох кривих точки однакових тисків, з’єднують їх прямими лініями. Це будуть ізобари й одночасно ізотерми вологої насиченої пари. На ділянці перегрітої пари ізобари й ізотерми розходяться ізобари – криві, що нахиляються до вертикалі, а ізотерми - криві, що нахиляються до горизонталі. Через усі ділянки діаграми проходять лінії сталих об’ємів – ізохори. В зоні вологої пари наносять сітку ліній сталої міри сухості пари (Х).

Користування is – діаграмою зводиться до того, що за даними параметрами пари на діаграмі знаходять точки, що характеризують початковий стан 1 і кінцевий стан 2 пари в даному процесі. По цих точках знаходять потрібні величини (наприклад: ентальпію, ентропію, питомий об’єм тощо), а потім залежно від процесу, що відбувається, можна обчислити теплоту пари, внутрішню енергію тощо.

Вологе повітря – це суміш сухого повітря і водяної пари. Воно широко використовується в багатьох теплових процесах: вентиляції, опаленні і кондиціонуванні повітря приміщень, сушіння матеріалів і т.д.

Водяна пара знаходиться у вологому повітрі в перегрітому стані. Суміш сухого повітря і перегрітої водяної пари називається вологим ненасиченим повітрям. Суміш сухого повітря і насиченої водяної пари називається насиченим вологим повітрям.

Температура, до якої повинне охолодитися вологе насичене повітря, щоб перенгріта пара, утримується в ньому, стала насиченою, називається температурою точки роси.

Відношення маси водяної пари , що утримується у вологому повітрі, до маси сухого повітря називається вологовмістом повітря :

(6.6)

Маса пари в 1 м вологого повітря дорівнює густині пари при парціальному тиску називається абсолютною вологістю повітря.

Відношення дійсної абсолютної вологості до максимально можливої абсолютної вологості при тій самій температурі називають відносною вологістю:

(6.7)