5.6. Методические указания

Методика расчета параметров и процессов воды и водяного пара, а также других технически важных жидкостей и паров едина.

Особенность ее по сравнению с идеальным газом состоит в том, что в практических расчетах не используется термическое уравнение состояния, ввиду его сложности. Термические и калорические параметры жидкостей и паров определяются с помощью таблиц или диаграмм.

При изучении данной темы необходимо:

• знать структуру таблиц термодинамических свойств воды и водяного

пара и их графическое представление (диаграммы p - v, T - s, h - s);

• различать 5 состояний, в которых могут находиться вода и водяной пар, уметь определить состояние в каждом конкретном случае по исходным данным и найти параметры;

• уметь рассчитать любой процесс с помощью таблиц воды и водяного пара и дать его графическое представление в диаграммах p - v, T - s, h - s.

5.7. Вопросы и задачи

1. Вода в трубах парового котла нагревается при постоянном давлении p = 100 бар от t₁ = 40 ⁰С до t₂ = 480 ⁰С.

С помощью таблиц воды и водяного пара убедитесь, что начальное состояние является недогретой водой, а конечное состояние – перегретым паром.

Рассчитайте внутреннюю энергию начального и конечного состояний (u₁, u₂), а также в состояниях кипящей жидкости (u), сухого насыщенного пара (u), мокрого пара (u) при x = 0,8.

Представьте процесс в p - v, T - s, h - s диаграммах.

2. Можно ли в изохорном процессе недогретую до температуры кипения воду перевести в мокрый пар?

3. Как изменяется давление в изотермическом процессе перехода:

а) сухого насыщенного пара в перегретый?

б) недогретой воды в кипящую?

4. В каких процессах с водой и водяным паром давление и температура не изменяются?

5. Можно ли в адиабатном процессе:

а) мокрый пар перевести в состояние недогретой до температуры кипения воды?

б) мокрый пар перевести в состояние перегретого пара?

6. Как изменяется степень сухости в процессах адиабатного сжатия мокрого пара?

5.8. Ответы

1. u₁ = 166,3 кДж/кг, u₂ = 3006,5, u = 1394,5, u = 2544, u = 2314.

2. Можно в процессе расширения при v < v_kp.

3. В обоих случаях давление уменьшается.

4. В процессах испарения и конденсации.

5. Можно, если производить адиабатное сжатие:

а) при s < s_kp, б) при s > s_kp.

6. Может увеличиваться и уменьшаться.

6. Термодинамика потока

Задачей настоящей главы является изучение закономерностей преобразования энергии в потоке, профилирование и расчет сопел и диффузоров. Процессы истечения газов и паров из сопел происходят в газо- и паротурбинных установках, в воздушно-реактивных и ракетных двигателях. Диффузоры находят применение в эжекторах, струйных компрессорах.

6.1. Первый закон термодинамики для потока

На рис. 6.1 показан участок трубы, по которой движется газообразное рабочее тело.

В сечении 1-1 скорость и другие параметры потока равны c₁, p₁, t₁, h₁,..., в сечении 2-2 соответственно c₂, p₂, t₂, h₂,..., q, Дж/кг- теплота, подводимая к рабочему телу или отводимая от него, l_T , Дж/кг- техническая работа, совершаемая самим потоком или над ним.

Первый закон термодинамики, имеющий вид

выполняется и для потока рабочего тела. При этом внешняя работа потока представляет собой сумму изменения его кинетической и потенциальной энергий, а также технической работы

,

где g = 9,81 м/с² - ускорение силы тяжести.

Таким образом, первый закон термодинамики для потока рабочего тела имеет вид

, Дж/кг.

(6.1)

Для сопел и диффузоров (коротких каналов с высокой скоростью течения рабочего тела) выполняются условия:

,

поэтому (6.1) принимает вид

.

(6.2)

В дифференциальной форме это равенство записывается так:

.

(6.3)