1.5. Реальные газы Водяной пар.

Пара­ми называют газы, находящиеся в состоянии, близком к сжиже­нию.

Водяной пар, широко применяется как рабочее тело в теплоэнергетических установках. В этих тепловых устройствах пар имеет, как правило, такие давления и температуры, что пренеб­речь силами сцепления между молекулами и объемом самих молекул нельзя и, следовательно, к пару такого состояния зако­ны идеальных газов и характеристическое уравнение PV = RT не применимы. В этих случаях при исследовании процессов пар сле­дует рассматривать как реальный газ и он подчиняется уравнению состояния, свойственному реальным газам.

Впервые такое уравнение было предложено Ван-дер-Вааль-сом и имеет следующий вид:

(41)

где: а - величина, учитывающая влияние сил сцепления;

b - влияние объема молекул.

Это уравнение дает правильную качественную характеристи­ку свойств реального газа. Количественные же данные, получае­мые из него, существенно отклоняются от действительных и потому в расчетах ими обычно не пользуются.

Состав влажного пара определяют в массовых долях, для чего вводят понятие степени сухости пара. Если степень сухости пара обозначить буквой Х, тогда в 1 кг влажного пара масса жидкости составит 1-Х кг.

Под степенью сухости насыщен­ного пара или под паросодержанием понимают относительное содержание массы сухого пара в двухфазной системе

Х = (42)

где: - масса сухого пара, - масса влажного пара

Для сухого насыщенного пара существует важная зависимость, состоящая в том, что давление его есть функция температуры. Если обозна­чить давление через Р, а температуру через Т_н, то

Плотность и удельный объем сухого насыщенного пара

(43)

Удельная энтальпия влажного пара определяется как:

i_вл = i'+ Х· r

где: i'- удельная энтальпия жидкости;

Х· r- количество теплоты, затраченная на испарение Х· r доли воды.

Внутренняя энергия влажного пара равна:

u _х = i_х - pv.

Температура перегретого (или ненасыщенного) пара выше температуры насыщенного пара того же давления, а его удельный объем v_d больше удель­ного объема v" сухого насыщенного пара того же давления. Чем выше температура перегрева, тем в большей степени перегретый пар приближается к газам и подчиняется их законам.

При обычно задаваемых Р и T_пп удельный объем перегретого пара может быть найден при помощи следующего характеристиче­ского уравнения:

(44)

Энтальпия перегретого пара получается как сумма энтальпии сухого насыщенного пара i" и тепла q_пп при Р = const, затрачен­ного на перегрев пара, т. е.

i_пп = i" + q_пп (45)

где: (Т_пп –Т_н) — разность температур перегретого и сухого на­сыщенного пара заданного давления, а с_р — средняя массовая теплоемкость при постоянном давлении.

Так как q_пп= с_р ·(Т_пп –Т_н)

то энтальпию перегретого пара можно выразить сле­дующей формулой:

i_пп = i"+ с_р ·(Т_пп –Т_н)

или

i_пп = i'+ r+ с_р ·(Т_пп –Т_н)

Величину внутренней энергии перегретого пара определяют по формуле

u _пп = i_пп— p·v_пп. ( 46)

Задача 1. Определить расход топлива четырехцилиндрового

четырехтактного дизельного двигателя, если среднее индикаторное давление р_i=6,8 ּ10⁵ Па, частота вращения коленчатого вала n=25 об/с, степень сжатия ε=15, объем камеры сгорания V_с =2,5ּ10^-4 м³, механически к.п.д. η_м =0,84 и удельный эффективный расход топлива b_е =0,180 кг/(кВтּч).

Ответ: В=5 ּ10^-3 кг/с.

Задача 2. Определить расход топлива шестицилиндрового четырехтактного карбюраторного двигателя, если среднее индикаторное давление р_i=8 ּ10⁵ Па, диаметр цилиндра D=0,082 м, ход поршня S=0,11 м, средняя скорость поршня c_m=9,9 м/с, механический к.п.д. η_м=0,85 и удельный эффективный расход топлива b_е =0,276 кг/(кВтּч).

Ответ: В=4,08 ּ10^-3 кг/с.

Задача 4. Определить литровую мощность и удельный индикаторный расход топлива восьмицилиндрового четырехтактного карбюраторного двигателя, если среднее индикаторное давление р_i=6,8 ּ10⁵ Па, диаметр цилиндра D=0,12 м, ход поршня S=0,1 м, угловая скорость вращения коленчатого вала ω=377 рад/с, механический к.п.д. η_м =0,8 и расход топлива B=16 ּ10^-3 кг/с.

Решение: Рабочий объем цилиндра определяем по формуле (4):

Частота вращения коленчатого вала

n= ω/(2π),

Индикаторную мощность двигателя находим по формуле (3):

Эффективную мощность двигателя – по формуле (8):

Литровую мощность двигателя – по формуле (12):

Удельный индикаторный расход топлива – по формуле (14):

=

Ответ: =0,265 кг/(кВтּч)