Расчет термодинамических процессов в водяном паре

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ЮНЕСКО «Энергосбережение и возобновляемые источники энергии»

Н.Г. Хутская Г.И. Пальчёнок

РАСЧЕТ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВОДЯНОМ ПАРЕ

Методическое пособие по дисциплине «Термодинамика» для студентов

специальности 1−43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент»

Минск

БНТУ

2012

УДК 621.1.016.7(075.8) ББК 31.31я7

Х98

Хутская Н.Г.

Х98 Расчет термодинамических процессов в водяном паре: методическое пособие по дисциплине «Термодинамика» для студентов специальности 1−43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент» / Н.Г. Хутская, Г.И. Пальчёнок. − Минск: БНТУ, 2012. − 45 с.

ISBN 978-985-550-033-0.

Рассмотрены методы расчета термодинамических процессов с использованием таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара, h, s- и T, s- диаграмм.

Методическое пособие составлено в соответствии с учебным планом кафедры ЮНЕСКО «Энергосбережение и возобновляемые источники энергии» по дисциплине «Термодинамика» для студентов специальности 1−43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент».

Настоящее методическое пособие издано благодаря спонсорской поддержке норвежской фирмы New Energy Performance AS (NEPAS).

УДК 621.1.016.7(075.8) ББК 31.31я7

ISBN 978-985-550-033-0

Хутская Н.Г., Пальчёнок Г.И., 2012

Белорусский национальный технический университет, 2012

2

ОБОЗНАЧЕНИЯ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИН

t o С- температура.

T, К - абсолютная температура, p, Па - давление.

v, м3/кг - удельный объем. G, кг - масса.

h, кДж/кг - удельная энтальпия.

u , кДж/кг - удельная внутренняя энергия. l, кДж/кг - удельная работа.

q, кДж/кг - удельная теплота. s, кДж/кг К - удельная энтропия.

x- степень сухости.

y- степень влажности.

Индексы

- кипящая жидкость.-сухой насыщенный пар. ж- жидкость.

п - пар.

дв - двухфазная смесь.

1- начало процесса.

2- конец процесса.

3

РАСЧЕТ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВОДЯНОМ ПАРЕ ПО ТАБЛИЦАМ И ДИАГРАММАМ

Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара

Таблица 1

Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по температурам)

Таблица 3

Термодинамические свойства воды и перегретого пара

4

Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называется насыщенным. Насыщенный пар имеет температуру кипящей жидкости, из которой он получен.

Если в насыщенном паре присутствуют капли жидкости, то такой пар называется влажным насыщенным (двухфазная система - пар плюс жидкость)

Если все присутствующие во влажном насыщенном паре капли жидкости обратились в пар, то такой пар называется сухим

насыщенным.

Пар, имеющий температуру более высокую, чем температура кипения при данном давлении, называется

перегретым.

При одном давлении кипящая жидкость, влажный насыщенный пар и сухой насыщенный пар имеют одну и ту же температуру - температуру насыщения.

Втаблицах параметры кипящей жидкости обозначены как параметры с одним штрихом (v’,h’,s’); параметры сухого насыщенного пара - как параметры с двумя штрихами (v”, h”, s”).

Вдвухфазной системе (влажном насыщенном паре) параметры определяются следующим образом.

Масса двухфазной смеси

Gдв = Gж + Gп,

где Gж,Gп - соответственно масса насыщенной (кипящей) жидкости и сухого насыщенного пара.

Степень сухости

Для насыщенной (кипящей) жидкости x=0, для сухого насыщенного пара x=1, для влажного насыщенного пара 0< x<1.

5

Удельные значения объема, энтальпии, энтропии влажного насыщенного пара определяются по формулам

vдв = v”x + v’ (1 - x) hдв = h”x + h’ (1 - x) sдв = s”x + s’ (1 - x)

Состояние двухфазной системы определяется температурой (или однозначно связанным с ней давлением насыщения) и степенью сухости.

При известных параметрах двухфазной системы можно определить степень сухости из соотношений

x vдв v' hдв h' sдв s' v" v' h" h' s" s'

Параметры кипящей жидкости и сухого насыщенного пара определяются по таблицам термодинамических свойств по известной температуре (давлению).

Расчет изобарного процесса p =const

I. Процесс начинается в области жидкости и заканчивается в области перегретого пара. Задано p, t1, t2.

Обычно расчет изобарного процесса в этом варианте проводится с помощью таблиц. По таблице 3 по температуре t1 и давлению p определяются v1, h1, s1. По той же таблице по температуре t2 и давлению p определяется v2, h2, s2.

Подведенная в процессе теплота

q=h2-h1;

работа l=p(v2-v1)

изменение внутренней энергии

u=q-l.

6

h

2

t2

P1,2

x=1

1

S

Рисунок 1а

T

K

2 T2

x=0 x=1

P1,2

1

T1

7

II. Процесс начинается в области влажного пара и заканчивается в области перегретого. Задано p, x1, t2.

h

2 t2

K

1

x=1

x1

Рисунок 2а

S

T

K

2 T2

x=0 x=1

P1,2

1

x1

S

Рисунок 2б

8

По таблице 2 по давлению p определяются v’, v”, h’, h”, s’, s”.Точка 1 лежит в двухфазной области насыщенного пара. Параметры точки

v1 = v”x1 + v’ (1 - x1) h1 = h”x1 + h’ (1 - x1) s1 = s”x1 + s’ (1 - x1)

По таблице 3 по температуре t2 и давлению p определяются v2, s2, h2. Теплота, работа и изменение внутренней энергии определяются по вышеприведенным формулам.

III. Процесс начинается и заканчивается в области влажного пара. Задано: p, x1, x2.

h

K

2

P1,2

x2

x=1

1

x1

S

Рисунок 3а

По таблице 2 по давлению p определяются v’, v”, h’, h”, s’, s”. Точки 1 и 2 находятся в двухфазной области насыщенного пара.

Параметры точки 1

v1 = v”x1 + v’ (1 - x1)

9

h1 = h”x1 + h’ (1 - x1) s1 = s”x1 + s’ (1 - x1)

Параметры точки 2

v2 = v”x2 + v’ (1 - x2) h2 = h”x2 + h’ (1 - x2) s2 = s”x2 + s’ (1 - x2)

T

S

Рисунок 3б

Теплота, работа и изменение внутренней энергии определяются по вышеприведенным формулам.

IV. Процесс начинается и заканчивается в области перегретого пара.

Задано: p, Т1 , Т2 .

По таблице 3 по давлению p и температуре t1 определяются v1, h1, s1. По той же таблице по давлению p и температуре t2 определяются v2, h2, s2. Дальнейший расчет ведется по тем же формулам.

10