6. Водяной пар Основные определения

Пар может быть влажным, сухим насыщенным и перегретым.

Удельный объем влажного пара

(24)

где и– соответственно удельный объем воды и пара на линии насыщения,м³/кг;- степень сухости пара.

Теплота, энтальпия, энтропия:

а) сухого насыщенного пара

;

(25)

где – теплота кипящей жидкости, кДж/кг;

r– теплота парообразования, кДж/кг;

– удельный объем воды приt= 0 ºC;

Т_н– температура кипения (насыщения), К;

– средняя теплоемкость воды в интервале температур

от 0 до t_н⁰С, кДж/(кг∙К);

б) влажного пара

; (26)

в) перегретого пара

;

(27)

где – теплота перегрева пара, кДж/кг;

– температура перегретого пара, К;

– средняя изобарная теплоемкость перегретого пара в интервале

температур от до, кДж/(кг∙К).

Расчеты термодинамических процессов с водяным паром производится с помощью термодинамических таблиц и диаграмм состояний водяного пара. Особое значение для расчетов процессов с водяным паром имеет is- диаграмма, каждая точка на которой соответствует определенным значениям параметров состояния. Наis-диаграмме нанесены изобары, изотермы и изохоры. Адиабатный обратимый процесс изображается отрезком вертикальной прямой ().

Изменение внутренней энергии и работаlв любом процессе

; (28)

(29)

Подведенная или отведенная теплота:

в изохорном процессе

(30)

в изобарном процессе

; (31)

в изотермическом процессе

. (32)

В этих формулах индексы 1 и 2 относятся соответственно к начальному и конечному состояниям водяного пара.

7. Истечение и дросселирование газов и паров Основные определения

Истечение газов и паров рассчитывается на основе первого закона термодинамики для движущегося газа, учитывающего работу проталкивания газа и изменение его кинетической энергии в потоке.

Для идеального газа теплоту процесса можно записать в виде

где ;и;– энтальпия и скорость в рассматриваемых сечениях потока.

При адиабатном течении .

Теоретическая скорость в выходном сечении сопла

, (33)

где и– энтальпия пара или газа соответственно на входе и выходе из сопла, кДж/кг;

– скорость на входе в сопло, м/с.

Теоретический расход газа через сопло при установившемся движении

(34)

где ,и– теоретическая скорость, площадь сечения и удельный объем пара или газа в рассматриваемом сечении сопла.

Для выходного сечения сопла

; (35)

для минимального сечения сопла Лаваля

(36)

Критическое соотношение давлений для сопла

, (37)

где – для газов.

Значения

Двухатомный газ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,528

Перегретый водяной пар . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,546

Насыщенный пар . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,577

Давление в горловине сопла Лаваля

(38)

При расчете истечения идеальных газов можно также пользоваться формулами:

, (39)

где отношение давлений для сопла;

(40)

Если , то при течении газов скорость и расход газа можно определить по формулам:

; (41)

(42)

Дросселированиемилимятиемназывается необратимый процесс понижения давления в потоке при прохождении им местного сужения канала. При адиабатном дросселировании газа или пара справедливо равенство

(43)

Если , что практически всегда может быть обеспечено, получим основное соотношение для процесса дросселирования

Идеальный газ дросселируется без изменения температуры. При дросселировании реального газа с начальной температурой, равной температуре инверсии , процесс также будет изотермическим. Если начальная температура, то дросселирование реального газа происходит с понижением температуры, если– с повышением. Значениеопределяется природой газа и его давлением.

Возрастание энтропии при адиабатном дросселировании идеального газа

(44)

где начальное давление;понижение давления при дросселировании.

Потеря работоспособности рабочим телом при дросселировании

(45)

где – низшая температура в рассматриваемой системе тел (например, температура окружающей среды), К.