4.4. Термодинамические процессы идеальных и реальных газов

Общие методы исследования процессов изменения состояния рабочих тел. Политропные процессы. Основные характеристики политропных процессов. Изображение в координатах vP и sT. Основные термодинамические процессы (изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный). Частные случаи политропного процесса.

Термодинамические процессы в реальных газах и парах. Свойства реальных газов. Пары. Основные определения. Процессы парообразования на vP- и sT-диаграммах. Водяной пар. Понятие об уравнении Вукаловича-Новикова. Уравнение Боголюбова-Майера. Термодинамические таблицы воды и водяного пара; vP-, is-, sT-диаграммы водяного пара. Расчет термодинамических процессов водяного пара с помощью таблиц и is-диаграммы.

Литература: [1], гл. 7, 11; [3], гл. III, IX; [4], гл.4, 7…9.

Методические указания

При изучении этой темы следует запомнить, что расчетные формулы для идеального газа неприменимы для реальных газов. Так, например, внутренняя энергия для идеального газа в изотермическом процессе равна нулю, для водяного пара при T=const - не равна нулю.

Линии, изображающие основные термодинамические процессы на vP- и sT- диаграммах, в общем случае различны для газа и пара.

Водяной пар является весьма распространенным рабочим телом в теплосиловых установках и широко применяется в рыбной промышленности для технологических процессов переработки и консервирования рыбного сырья, поэтому необходимо хорошо разбираться в процессах парообразования и уметь их изображать на vP- и sT-диаграммах. Параметры водяного пара можно легко определить как по таблицам, так и с помощью is-диаграммы. Студенты должны уметь строить все термодинамические процессы на этой диаграмме и находить параметры в начале и конце каждого из них.

Необходимо научиться для любой точки на is-диаграмме, находящейся в зоне влажного, сухого или перегретого пара, определять шесть параметров пара (p, v, T, s, i, u), а для влажного пара еще и седьмой параметр - степень сухости пара. Построив политропный процесс на is-диаграмме, необходимо научиться по параметрам конечных точек определять показатель политропы.

Вопросы для самопроверки

1. Изобразите на vP- и sT-диаграммах изобарный и изохорный процессы для идеального газа.

2. Изобразите на vP и sT-диаграммах изоэнтальпийный и энтропийный процессы для идеального газа.

3. Какие процессы в термодинамике называются основными?

4. Как называется процесс, в котором все подведенное тепло идет на увеличение внутренней энергии?

5. Чему равен показатель адиабаты в изотермическом процессе идеального газа?

6. Как называется процесс, в котором работа совершается только за счет изменения внутренней энергии?

7. Как называется процесс, в котором энтальпия остается неизменной?

8. Изобразите на sT-диаграмме процесс сжатия Pvⁿ и покажите, какими площадками будет изображаться q, u.

9. Изобразите процесс парообразования на vP- и sT-диаграммах.

10. Какой пар называется влажным? Сухим? Перегретым?

11. Какой пар называется насыщенным? Чему равна его степень сухости?

12. Покажите на is-диаграмме критическую точку, - чем она характеризуется?

13. Почему на теплоэлектростанциях с повышением давления перегретого пара возникает экономия топлива?

14. Какими параметрами можно охарактеризовать состояние влажного, сухого и перегретого пара?

15. Что такое скрытая теплота парообразования? Покажите ее на sT- и is-диаграммах для какого-либо одного давления