Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Теплотехника. Практика 1.doc
Скачиваний:
48
Добавлен:
25.03.2016
Размер:
1.69 Mб
Скачать

1 Основы технической термодинамики

Параметры состояния термодинамической системы. Уравнение состояния рабочего тела.

В качестве рабочего тела в тепловых машинах используют газы и пары, обладающие способностью легко и быстро расширяться или сжиматься.

Физическое состояние рабочего тела определяется время основными параметрами состояния: температурой, давлением и удельным объемом.

Температура характеризует степень нагретости тела и измеряется в градусах. В настоящее время используются три температурные шкалы: абсолютная или термодинамическая шкала – Т, К, практическая международная шкала – t, °С, шкала Ференгейта – t, °F.

Термодинамическая шкала установлена по температуре абсолютного нуля и тройной точки воды, равной 273,16 К, при которой могут существовать одновременно лед, вода и пар. Эту шкалу называют еще и абсолютной, так как температура измерения по ней не зависит от свойства теплоносителя. Цена деления шкалы в градусах Цельсия совпадает с ценой деления шкалы Кельвина (I К = I °С).

Численные значения температуры, определяемые по этим шкалам связаны соотношением:

Т, К = t, °С + 273,15, 1.1

По шкале Фаренгейта, применяемой в Англии и США, температура плавления льда 32 °F и температура кипения воды при нормальных физических условиях (р 0 =I0I325 Па, Т0=273,15 К) равна 2120 F следовательно

t°C= ∙(t°F­32) , 1.2

Давление – это сила, действующая по нормали на единицу поверхности.

p = , 1.3

где F – сила , нормальная к поверхности и равномерно распределенная по поверхности площадью А.

Единицей давления в системе СИ является Паскаль (1 Па=1Н/м2).

Очень часто в технике для практических измерений используют высоту столба жидкости. В основном применяется в качестве жидкости вода, спирт или ртуть. Полезно вспомнить, что при 0°C или 273,16 К.

I мм вод. ст.= 9,81 Па I мм рт. ст.= 133,3 Па

За параметр состояния в термодинамике принимают абсолютное давление.

Абсолютное давление обычно, подчитывается по показаниям двух приборов.

Если давление больше атмосферного, то оно измеряется манометром и абсолютное давление равно

pа=pб+pи, 1.4

где pб – атмосферное давление, измеренное барометром;

pи – показание манометра, измеряющего избыточное давление,

Если pбpа , то pа=pб-pв, 1.5

где pв – показание вакуумметра, измеряющего разряжение.

Удельный объем тела:

, 1.6

где v- удельный объем, м3/кг;

V – полный объем, м3;

m – масса тела, кг.

Величина, обратная удельному объему называется плотностью вещества:

, 1.7

где - масса единицы, кг/м3.

Уравнение состояние тела устанавливают зависимость между параметрами состояния. Для идеального газа уравнение состояния выражается законом Клапейрона:

Для 1 кг газа

R0∙T, 1.8

Для m кг газа:

∙R0∙T. 1.9

Для моля идеального газа уравнение предложено Менделеевым и имеет вид

=М∙R0∙Т=R∙T, 1.10

где V – объем моля газа, м3/кмоль;

R0 – газовая постоянная, Дж/(кгК);

М – молекулярная масса, кг/кмоль;

R – универсальная газовая постоянная; её значение для всех газов 8314,3 Дж/(кмоль∙К)

При нормальных физических условиях любой килограмм-моль газа занимает объем V=22,4 м3/кмоль. Поэтому для вычисления их удельного объема в м3/кг при этих условиях можно использовать зависимость

, 1.11

Газовая постоянная отдельного газа определяется по выражению

,1.12

Объем газа V, находящегося при произвольных физических условиях ( и Т) может быть приведен к нормальным физическим условиям () по формуле

, 1.13

Значения удельной газовой постоянной, молекулярной массы и плотности при нормальных условиях для наиболее распространенных газов приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1 Значение М, R0 и 0 при нормальных условиях некоторых газов.

Наименование газа

Химическое обозначение

Молекулярная масса М, кг/кмоль

Удельная газовая постоянная R0, Дж/(кг∙К)

Плотность при нормальных

ф. у. ρ0, кг,м3

Воздух

­­-

28,96

287,0

1,293

Кислород

О2

32,00

259,68

1,429

Азот

N2

28,03

269,8

1,251

Аммиак

NH3

17,03

488,3

0,771

Аргон

Az

39,99

208,2

1,783

Атмосферный воздух

-

28,16

(295,3)

(1,257)

Водород

Н2

2,02

4124,0

0,090

Водяной пар

Н 2О

18,02

(461,0)

(0,804)

Гелий

На

4,00

2078

0,179

Окись углерода

СО

28,01

296,8

1,260

Двуокись углерода

СО2

44,01

188,9

1,907

Сернистый газ

О2

64,06

129,0

2,926

Метан

СН4

16,03

518,8

0,51

Этилен

С 2Н4

28,05

296,6

1,251

Коксиный газ

-

11,50

721,0

0,515

Примечание:

  1. Атмосферный азот – углекислый газ, состоящий из азота воздуха вместе с двуокисью углерода и редкими газами, содержащимися в воздухе.

  2. Приведение водяного пара к нормальному состоянию является условным.