- •Глава 6 водяной пар и его свойства
- •§6.1. Основные понятия и определения
- •§ 6.2. Термодинамическая фазовая рТ – диаграмма. Уравнение клапейрона - клаузиуса
- •§ 6.6. Основные параметры воды и водяного пара
- •§ 6.7. Процессы изменения состояния водяного пара в pν -,ts - и is -диаграммах
- •§ 6.8. Влажный воздух. Абсолютная влажность, влагосодержание и относительная влажность воздуха
- •§ 6.9. Теплоемкость и энтальпия влажного воздуха
- •Глава 7 термодинамика газового потока
- •§ 7.1. Уравнение энергии газового потока
- •§7.2. Располагаемая работа газового потока
- •§ 7.3. Основные закономерности соплового и диффузорного адиабатного течения газа
- •§ 7.4. Истечение идеального газа из суживающихся сопел
- •§ 7.5 Истечение идеального газа из комбинированного сопла лаваля
- •§ 7.6. Расчет истечения реальных газов и паров
- •7.7 Адиабатное дросселирование
- •§ 7.8. Дроссельный эффект (эффект джоуля-томсона)
- •§ 7.9. Газовые смеси
- •Глава 8 компрессорные машины
- •§ 8.1. Мощность привода и коэффициенты полезного действия компрессора
- •§ 8.2. Многоступенчатый компрессор
- •Глава 9 циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •§ 9.1. Краткие исторические сведения
- •§ 9.2. Классификация двс
- •§ 9.3. Циклы двс с подводом теплоты при постоянном объёме
- •§9.4. Циклы двс с подводом теплоты при постоянном давлении
- •§ 9.5. Циклы двс со смешанным подводом теплоты
- •Глава 10 циклы газотурбинных установок и реактивных двигателей
- •§ 10.1. Циклы гту с подводом теплоты при постоянном давлении
- •§10.2. Циклы гту с подводом теплоты при постоянном объеме
- •§ 10.3. Методы повышения термического кпд гту
- •§ 10.4. Циклы реактивных двигателей. Жидкостные реактивные двигатели
- •10.5. Воздушно-реактивные двигатели
- •§ 10.6. Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель
- •§ 10.7. Компрессорные воздушно-реактивные двигатели
- •§ 10.8. Термодинамические методы сравнения циклов тепловых двигателей
- •Глава 11 циклы паросиловых установок мгд-генератор
- •§ 11.1. Цикл карно во влажном паре и его недостатки
- •§ 11.2. Основной цикл псу-цикл ренкина
- •§ 11.3. Полезная работа цикла ренкина. Работа питательного насоса
- •§ 11.4. Термический кпд цикла ренкина
- •§ 11.5. Влияние параметров пара на термический кпд цикла ренкина
- •§ 11.6. Промежуточный перегрев пара
- •§ 11.7. Регенеративный цикл паросиловой установки
- •§ 11.8. Бинарные (двойные) циклы
- •§ 11.9. Циклы парогазовых установок
- •§ 11.10. Циклы атомных электростанций
- •§ 11.11. Циклы электрических станций с магнитогидродинамическими генераторами
- •Глава 12 циклы холодильных машин
- •§12.1. Цикл воздушной холодильной установки
- •§ 12.2. Цикл паровой компрессорной холодильной установки
- •§ 12.3. Цикл холодильной установки абсорбционного типа
- •§ 12.4. Цикл пароэжекторной холодильной установки
- •§ 12.5. Тепловой насос
- •§ 12.6. Вихревая труба
- •§ 12.7. Термотрансформаторы
- •Глава 13 элементы химической термодинамики
- •§ 13.1. Классификация химических реакций
- •§13.2. Первый закон термодинамики в применении к химическим реакциям
- •§ 13.3. Тепловой эффект реакции
- •§ 13.4. Теплоты химических реакций
- •§ 13.5. Закон гесса
- •§13.6..Закон кирхгофа
- •§ 13.7. Применение второго закона термодинамики к химическим процессам
- •§ 13.8. Изохорно-изотермический и изобарно-изотермический потенциалы
- •§13.9. Максимальная работа реакции
- •§ 13.10. Уравнения максимальной работы (уравнения гиббса-гельмгольца)
- •13.11. Химический потенциал
- •§ 13.12. Условия равновесия в изолированных однородных (гомогенных) системах
- •§ 13.13. Условия равновесия в изолированных неоднородных (гетерогенных) системах и химических реакциях
- •§13.14. Равновесие в химических реакциях
- •§ 13.15. Закон действующих масс. Константы равновесия химических реакций
- •§ 13.16. Термическая диссоциация. Степень диссоциации
- •§ 13.17. Зависимость между константой равновесия и степенью диссоциации
- •§ 13.18. Зависимость между константой равновесия и максимальной работой. Уравнение изотермы химической реакции
- •§ 13.19. Влияние температуры реакции на химическое равновесие. Принцип ле-шателье
- •§ 13.20, Тепловая теорема нернста. Третье начало термодинамики
- •§ 13.21. Третье начало термодинамики в формулировке планка (постулат планка)
§ 6.6. Основные параметры воды и водяного пара
Ввиду практической несжимаемости воды можно допустить, что удельный объем воды при 0°С не зависит от давления и равен ν'0= 0,001 м3/кг. При температуре 0°С и соответствующем давлении насыщения р = 0,000611 МПа внутренняя энергия, энтальпия и энтропия условно принимаются равными нулю.
.
Количество теплоты, которое требуется для нагрева воды от 0°С до температуры кипения при постоянном давлении определяется по формуле
(6.1)
или при t0= 0
где ср - средняя теплоемкость воды в интервале температур от 0° С до температуры кипения ts при данном давлении (ср = 4,1865 кДж/(кг.К)).
Первый закон термодинамики для изобарного процесса подогрева воды имеет вид
, (6.2)
где - внутренняя энергия воды при температуре кипения; =0; - работа расширения воды при ее нагреве, определяемая по формуле
,
где - удельный объем воды при температуре 0° С; - удельный объем при температуре кипения.
Так как удельный объем воды при ее нагреве изменяется незначительно (см. рис.6.2), то можно принять ≈ 0. Тогда из (6.2.) получим
.
Количество теплоты, необходимое для нагрева воды до температуры кипения, может быть найдено также по формуле
или, так как i'0 = 0
q'=i'
где - удельная энтальпия воды при температуре кипения. На графике рис. 6.5 i' определяется площадью под кривой процесса 1-2.
Рис. 6..5
Увеличение энтропии жидкости при ее нагреве от 0° С до температуры кипения находится по формуле
, (6.3)
где; - энтропия воды при температуре кипения.
Согласно второму закону термодинамики для обратимых процессов
.
Так как dq = cpdT, то
, (6.4)
где ср = 4,1865 кДж/(кг.К).
Учитывая (6.4), формула (6.3) будет
.
Количество теплоты, затрачиваемое на превращение в пар 1 кг воды, нагретой до температуры кипения, называется удельной теплотой парообразования и обозначается r. Теплота парообразования зависит от температуры и давления и с их возрастанием он уменьшается, обращаясь в ноль в критической точке.
По первому закону термодинамики
,
где и"- внутренняя энергия сухого насыщенного пара; l" = p(ν" - ν') - работа расширения в процессе парообразования (работа против внешних сил).
Разность энергий u"- u' называется внутренней теплотой парообразования. Таким образом, теплота парообразования затрачивается на работу против внутренних и внешних сил.
Так как процесс парообразования идет при постоянном давлении, то
,
где энтальпия сухого насыщенного пара.
Теплота парообразования r в Ts- координатах определяется площадью под линией процесса 2-3 (рис.6.5).
Удельная энтропия сухого насыщенного пара определяется по формуле
,
или
.
Если при парообразовании получается влажный пар со степенью сухости х, например в точке N (рис.6.5), его энтропия sx будет
,
или
.
Степень сухости влажного пара при данном давлении будет
.
Связь между удельными объемами жидкости и пара на линии насыщения (линия АК, рис.6.2) и , давлением насыщенного пара температурой насыщения Ts и скрытой удельной теплотой парообразования r, устанавливается уравнением Клапейрона - Клаузиуса (см.§ 6.2)
.
Удельный объем влажного насыщенного пара при известной степени сухости находится по формуле
.
Так как удельный объем воды мал по сравнению с удельным объемом пара , то при достаточно больших степенях сухости (x=0,9 и более) и невысоких давлениях первым членом в формуле (6,5) можно пренебречь.
Тогда
.
Удельная энтальпия влажного насыщенного пара (x < 1) находится по формуле
.
Учитывая, что , последняя формула будет
,
где rx – теплота, расходуемая на превращение кипящей воды во влажный насыщенный пар со степенью сухости x (p=const).
Для перегрева пара характерно то, что его температура выше температуры насыщения Ts (при
ps =const) и удельный объем его больше удельного объема сухого насыщенного пара.
Количество теплоты, затрачиваемое для перевода сухого насыщенного пара (ps =const) и перегретый с температурой Tп, называется теплотой перегрева, определяемой по формуле
,
или
,
где cpm – средняя массовая изобарная теплоемкость перегретого пара. Величина qп в Ts – диаграмме определяется площадью под кривой 3-4 (рис. 6.5).
Формула для энтальпии перегретого пара будет
.
Эта величина называется полной теплотой перегретого пара.
Теплоту перегрева qп можно также найти по первому закон термодинамики
,
где - изменение внутренней энергии в процессе перегрева; - работа расширения в изобарном процессе расширения пара.
Изменение энтропии в процессе перегрева пара будет
.
Отсюда, учитывая что
,
получим
.
Все рассмотренные выше параметры влажного, сухого насыщенного и перегретого паров в зависимости от температуры и давления приводятся в специальных таблицах водяного пара [9,16].