Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Термодинамические процессы реальных газов
Рассмотрим принцип построения р, v-диаграммы воды и водяного пара. Проследим за процессом парообразования и изменением объема воды, если к ней подводить тепло при постоянном давлении р1. Точка a1, лежащая на изобаре p1 = const, характеризует состояние воды при 0 °С. Участок a1 – b1 (рис. 4.1) соответствует подогреву воды до температуры кипения. Процесс парообразования b1 – с1 происходит при постоянной температуре насыщения, пока не выкипит вся вода (точка с1). Далее идет перегрев пара с1 – d1. Повысив давление до р2, а затем до р3 и т. д., можно получить аналогичные характерные точки. Линия, соединяющая точки а1 а2, а3, …, характеризует состояние воды при 0 °С. В силу малой сжимаемости жидкости она практически вертикальна. Левая ветвь кривой, соединяющая точки b1, b2, b3, …, отражает состояние воды в момент начала кипения. Она разделяет области жидкости и влажного пара и называется нижней пограничной кривой. Правая ветвь, проходящая через точки с1, с2, с3, …, является линией сухого насыщенного пара, которая отделяет области влажного и перегретого пара. Она называется верхней пограничной кривой. С ростом давления пограничные кривые сближаются, а затем сходятся в точке К, называемой критической. В этой точке исчезает видимое различие между жидкостью и паром. Критические параметры для каждого вещества имеют вполне определенные значения. Для воды ркр = 221,15 бар; tкр = 374,12 °С; vкр = 0,003147 м3/кг. Влажный пар, занимающий на диаграмме область между пограничными кривыми, представляет собой механическую смесь пара и капелек воды. Содержание пара в этой смеси оценивается степенью сухости , (4.2) где Мп и Мв – масса пара и воды в смеси. В начале кипения x = 0, в конце парообразования х = 1. Основные параметры кипящей воды v', h', s' и сухого насыщенного пара v", h", s" приведены в таблице работы [4] в зависимости от температуры насыщения tн или давления насыщения рн. Для перегретого пара также существуют таблицы, пользуясь которыми можно по двум известным параметрам – температуре и давлению – найти для данного состояния удельный объем, энтальпию и энтропию пара. В области же влажного пара при 0 < х < 1 параметры определяются расчетом. Так, удельный объем влажного пара складывается из удельных объемов воды (1 – x)v' и пара хv", т. е.
. (4.3) Заметим, что первое слагаемое существенно меньше второго, поэтому им часто пренебрегают, считая v ≈ xv". Аналогично рассуждая, можно получить формулу энтальпии влажного пара: (4.4) или . (4.5) Разность энтальпий h" – h' представляет собой количество тепла, необходимое для превращения 1 кг воды в пар при некотором давлении р = const. Оно называется теплотой парообразования: r = h" – h'. Тогда выражение (4.5) можно записать в виде: . (4.6) Формула для определения энтропии влажного пара по аналогии с уравнением (4.5) имеет вид: . (4.7) Внутренняя энергия пара определяется из выражения: , (4.8) которое справедливо для любого состояния воды и водяного пара. За начало отсчета внутренней энергии и энтропии принята тройная точка воды, т. е. такое состояние, в котором Н2О находится одновременно в трех фазах. Энтальпию воды в этой точке тоже можно принимать равной нулю. Остальные параметры тройной точки: р = 0,0061 бар; v = 0,001 м3/кг; t = 0,01 °C. Рассмотрим характер и расположение изобар воды и водяного пара в Т, s-диаграмме. Если подводить тепло при р = const, то элементарное изменение энтропии можно записать в виде: . (4.9) Интегрируя уравнение (4.9) в пределах от T0 = 273,15 K до Т и учитывая, что при температуре Т0 энтропия равна нулю, получаем . (4.10)
Полученное уравнение отражает логарифмический характер изобары нагревания воды в Т, s-координатах. Начало этой изобары независимо от величины давления находится в точке а (рис. 4.2), отстоящей от начала координат на величину T0 = 273,15 K. Температура кипения увеличивается с ростом давления, поэтому точки b1 b2, b3, …, характеризующие начало парообразования при соответствующих давлениях, находятся на различных температурных уровнях. В области влажного пара изобара совпадает с изотермой и располагается горизонтально. Характер изобары в области перегретого пара можно проанализировать, переписав выражение (4.9) в виде: . (4.11) Ошибка! Ошибка связи. Рис. 4.2 Рис. 4.3 Наклон кривой p = const, характеризуемый производной dT / ds, определяется температурой перегрева и теплоемкостью перегретого пара. Вблизи состояния насыщения сp имеет большие значения, затем уменьшается и при высокой температуре зависимость ср от Т становится незначительной. Изобары вблизи точек с1 c2, с3 идут сравнительно полого, затем крутизна их увеличивается, характер кривой приближается к экспоненциальной. Таким образом, линия изобарного процесса нагрева воды, парообразования и перегрева пара имеет ломаный ступенчатый характер с горизонтальным участком в области влажного пара. Поскольку площадь под любым процессом в Т, s-диаграмме характеризует количество подведенного пли отведенного тепла, то площадь под участком кривой ab1 (см. рис. 4.2) отражает количество тепла, пошедшего на нагревание воды от Т0 до температуры кипения. При изобарном нагревании воды qa–b1 = hb1 – ha. Так как ha = 0, то энтальпия h' точки b1 численно равна площади под изобарой ab1. Точно так же площадь под процессом кипения b1c1 равна теплоте парообразования r = h" – h', а энтальпия точки с1 h" = h' + r. Тепло, затраченное на перегрев пара, равно площади под процессом с1d1. Тепловая диаграмма T, s полезна при анализе термодинамических процессов и циклов. Однако для расчетов более удобна диаграмма состояния h, s, позволяющая определять энтальпии точек не в виде площадей, а в виде отрезков. Построение диаграммы производится следующим образом. По табличным значениям h', s', h", s" строят пограничные кривые x = 0 и х = 1 (рис. 4.3). Точки равных давлений соединяют прямыми линиями, которые в области влажного пара образуют веерообразный пучок прямых, исходящих из начала координат. Одновременно эти прямые являются изотермами. Из уравнения . (4.12) Поскольку в области влажного пара T = const, то наклон изобары в h, s-диаграмме постоянен, причем он растет с увеличением Т. Уравнение (4.12) дает объяснение и положению критической точки К, которая в h, s-диаграмме не лежит в вершине пограничной кривой. Действительно, тангенс угла наклона касательной в точке К будет равен Tкр, в то время как в Т, s-диаграмме . В области перегретого пара температура его растет, поэтому изобары становятся нелинейными с увеличивающейся кривизной. Изотермы расходятся с изобарами и по мере удаления от пограничной кривой x = l становятся почти горизонтальными.
Часто в h, s-диаграмме наносятся и изохоры, которые проходят несколько круче изобар. В области влажного пара строятся линии постоянной сухости Расчет того или иного процесса обычно сводится к определению недостающих параметров начала и конца процесса, вычислению тепла q1–2, изменения внутренней энергии Du1–2 и работы l1–2. Изохорный процесс v = const подвода тепла располагается в h, s-диаграмме (рис. 4.4) круче изобар. Точка 1 может быть задана давлением pl (или температурой t1) и степенью сухости x1. Состояние точки 2 в области перегретого пара обычно задается давлением р2 или температурой t2. Ошибка! Ошибка связи. Ошибка! Ошибка связи. Рис. 4.4 Рис. 4.5 Поскольку для изохоры l1–2 = 0, то q1–2 = Du1–2, или . (4.13) В изобарном процессе 1 – 2 (рис. 4.5) ; (4.14) . (4.15) Работа процесса . (4.16) Тепло изотермического процесса (рис. 4.6) определяется по формуле: . (4.17) Изменение внутренней энергии . (4.18) Работа изотермического процесса . (4.19) Адиабатный процесс, осуществляющийся при s = const, проходит вертикально (рис. 4.7). Этому процессу характерно q1–2 = 0, поэтому . (4.20) Ошибка! Ошибка связи. Ошибка! Ошибка связи. Рис. 4.6 Рис. 4.7
Влажный воздух Влажный воздух представляет собой смесь сухого воздуха и водяного пара. Смесь сухого воздуха и насыщенного водяного пара называется насыщен-ным влажным воздухом.
Смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара называется ненасыщенным влажным воздухом. Температура, до которой необходимо охлаждать ненасыщенный влажный воздух, чтобы, содержащийся в нем перегретый пар стал насыщенным, называется температурой точки росы. При дальнейшем охлаждении влажного воздуха (ниже температуры точки росы) происходит конденсация водяного пара. Влагосодержание, абсолютная и относительная влажность. Масса пара в 1 м3 влажного воздуха, численно равная плотности пара rп при парциальном давлении рп, называется абсолютной влажностью. Отношение действительной абсолютной влажности воздуха rп к максимально возможной абсолютной влажности rs при той же температуре называют относительной влажностью и обозначают через j: , где рп – парциальное давление водяного пара во влажном воздухе; рs – максимально возможное парциальное давление водяного пара при данной температуре. Для сухого воздуха j=0, для насыщенного воздуха j=100%. Величина относительной влажности сама по себе полностью не характеризует содержание пара во влажном воздухе, для этого еще нужно знать температуру влажного воздуха, однозначно определяющую величину р s. Отношение массы водяного пара Мп, содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого воздуха Мв называется влагосодержанием воздуха и измеряется в килограммах на килограмм: . Определяя массы сухого воздуха и водяного пара из уравнения состояния идеального газа, и учитывая что рп=jрs, mп=18,06 кг/моль и mв=28,95 кг/кмоль, то , где р – внешнее давление.
|
||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-05-12; просмотров: 51; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.133.144.197 (0.026 с.) |