Зміна внутрішньої енергії, кДж/кг

D U = (і ₂ – Р ₂ v ₂) – (і ₁ – Р ₁ v ₁)

Робота ізотермічного процесу

l _т = q - D U.

В процесі розширення питомий об’єм пари збільшується, тому процеси розширення ідуть зліва направо уверх по ізотермі, а процеси стискування справа наліво вниз.

Адіабатний процес

В адіабатному процесі постійною величиною є ентропія s ₁ = s ₂ = const, тому процес іде по лінії s = сonst. Нехай початковий стан пари задається тиском Р ₁ = 0,2 МПа і температурою t ₁ = 460 ^оС. Пара адіабатно розширюється до тиску Р ₂ = 0,002 МПа. В місці перетину ізобари Р ₁ і ізотерми t ₁ знаходимо початкову точку процесу 1.

Опустившись на осі, визначаємо невідомі раніше параметри пари у точці 1: і ₁=3400кДж/кг, s ₁= s ₂=8,4 кДж/(кг×К). Через точку 1 проходить ізохора v ₁ = 1,7 м³/кг. Із точки 1 рухаємось по ізоентропі s = const до точки перетину з ізобарою Р ₂ = 0,002 МПа і отримуємо кінцеву точку процесу 2. У цій точці параметри пари: і ₂ = 2435 кДж/кг, s ₂ = 8,4 кДж/кг, t ₂ = 18 ^оС. Для визначення температури піднімаємось по ізобарі Р ₂ = 0,002 МПа до лінії х = 1 і визначаємо, яка ізотерма приходить у цю точку, t ₂ = 18 ^оС. Через точку 2 проходить лінія ступеню сухості х ₂ =0,96. Лінія 1-2 визначає теоретичний адіабатний процес розширення водяної пари, який проходить без тертя.

Для адіабатного теоретичного процесу теплота

q _s = 0.

Робота процесу

l _s = q - D U = (і ₁ – Р ₁ v ₁) – (і ₂ – Р ₂ v ₂)

Процеси розширення ідуть зверху вниз, від точки 1 до точки 2, а стискування знизу уверх. У точці 1 пара перегріта, а у точці 2 – волога насичена.

 

Рис. 2.5. Адіабатний процес

Реальні процеси розширення пари такі, наприклад, як витікання через сопла, або розширення на робочих лопатках парової турбіни, через наявність сил тертя між струминами газу та газом і стінкою каналу відхиляються від вертикальної лінії: s = const. Виділена теплота тертя приводить до збільшення ентропії і вихідної ентальпії. Дійсний процес розширення відповідає політропному процесу лінії 1-2 д. Якщо відома величина зменшення ентальпії D і = і _2д – і ₂, то точку 2 д знаходять у місці перетину ізоентальпії і _2д = і ₂ + D і, і ізобари Р ₂. Нехай для нашого прикладу D і = 80 кДж/кг, тоді і _2д = 2435 + 80 = 2515 кДж/кг. Точку 2 д знаходимо у точці перетину ізоентальпи і _2д = 2515 кДж/кг і ізобари Р ₂ = 0,002 МПа. Ентропія в точці 2 д s _2д = 8,67 кДж/(кг×К). Точка 2 д лежить в області вологої насиченої пари. Теоретичній та дійсний процеси наводимо товстими лініями. Незворотність процесу характеризується внутрішнім відносним к.к.д.

Процес дроселювання

Явище пониження тиску при проходженні парою місцевого опору без виконання роботи називається дроселюванням. Процес дроселювання ідеального газу характеризується величиною і = const. Дійсний процес дроселювання – процес незворотній, він умовно зображається пунктирною лінією і = const.

Рис. 2.6. Дроселювання пари

 

Нехай початковий стан пари задається тиском Р ₁ = 0,22МПа і ступеню сухості пари х ₁ = 0,95 (рис.2.6.) Пара дроселюється до тиску Р ₂ = 0,003 МПа. Початкову точку процесу знаходимо у місці перетину ізобари Р ₁ і лінії ступеню сухості х ₁=0,95. Опустившись на осі визначаємо і ₁ = 2600 кДж/кг, s ₁ = 6,82 кДж/(кг×К). Через точку 1 проходить ізохора v ₁ = 0,75 м³/кг. Піднявшись по ізобарі Р ₁ до лінії х = 1 визначаємо ізотерму, яка приходить у цю точку, це t ₁ = 125^оС. Із точки 1 по лінії і ₁ = і ₂ = const рухаємось вправо до перетину з ізобарою Р ₂ = 0,003 МПа і визначаємо кінцеву точку процесу 2. У цій точці і ₂ = і ₁= 2600 кДж/кг, Р ₂= 0,003 МПа, s ₂= 8,76 кДж/кг, t ₂=54 ^оС, v ₂ = 50 м³/кг. У точці 1 пара знаходилась у стані вологої насиченої, а у точці 2 перегрітої. В процесі дроселювання лінія і = const перетинає лінію ступеню сухості пари х = 1, точка А. У цієї точці пара суха насичена і їй відповідає тиск Р _А. Таким чином, при дроселюванні можна отримати суху, вологу і перегріту пари, якщо пара дроселюється з області вологої насиченої. Якщо процес дроселювання буде починатися в області перегрітої пари, то, частіше всього, в кінці дроселювання отримують перегріту пару, особливо тоді, коли точка лежить дещо вище лінії х =1.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

3.1. Користуючись методичними вказівками та і-s діаграмою студенти вивчають та засвоюють лінії діаграми та принцип побудування процесів.

3.2. Для оволодіння методикою користування діаграмою вирішуються задачі на побудування термодинамічних процесів водяної пари в діаграмі.

3.3. Розбирається умова задачі і визначається вид процесу, а також якими параметрами задається початкова та кінцева точки.

3.4. Коротко умова задачі записується у звіт з лівого боку листа. Вихідні дані беруться з таблиці після умови задачі.

3.5. Будується процес в діаграмі.

3.6. З діаграми схематично переноситься побудований процес у звіт і замальовується з правого боку листа навпроти умови задачі.

3.7. Проводяться необхідні розрахунки.

3.8. Вирішується чотири задачі згідно із своїм варіантом і для них проводяться необхідні розрахунки.