Термодинамика потока: истечение газов и паров из сопл.

Течение без теплообмена с окружающей средой наз. адиабатным. В случае отсутствия трения будет иметь место обратимое адиабатное течение потока. В случае учёта трения – необратимое.

Основные законы для потока:

1) уравнение неразрывности: F1ω1ρ1 = F2ω2ρ2;

F – площадь сечения канала,

ω – скорость истечения среды,

ρ – плотность потока.

Или можно переписать:

dρ/ρ+dω/ω+dF/F=0.

2)уравнение импульсов:

dP=-ρ•ω•dω – для потока сплошной среды.

Физический смысл: поток ускоряется всегда в сторону уменьшения давления. Если поток изменяется, давление всегда растёт.

Уравнение 1-го закона для стационарного потока в общем случае имеет вид:

Q=(U2-U1)+(p2V2-p1V1)+LT+G(ω22/2-ω12/2)+Gg(H2-H1);

Н – изменение высоты потока по его оси.

di+dω2/2=0 – уравнение энергии потока.

Разница работ, которые совершают силы в каждом сечении (они направлены навстречу друг другу), соответствует затратам энергии, необходимой для перемещения потока из сечения 1-1 в сечение 2-2. эта разница называется работой процесса проталкивания.

dLПР=(pFω)-[(p+dp)(F+dF)(ω+dω)].

Скорость потока определяется как: ω=√2000•(i1-i2)

Скоростью звука называется скорость распределения звуковых волн. Волной называется некоторое слабое возмущение физического параметра, характеризующего данный поток.

В суживающемся сопле dF<0, значит в нём поток будет ускоряться до тех пор, пока не достигнет скорости звука, но пересечь звуковой барьер не может. Истечение из таких сопл делится на 2 режима: дозвуковой и звуковой.Сопло Лаваля предназначено для получения сверхзвукового потока и для его использования необходимо выполнить условие π < πКР.

8 Основные процессы с реальными газами на примере водяного пара и их расчет с помощью таблиц и диаграмм: изобарный процесс (конденсатор, охладитель конденсата, охладитель перегрева).

Процессы с реальным газом

Изобарный процесс:

Доминирует в практике, все процессы рассматриваются как квазиизобарные.

Есть различные варианты протекания процесса, связанные с тем, в каких областях состояния протекает процесс

1 Самый простой вариант, когда процесс начинается и заканчивается в однофазной области, причем заканчивается в той же однофазной области что и начинается.

Расчет энергетических характеристик по таблицам:

Одна из точек определяется двумя параметрами, к-е позволяют найти

	P1
t	v	i	s
t1	v1	i1	s1

 

По диаграмме:

2)Если же процесс начинается и заканчивается в двухфазной области, то для расчета надо использовать таблицы жидкости: жидкость и насыщенный пар.(в них будут такие параметры как(t_s, v’,i’,s’, v’’,i’’,s’’)

s_x= s’(1-x)+ s’’x

i _x= i’(1-x)+ i’’x

v_x= v’(1-x)+ v’’x

u_x= u’(1-x)+ u’’x

q=i₂-i₁=r*∆x

3)процесс начинается в однофазной области, заканчивается в двыухфазной

Теплота процесса определяется разностью энтальпий.

Пример рассмотрим систему ОХЛАДИТЕЛЬ КОНДЕНСАТА- КОНДЕНСАТОР

Баланс энергии всей системы ∑ W’=∑ W’’, Q_пр=Q_расх

Баланс всей системы

D_п·i_п +G_в1·i_в1= D_ок·i_ок+ G_в2·i_в2+ G_в2·i_в2 (D_п= D_ок)

Q_ос=%Q_полезн

Баланс конденсатора:
D_п·i_1п+ G_в·i_в2= G_к·i_к^’+ G_в·i_в3+ Q_ос

баланс охладителя конденсата:

G_к·i_к^’+ G_в·i_в1= G_ок·i_ок+ G_в2·i_в2+ Q_ос

 

 

 

 

9 Основные процессы с реальными газами на примере водяного пара и их расчет с помощью таблиц и диаграмм: изобарный процесс (испаритель, пароперегреватель, экономайзер).

Изобарный процесс – термодинамический процесс, происходящий при постоянном давлении в системе.

Вид уравнения: p = const

В изобарном процессе количество подводимой теплоты определяется разностью энтальпий:

dq = di - vdp

При dp=0 получаем: dq = di

q = i₂ - i₁

Рассмотрим изобарный процесс, протекающий в котле утилизаторе.

Вода поступает в водяной экономайзер ЭК с температурой Т1, где нагревается до температуры, близкой к температуре насыщения Т2. Перепад tн.эк = 10-15гр.С. Затем вода переходит в парообразное состояние в испарителе до состояния насыщенного пара(однако может переходить и в область влажного пара). Температура ts определяется давлением насыщения. Перепад tн зависит от самого котлоагрегата. В современных котлах – 40гр.С и более. Затем в пароперегревателе пар перегревается до требуемой температуры Т4, определяемой технологией или параметрами пара на входе в паровую турбину. Дымовые газы охлаждаются от температуры 1г до 4г. Начальная температура 1г определяется параметрами уходящих газов термодинамического двигателя. Температура ДГ в точке 3г никогда не может опуститься ниже температуры насыщения воды при данном давлении. Температура газов после экономайзера находиться в пределах 120-160гр.С. Это связано с предотвращением конденсации дымовых газов. В последнее время получают достаточное распространение конденсационные котлы малой и средней мощности с температурой уходящих газов 60-90гр.С

 

 

 

10. Основные процессы с реальными газами на примере водяного пара и их расчет с помощью таблиц и диаграмм: адиабатный процесс (турбина и детандер, насос, вентилятор).

 

 

 

 

 

11.Влажный воздух: основные понятия и характеристики влажного воздуха. Расчетные зависимости для газовой постоянной, кажущейся молярной массы, плотности, теплоемкости, энтальпии влажного воздуха.

 

В воздухе всегда содержится то или иное количество влаги в виде водяного пара. Такую смесь сухого воздуха с водяным паром называют влажным воздухом. Т.к. обычно расчёты, связанные с влажным воздухом выполняются при давлениях, близких к атмосферному, и парциальное давление пара в нём невелико, то с достаточной точностью можно применять к влажному пару все формулы, полученные для идеальных газов. Поэтому принимается, что влажный воздух подчиняется уравнению состояния идеальных газов:

pV = MRT,

а так же закону Дальтона:

р=р_B+p_П, где Р – давление влажного воздуха;

р_В – парциальное давление сухого воздуха;

р_П – парциальное давление пара.

Состав влажного воздуха обычно задаётся влагосодержанием d, [кг воды/кг сух.воздуха]

Абсолютная влажность – это масса водяных паров, содержащихся в 1 м³ водяных паров. Абсолютная влажность совпадает с плотностью пара при температуре влажного воздуха и при парциальном давлении водяных паров во влажном воздухе.

Отношение абсолютной влажности к максимально возможной абсолютной влажности при данной температуре называется относительной влажностью.

Во влажном воздухе показание термометра зависит: от состояния влажного воздуха; от состояния датчика температуры. Поэтому показания прибора будут различны и соответствуют следующим 3-м понятиям: температура сухого термометра – показания прибора, датчик которого сухой; мокрого термометра; температура точки росы. Название последней объясняется тем, что при температуре точки росы влажный воздух становится насыщенным, содержащим максимально возможное количество водяных паров при данной температуре и избыточная влага из него выпадает на холодной поверхности.

 

Плотность влажного воздуха может быть определена по соотношению

ρ_вв = ρ_св + ρ_п

где плотности компонентов рассчитываются по уравнению состояния идеального газа

ρ_св = р_св/(R_свТ_вв),

ρ_п = р_п/(R_пТ_вв).

Газовые постоянные сухого воздуха и водяного пара определяются соотношением

R_св = R_μ/μ_св,

R_п = R_μ/μ_п.

Молярные массы равны для воды μ_п = 18,016 кг/кмоль, для сухого воздуха принимается μ_св ≈ 28,95 кг/кмоль.

Газовая постоянная влажного воздуха может быть рассчитана с помощью соотношений

R_вв = g_свR_св + g_пR_п.

R_вв = R_μ/ (r_св⋅ μ_св + r_п⋅ μ_п).

Кажущаяся малярная масса расчитывается по следующей формуле
μ_вв =28,95-10,93φР_sп/Р_вв

Удельная массовая теплоемкость влажного воздуха относится, как и влагосодержание, на килограмм сухого воздуха, содержащегося в нем. Изобарная теплоемкость определяется выражением, если известны изобарные теплоемкость сухого воздуха с_рсв и теплоемкость пара с_рп

с_р = с_рсв + с_рп⋅d.

В первом приближении можно принимать с_рсв ≈ 1 кДж/(кг⋅К), с_рп ≈ 1,96 кДж/(кг⋅К). Тогда для влажного воздуха при атмосферных условиях можно испрользовать

с_р ≈ 1 + 1,96⋅d.

Аналогично определяется энтальпия влажного воздуха

h_вв = h_св + h_п⋅d.

Знтальпия перегретого пара определяется тремя слагаемыми

h_п ≈ 4,187⋅t_s + r + c_pп⋅(t – t_s).

В интервале температур 0÷100°С, с точностью преемлемой в инженерных расчетах, можно считать

r ≈ 2501 – 2,3⋅t_s, кДж/кг.

с учетом всех соотношений можно записать

h_п ≈ 2501 + 1,96⋅t;

h_вв ≈ t + (2501 + 1,96⋅t)⋅d.