Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара.

В ряде технических установок применяется смесь воздуха с водяным паром. Эту смесь называют влажным воздухом. Если пар, входящий в состав смеси, находится

в перегретом состоянии (т, е. когда его температура выше конденсации при данном парциальном давлении пара), то такая смесь называется ненасыщенным влажным воздухом. Смесь, состоящую из воздуха и насыщенного водяного пара, называют насыщенным влажным воздухом. Смесь влажного пара с воздухом, т. е. когда имеются

частицы сконденсированного пара, находящиеся во взвешенном состоянии и выпадающие в виде росы, называют пересыщенным влажным воздухом. воздуха будет

равна -ре конденсации находящегося в нем пара.Эту называют температурой т.росы.

Парциальное давление пара будет равным давлению насыщения, соответствующему

Если. парциальное давление окажется,точасть пара сконденсируется и выпадет в виде капель влаги (росы). Если же парциальное давление пара в воздухе р_П р_Н, то пар находится в перегретом состоянии.

Количество водяного пара в смеси в граммах, приходящееся на 1 кг сухого воздуха, называется влагосодержанием (d г/кг).

Масса водяного пара, отнесенная к 1 м³ влажного воздуха, называется абс. влажностью.

Отношение абсолютной влажности к максимально возможной абсолютной влажности р_Н при той же температуре воздуха называется относительной влажностью.

j = =,где r_н – плотность сухого насыщенного пара, р_п – парциальное давление пара

Если пар в воздухе влажный насыщенный, то j = 1, если пар в воздухе перегрет, тоj < 1.

Параметры влажного воздуха. Основными показателями, характеризующими состояние влажного воздуха, являются: влагосодержание d, относительная влажность j, энтальпия i (относимая обычно к 1 кг сухого воздуха) и плотность р.

Пусть имеется V м³ влажного воздуха с общим барометрическим давлением В и Т.

Парциальное давление пара обозначим через р_П, а парциальное давление сухого воздуха — через. Тогда р_П + р_В = В.

Запишем уравнение Клапейрона отдельно для пара и сухого воздуха:

р_П V_П = и р_В V_В = где V_П = V_В= V(2). Разделив (1) на (2) и учитывая, что отношение массы пара к массе сухого воздуха равно d, получим:

= d, р_В = В – р_П, получим:. d = 0,622, кг/кг

где В— давление влажного воздуха; р_П — парциальное давление пара.

Плотность влажного воздуха представляет собой сумму плотностей пара исухого воздуха

 

где - плотность водяного пара при температуре, равной температуре влажного воздуха Т и давлении р_П; – плотность сухого воздуха при давлении р_В и температуре Т.

Т.к. d =, получим: (1 + d)

Энтальпия влажного воздуха определяется как сумма энтальпии 1 кг сухого воздуха и энтальпии d кг водяного пара, т. е. I =, кдж/кг сухого воздуха,

где - энтальпия 1 кг водяного пара при давлении и температуре смеси;

- энтальпия 1 кг сухого воздуха при температуре смеси Т.

В приближенных термодинамических расчетах можно энтальпию влажного воздуха подсчитывать по ф.: Н = t + (2500 + 1,96 t)d (кДж/кг).

Газовая постоянная и плотность влажного воздуха могут быть вычислены по ф.:

R = 8314/(8,96 – 10,94р_Н /р),

= (28,96 р – 10,94 р_п)/8314 ∙ Т. Газовая постоянная влажного воздуха всегда газовой постоянной сухого воздуха и плотность влаж. воздуха всегда плотности сухого воздуха

 

 

2. Поршневые двигатели внутреннего сгорания.

Поршневой двигатель — двигатель внутреннего сгорания, в котором тепловая энергия расширяющихся газов, образовавшаяся в результате сгорания топлива в замкнутом объёме, преобразуется в механическую работу поступательного движения поршня за счёт расширения рабочего тела (газообразных продуктов сгорания топлива) в цилиндре, в который вставлен поршень.
Поступательное движение поршня преобразуется во вращение коленчатого вала кривошипно-шатунным механизмом.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания сегодня является самым распространённым тепловым двигателем. Он используется для привода средств наземного, воздушного и водного транспорта, боевой, сельскохозяйственной и строительной техники, электрогенераторов, компрессоров, водяных насосов, помп, моторизованного инструмента (бензорезок (бензо-болгарок), газонокосилок, бензопил) и прочих машин, как мобильных, так и стационарных, и производится в мире ежегодно в количестве нескольких десятков миллионов изделий.

Мощность поршневых двигателей внутреннего сгорания колеблется в пределах от нескольких ватт (двигатели авиа-, мото- и судомоделей) до 75 000 кВт(судовые двигатели).

В качестве топлива в поршневых двигателях внутреннего сгорания используются:

жидкости — бензин, дизельное топливо, спирты, биодизель;

газы — сжиженный газ, природный газ, водород, газообразные продукты крекинга нефти, биогаз;

монооксид углерода, вырабатываемый в газогенераторе, входящем в состав топливной системы двигателя, из твёрдого топлива (угля, торфа, древесины).

Полный цикл работы двигателя складывается из последовательности тактов — однонаправленных поступательных ходов поршня. Различают двухтактные ичетырёхтактные двигатели.
Число цилиндров в разных поршневых двигателях колеблется от 1-го до 24-х. Объём цилиндра — это произведение площади поперечного сечения цилиндра на ход поршня. Суммарный объём всех цилиндров обычно называют объёмом двигателя. По способу смесеобразования делятся:

Двигатели с внешним смесеобразованием. Воспламенение воздушно-топливной смеси может выполняться электроискровым разрядом, вырабатываемымсистемой зажигания (например, автомобильный Бензиновый двигатель внутреннего сгорания). Двигатели с внешним смесеобразованием могут работать на газообразном топливе (природный газ, био и другие условно-бесплатные газы);

Двигатели с внутренним смесеобразованием (воспламенение от сжатия рабочего тела). Эти двигатели, в свою очередь, подразделяются на:

Дизельные, работающие на дизельном топливе или природном газе (с добавлением 5 % дизельного топлива для обеспечения воспламенения топливной смеси). В этих двигателях сжатию подвергается только воздух, а при достижении поршнем точки максимального сжатия в камеру сгорания впрыскиваеся топливо, которое воспламеняется при контакте с воздухом, нагретым при сжатии до температуры в несколько сотен градусов Цельсия.

Компрессионные двигатели. В них, в отличие от дизельных, топливо подается вместе с воздухом (как в бензиновых двигателях). Такие двигатели требуют особого состава топлива (обычно в его основе — диэтиловый эфир) и точной регулировки степени сжатия, так как от нее зависит момент воспламенения смеси. Компрессионные двигатели используются главным образом в авиа- и автомоделях;

Калильные двигатели. Схожи по принципу действия с компрессионными, но имеют калильную свечу, накал которой поддерживается за счёт сгорания топлива на предыдущем такте.Такие двигатели также требуют особого состава топлива (обычно в его основе — метанол, касторовое масло и нитрометан). Используются главным образом в авиа- и автомоделях;

Воспламенение от горячих частей двигателя (калоризаторные), обычно — днища поршня. Приводные двигатели прокатных станов (топливо-мартеновский газ).

Двигатели с внутренним смесеобразованием имеют (как в теории, так и на практике) более высокий КПД и вращающий момент за счёт более высокой степени сжатия.

В рамках технической термодинамики работа поршневых двигателей внутреннего сгорания в зависимости от особенностей их циклограмм описывается термодинамическими циклами Отто, Дизеля, Тринклера, Аткинсона или Миллера.

Эффективный КПД поршневого ДВС не превышает 60%. Остальная тепловая энергия распределяется, в основном, между теплом выхлопных газов и нагревом конструкции двигателя. Поскольку последняя доля весьма существенна, поршневые ДВС нуждаются в системе интенсивного охлаждения. Различают системы охлаждения:

воздушные, отдающие избыточное тепло окружающему воздуху через ребристую внешнюю поверхность цилиндров; используются в двигателях сравнительно небольшой мощности (десятки л.с.), или в более мощных авиационных двигателях, работающих в быстром потоке воздуха;

жидкостные, в которых охлаждающая жидкость (вода, масло или антифриз) прокачивается через рубашку охлаждения (каналы, созданные в стенках блока цилиндров), и затем поступает в радиатор охлаждения, в котором теплоноситель охлаждается потоком воздуха, созданным вентилятором. Иногда в жидкостных системах в качестве теплоносителя используется металлический натрий, расплавляемый теплом двигателя при его прогреве.

 

Процесс парообразование в PV, и TS диаграммах, выглядит следующим образом:

а) в Pv-диаграмме, б) в Ts-диаграмме,

1-2 — адиабатное расширение пара в турбине;

2-3 — изобарно-изотермическая конденсация влажного пара в конденсаторе (Р2 - const, t2 = const);

3 – 3’— адиабатное сжатие воды в насосе, т.к. вода практически не сжимается, этот процесс можно считать и изохорным (данный процесс показан только на Pv - диаграмме);

3(3’) -4 — изобарный процесс подогрева воды в экономайзере парогенератора (P1 = const);

4-1 — изобарно-изотермический процесс парообразования в парогенераторе (P1= const, t1 = const).

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №9