- •Методичні вказівки і контрольні завдання
- •1. Методичні вказівки
- •2. Приклади вирішення задач Загальні вказівки
- •А. Рівняння стану ідеального газу
- •Б. Теплоємність газів
- •В. Газові суміші
- •Г. Термодинамічні процеси ідеального газу
- •Д. Термодинамічні процеси зміни стану водяної пари
- •Е. Паливо. Матеріальний і тепловий баланси процесу горіння
- •Контрольні завдання з курсу «енерготехнологія хіміко-технологічних процесів» Домашнє завдання № 1
- •Література
- •Домашнє завдання № 2
- •Література
Д. Термодинамічні процеси зміни стану водяної пари
Водяна пара – робоче тіло в парових турбінах і машинах, теплоносій в різних теплообмінниках і т.д. Водяна пара не може розглядатися як ідеальний газ і до неї не застосовні залежності, отримані для ідеальних газів, в тих випадках, коли вони є робочим тілом парових установок.
Графічне зображення термодинамічних процесів з водяною парою
Ізохорний процес (V=const ). На P-V – діаграмі ізохору зображують відрізком прямої, паралельної осі ординат; на T-S – діаграмі - в області вологої насиченої пари - кривою лінією з опуклістю вгору, а в області перегрітої пари - опуклістю вниз.
Ізобарний процес (P=const). На P-V–діаграмі ізобару зображують горизонтальною прямою лінією; на T-S–діаграмі - в області вологої пари ізобара є одночасно і ізотермою, і її зображають горизонтальною прямою; в області перегрітої пари - кривою з опуклістю вниз; на I-S - діаграмі в області вологої пари – це похила пряма, а в області перегрітої пари - крива з опуклістю вниз.
Ізотермічний процес (T=const). На P-V-діаграмі ізотерму зображають в області вологої пари горизонтальною прямою, в області перегрітої пари - кривою з опуклістю вниз; на T-S - діаграмі - це горизонтальна пряма. В I-S-діаграмі в області вологої пари ізотерма співпадає з ізобарою, а в області перегрітої пари її зображають кривою з опуклістю вгору.
Адіабатний процес. На P-V-діаграмі адіабату зображають кривою з опуклістю вниз, що йде в області вологої пари більш полого, ніж в області перегрітої пари; на T-S і I-S-діаграмах – це вертикальні прямі.
Основні розрахункові формули для процесів, в яких водяна пара є робочим тілом, зведені в табл. 2.2.
Таблиця 2.2
Основні розрахункові формули
Значення параметрів для сухої насиченої пари, води і перегрітої пари беруть з таблиць водяної пари.
Значення параметрів вологої насиченої пари визначають по таких формулах:
vx = v'(1-x) + v"x; ix = i'(1-x) + i"x; Sx = S'(1-x) + S"x;
де x - ступінь сухості; v', i', S' і v'', i'', S'' – питомий об'єм, ентальпія і ентропія відповідно киплячої рідині і сухої насиченої пари (беруть з таблиць водяної пари).
Необхідні значення параметрів для будь-якої пари також можуть бути визначені по I-S - діаграмі, але з меншою точністю.
Приклад 10. Визначте кількість теплоти, що підводиться до 2 кг вологої насиченої пари в процесі v=const при P=5,5 бар і ступені сухості x=0,9 для отримання сухої насиченої пари.
Рішення. Теплота, що підводиться Qv = ΔU = U2 - U1; U1 = M (i1 - P1 v1);
U2=M (i2-P2 v2).
ПоI-S- діаграмі водяної пари знаходимо:
i1=608 кДж/кг; i2=660 кДж/кг;
v1=0,3 м3/кг; v2=0,3 м3/кг; P2=6,4 бара.
Тоді
Qυ = U2 - U1 = 5115 – 4750 = 365кДж.
Приклад 11. Визначте кількість теплоти, що витрачається на перегрів 5 кг вологої насиченої пари із ступенем сухості x=0,98приР=const=30 бар дотемператури t= 450 °С.
Рішення. По I-S - діаграмі водяної пари знаходимо:
i1 = 660 ккал/кг;
i2 = 798 ккал/кг.
Тоді Qp=M(i2-i1) = 5·4,19(798-660) = 2880 кДж.
Приклад 12. 1кг вологої насиченої пари при P1=15 баріx1= 0,8 изотермічнорозширюється доP2= 8 бар. Визначте кількість теплоти, зміну внутрішньої енергії і роботу розширення.
Рішення. По I-S - діаграмі знаходимо:
v1 = 0,105 м3/кг; v2 = 0,25 м3/кг;
i1 = 573 ккал/кг; i2 = 676 ккал/кг;
S1 = 1,34 ккал/(кг·град);
S2= 1,62 ккал/(кг·град).
Кількість теплоти:
Q=T(S2-S1) = (198 + 273)·(1,62 - 1,34)·4,19 = =552 кДж/кг.
Внутрішня енергія в початковому стані:
.
Внутрішня енергія в кінцевому стані:
.
Робота розширення
і = q – ΔU = 552 – (2630-2242) 552 – 388 = 164 кДж/кг.