7. Розрахунок процесів водяної пари

Усі процеси, що складають цикл, зображені при визначенні параметрів останньої точки циклу. Розрахунок кожного процесу будемо вести у такій послідовності. По-перше, знайдемо ∆U, ∆H, ∆S у процесі; по-друге, розрахуємо Q, L, Lн; по-третє, складемо енергетичний баланс процесу за І законом термодинаміки, покажемо схему енергобалансу; по-четверте, накреслимо процес у hs-, Ts-, i pv- діаграмах водяної пари.

8. Процес 1-2

По аналогії з ідеальним газом першим йде процес 1-2. Для цього адіабатного процесу простежується різниця властивостей ідеального газу та водяної пари. У процесі 1-2 ідеального газу зміна ентропії рівна нулю. Внутрішня енергія газу і ентальпія залежать тільки від температури. Для водяної пари U=ƒ(T,p) і H=φ(T,p), тобто ∆U та ∆H не будуть мати нульового значення:

_∆U_1-2 = m·(u₂ - u₁) = 5,1237·(2971,887-2618,976) = 1808,21 кДж

_∆H_1-2 = m·(h₂ – h₁) = 5,1237·(3278,247-2823,906) = 2327,906 кДж

Зміна ентропії в процесі 1-2 рівна нулю (_∆S_1-2=0).

Знайдемо характеристики процесу. Незважаючи на природу робочого тіла, у адіабатному процесі, що йде без теплообміну з навколишнім середовищем, теплота дорівнює нулю. Але при розрахунку роботи зміни об’єму та наявної роботи природа робочого тіла виявляє свої властивості. Формули, які використовувалися не підходять. Характеристики процесу знаходяться за І законом термодинаміки Q = _∆U + L або Q = _∆H + L_н. Тоді, якщо Q_1-2=0, отримаємо

L_1-2=-_∆U_1-2=-1808,21кДж

L_н1-2=-_∆Н_1-2=-2327,906 кДж

На основі останніх рівнянь складемо схему енергобалансу.

Зобразимо процес 1-2 у hs-, Ts-, i pv- координатах.

Запишемо отриманні дані в таблицю 4.

Таблиця 4

Процеси	∆Uі, кДж	∆Hі, кДж	∆Sі, кДж/K	Qі, кДж	Lі, кДж	Lні, кДж
1-2	1808,21	2327,906	0	0	-1808,21	-2327,906
2-3	457,511	617,462	10,998	7998,86	7541,269	7381,318
3-4	266,661	336,970	0,3528	266,661	0	-73,49
4-5	-2257,33	-2921,25	-4,7602	-2921,25	-663,914	0
5-1	-275,04	-361,08	-6,539	-3158,81	-2883,77	-2797,73
∑	0	0	0	2185,461	2185,375	2182,192

2. Процес 2-3

Далі йде процес 2-3 – процес ізотермічного розширення. Для цього ізотермічного процесу простежується різниця властивостей ідеального газу та водяної пари. Для водяної пари U=ƒ(T,p) і H=φ(T,p), тобто ∆U та ∆H не будуть мати нульового значення:

_∆U_2-3 = m·(u₃ – u₂) = 5,1237·(3061,18 – 2971,88) = 457,511 кДж

_∆H_2-3 = m·(h₃ – h₂) = 5,1237·(3398,75-3278,24) = 617,462 кДж

Зміна ентропії в процесі 2-3 відмінна від нуля

_∆S_2-3= m·(s₃ – s₂) = 5,1237·(8,65-6,51) = 10,998 кДж/К

За формулою розрахуємо кількість теплоти, що відводиться у процесі

кДж

Згідно І закону термодинаміки

Q = _∆U + L → L_2-3=Q - _∆U_2-3= 7541,269 кДж

Q = _∆H + L_н → L_н2-3=Q - _∆Н_2-3=7381,318 кДж

На основі останніх рівнянь складемо схему енергобалансу.

Зобразимо процес 2-3 у hs-, Ts-, i pv- координатах.

Занесемо отримані дані в таблицю 4.