Text_lektsiy_z_TTD_chastina_1__3-y_sem_ukr_2015

втому числі ізобари та ізохори

Удіаграмі Ts політропа розташовується тим крутіше, чим менше по модулю числове значення cn . Тому, що c p > cv , то ізохора більш крута крива, ніж ізобара.

ЗАУВАЖЕННЯ

1.) Важливо запам'ятати як в p ,v − діаграмі проходять лінії T , s = const , а в T , s − діаграмі лінії p ,v = const .

крутіші, ніж ізотерми

T

s=const

s

0 Лекція №19(СРС) 122

2.) При вивченні T , s − діаграми ІГ слід звернути увагу на те, що в деяких політ-

ропний процесах теплоємність може бути від’ємною величиною

( cn < 0 ).

δq = du + δl - перший закон ТТД du = cv dT - для ІГ

δq − δl = dT знак dT >< 0 cv

cn = δq qT

Знак dT >< 0 залежить не тільки від δq , але і від δl . При δq > 0 може бу-

ти, що dT < 0 (δq < δl .) cn < 0

3.) Покажемо, що ізохори та ізобари ІГ в T , s − діаграмі - еквідистантні (рівно-

віддалені) криві

s=const

1)Звідси (із s > 0 ) p2 < p1 - значення тисків зменшується зліва направо.

2)Ізобари ІГ в T , s − діаграмі - еквідистантні (рівновіддалені) криві.

1)Звідси (із s > 0 ) v2 > v1 - значення питомих обсягів зростає зліва направо.

Цей же висновок робимо з рівняння pv = RT

v ~ 1 , якщо p ↓ , то v ↑ . p

2) Ізохори ІГ в T , s − діаграмі - еквідистантні (рівновіддалені) криві.

ВИСНОВОК ЗА ТЕМОЮ 4

1.) Вміти по двом незалежним параметрами знаходити інші термічні і калоричні. Важливо знати, що:

Пам'ятати:

а) зміна параметрів, як характеристик стану не залежить від характеру процесу; б) u , h, s не залежать від початку відліку калоричних параметрів.

2.) Характеристики процесу ( q , l , l n , l тех ): потрібно знати вихідні рівняння (1-й і

2-й закони ТТД) і яким чином з них виходять вихідні рівняння для конкретних процесів.

3.) Наочні графічні ілюстрації:

вміти зображати процеси в p ,v − діаграмах і T , s − діаграмах із завданням точок. Особливо важливо знати, як в p ,v − діаграмі розташовуються лінії T , s = const ,а в T , s − діаграмі розташовуються лінії (криві) p ,v = const .

4.) Дуже важливо знати додатки 1-го 2-го законів до адіабатних машин і теплооб-

мінників; розуміти особливості протікання процесів в них з ІГ.

5.) Знати структуру задачі на рівноважні процеси (Лекція № 17), осмислити дії, що випливають з цієї структури. Вміти знаходити 2-й невідомий параметр в тій крайній точці процесу, де відомий один. Для цього використовуються рівняння зв'язку, що випливають з рівняння процесів. Знати рівняння процесів, вміти їх виводити і переходити від них до рівнянь зв'язку. Звернути увагу, що для ізоентропного процесу рівняння зв'язку отримано для двох випадків:

РОЗДІЛ №5. РЕАЛЬНІ ГАЗИ І ПРОЦЕСИ З НИМИ.

5.1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ. ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ РГ.

РГ відрізняється від ІГ наявністю сил взаємодії між молекулами і проявом розмірів са-

мих часток.

Z= 1 + B(T ) + C (T ) + D(T ) + ... ; где: B ,C , D - віріальні v v 2 v 3

(силові) коефіцієнти; визначаються за допомогою теорії і експерименту для одно-

рідного РГ. Найчастіше це рівняння записується у вигляді:

Вихідними рівняннями для визначення h,u, s є диференціальні рівняння (Розділ 3).

При їх інтегруванні використовуються термічне рівняння у віріальній формі, а також відомос-

ті по теплоємності РГ. При інтегруванні вирішується питання про початок відліку. Для водя-

ної пари, як РГ, в якості початку відліку для калоричних параметрів вибрані параметри

потрійної точки pA ≈ 610 Па t A = 0 ,010 C

Отримані дані по термічним і калоричним параметрам зводять в таблиці

або будують масштабні діаграми. Наше завдання - зрозуміти структуру і зміст цих матеріалів і навчитися по двом незалежним параметрам (частіше p ,T ) ви-

значати всі інші.

5.2 ФАЗОВА ДІАГРАММА p ,T .

Проведемо експеримент: при постійному

(див. рис.2) точку, що відповідає початку плавлення і відповідну температуру

Tпл (p) (температура плавлення). Поки речовина повністю не розплавиться і не перетвориться на рідину, його температура не змінюватиметься. Температура рідкої фази збільшуватиметься до появи першої парової бульбашки. Відзначимо на p − T діаграмі цю точку, що відповідає початку кипіння і відповідну темпера-

туру Ts (p) = Tн (p) - температура кипіння (насичення) при даному тиску. В

цьому випадку говорять, що рідина знаходиться в стані кипіння або насичення.

Кипляча рідина називається - насичена рідина (НР). При подальшому підведен-

ні теплоти відбувається процес власне пароутворення. Частина рідини перетво-

рюється на пару, що не містить рідкої фази, але що має температуру T , що дорі-

внює температурі насичення при даному тиску Ts (p) = Tн (p). Така пара назива-

ється суха насичена пара (СНП).

Суміш СНП і НР називається - вологою насиченою парою (ВНП).

СНП

ВНП

НЖ

Рис.3

Процес пароутворення при даному p = const и T = const відбуватиметься до тих пір, поки вся рідина не википить до останньої краплі, тобто доки ми не отримаємо СНП. Подальше підведення теплоти викличе підвищення температури пари.

Виконавши експеримент при різних тисках, об'єднаємо характерні точки.

pЗакритическая область p>pкр

Рис.4

При вивченні РГ вельми важливо розрізняти області фазових станів:

Тверде тіло – (Т)

Рідке тіло (Рідина) – (Р)

Газоподібне тіло – (Г),

а також області рівноважного співіснування цих фазових станів:

СА - крива плавлення.Tпл = T ( p). Будь-яка точка на цій лінії - рівноважне спі-

віснування Т і Р.

ДА – крива сублімації. Співіснування Т и Г.

АК – крива паротворення. Співіснування Р и Г.

При даному тиску p = const процес паротворення протікає при пос-

тійній температурі T = const , яка залежить від тиску.

т. А – потрійна точка. (співіснують три фази Т, Р та Г).

зом.

На лінії АК співіснують дві фази Р + Г. Суміш називається вологою насиченою парою. (ВНП). Кожна фаза ВНП називається насиченою.

Пором зазвичай називають РГ в області його рівноваги з рідиною (лінія

АК), а також газоподібний стан, близький до АК.

Область зліва від лінії АК - рідина, недогріта до температури насичення при да-

ному тиску.

Область праворуч від лінії АК - перегріта пара. Міра перегріву - t − ts (p) при да-

ному тиску.

З цього місця матеріал наданий для студентів як СРС до Лекції №20

5.3 ФАЗОВА p,v - ДІАГРАМА ВОДЯНОЇ ПАРИ.

Проведемо експеримент:

Візьмемо 1 кг води (РГ) при ta0 = t A = 0 ,010 C (приблиз. 00С) і помістимо в циліндр

з поршнем, певної постійної ваги (для забезпечення постійного тиску в діапазоні

PA < P < Pкр , наприклад p ≈ 1бар). При такому тиску і температурі стан води - не-

догріта рідина, оскільки тиску p = 1бар відповідає температура насичення

t s ( p) = tн (p) = 99 ,6 0C ≈ 100 0C (легко запам'ятати!). Підводитимемо тепло.

Розглянемо 3 стадії переходу недогрітої рідини в перегріту пару (рис.1) та на-

несемо характерні точки в координатах p − v (рис. 2)

а) б) в) г) д) Рис.1 Стадії підводу теплоти при генерації пари та відповідні стани води

НР - насичена рідина; СНПсуха насичена пара; ВНП - волога насичена пара (суміш НР та ВНП); ПП – перегріта пара.

Рис.2

I-я стадія: ( a0 − a / ) – нагрів рідини від холодного стану ( a0 ) до стану насиченої рідини (НР) – ( a / ).

При підводі теплоти температура рідини підвищуватиметься до досягнення тем-

ператури кипіння (насичення) при даному тиску – т. a / - насичена (кипляча) рідина.

Проміжний стан між a0 и a / - недогріта до t s рідина при даному P .

II-я стадія: ( a / − a // ) – власне пароутворення при P = const та ts ( p) = const .

Якщо до насиченої рідини НР (точка a / ) далі підводити теплоту

то відбувається процес пароутворення. При цьому температура постійна і залежить лише від P . Тобто, кожному тиску відповідає своя температура пароутворення (кипіння). Процес пароутворення продовжується до тих пір, поки не википить остання крапля рідини (точка a // ).

В точці a // отримаємо пару, що не містить рідкої фази, але що має температуру t = t s (p) - суха насичена пара (СНП).

У проміжку a / − a // - суміш ВНП - волога насичена пара (ВНП= суміш НР+СНП)

Розділимо обидві частини рівняння на m x

1 = m / m x + m // m x

Масова доля СНП у вологій насиченій парі (ВНП) називається мірою су-

хості x:

x показує масу СНП, що знаходиться в 1 кг ВНП.

Аналогічно:

Якщо на в координатах p − v всі три точки a / ,a x ,a // знаходяться окремо одна від одної, то в діаграмі p ,T всі три точки a / ,a x ,a // зливаються в одну (див.

рис.2).

III-я стадія: ( a // − a ) - перегрів пари.

Якщо до СНП підводити теплоту при даному P = const , то температура T

збільшується при даному p

ta − t s (p)= t - степінь перегріву,

Стан робочого тіла правіше точки a / / в координатах p − v - перегріта пара.

Аналогічно проведемо експеримент при інших тисках з нанесенням хара-

ктерних точок. Об'єднавши однойменні точки, отримаємо характерні лінії (кри-

ві).

а) A / E будь-яка точка на цій лінії - холодна рідина. t = t A = 0 ,010 C , тобто

A / E - ізотерма, t = t A = const ; лінія майже вертикальна, оскільки об'єм рідини ма-

ло залежить від p при t = const .

б) A / K - будь-яка точка на цій лінії -НР (насичена рідина) при даному p

(нижня погранична крива). A / K - злегка похила, що відображає залежність v

от t .

в) A // K - будь-яка точка на цій лінії - СНП (суха насичена пара) при дано-

му p (верхня погранична крива, або крива СНП). A // K - дуже полога і відобра-

жає існуючу залежність об'єму газоподібного стану від тиску.

На діаграмі pv можна виділити області:

а) при p > pкр - закритична область (немає відмінності між рідиною і па-

рою).

б) при pA ≤ p ≤ pкр -докритична область:

EA / K - область недогрітої рідини;

A / KA // A / - область ВНП;

праворуч від KA // - область перегрітої пари.