1-13_Lection_TOT

3

Розглянуті процеси вважаються оборотними.

1.Ізохорний процес

Зрівняння стану ідеального газу pv=RT при v=const одержуємо

Tp Rv f (v) const . Це співвідношення називається законом Шарля.

Відповідно до закону Шарля, при v=const тиск газу змінюється прямо про-

Наявна (корисна ) зовнішня робота l Н дорівнює

p2

lН vdp v( p2 p1 )

p1

Основне рівняння 1 закону термодинаміки при dl=0 приймає вид

δ q du cv dt

Кількість теплоти, яка підводиться у процесі при постійній теплоємності дорівнює

q cv (t2 t1 ) u2 u1

при змінній теплоємності

qv cv dt cvm t02 t2 cvm t01 t1 u2 u1 ,

якщо в процесі приймає участь m кг або V м3 газу, то:

Qv U v mcvm t2 t1 Vн c / vm t2 t1

Vн –кількість газу в м3 за н.у. ( Р=101,325 кПа, T=273,15 К)

Оскільки в 1 м3 газу міститься в залежності від параметрів його стану різна кількість газу, то прийнято відносити 1 м3 газу до н.у.

Зміна ентропії визначається з рівняння

5

q= l q1-2 =l1-2

Кількість підведеної до робочого тіла теплоти чисельно дорівнює роботі

зміни об’єму.

Питома робота зміни об’єму дорівнює, враховуючи, що p v=p1 v1

Питома наявна зовнішня робота визначається по формулі

Тобто в ізотермічному процесі ідеального газу ця робота дорівнює роботі зміни

Теплота в ізотермічному процесі дорівнює q=T(s2-s1).

4. Адіабатний процес

Процес, що протікає без підведення і відведення теплоти, тобто при відсутнос-

ті теплообміну тіла з навколишнім середовищем, називають адіабатним. Для оде-

ржання адіабатного процесу необхідною й обов'язковою умовою є q=0, і отже, q=0.

Оборотний адіабатний процес можна здійснити в циліндрі з абсолютно нетеп-

лопровідними стінками при нескінченно повільному переміщенні поршня.

Виведемо рівняння адіабати. З рівнянь 1 закону термодинаміки маємо

9

1

Лекція 6

Реальні гази. Основні поняття і визначення.

Робочим тілом ТЕТУ є реальні гази і пари. Гази, у яких не можна знехтува-

ти силами взаємодії між молекулами й об’ємами самих молекул, наз. реальними.

Рівняння стану для ідеальних газів Pv =RT для реальних газів непридатно.

Відмінність властивостей реальних газів від ідеальних характеризується відношенням Pv /RT =z, що називається коефіцієнтом стисливості. Для ідеального газу z= 1, а для реального газу z залежить від температури і тиску газу, причому може бути і більше 1, і менше 1.

Між молекулами реального газу діють сили притягання, що зменшують тиск газу на стінки посудини, а наявність сил відштовхування перешкоджає щільному зближенню молекул.

Найпростішим рівнянням стану реального газу з урахуванням поправок на сили взаємодії між його молекулами і впливу об’єму молекул є рівняння Ван-дер-

Ваальса

(P va2 )(V b) RT ,

де a/v2 – характеризує внутрішній тиск газу, обумовлений силами взаємного притягання його молекул;

V-b –вільний об’єм, тобто об’єм простору в якому переміщуються молекули

газу.

a,b –характеризують природу газу.

Отримане рівняння з якісної сторони добре описує стан реального газу, але виконані розрахунки не завжди збігаються з експериментальними даними.

Всі існуючі рівняння реального газу складні й в інженерних розрахунках широкого застосування не знайшли. Для інженерних розрахунків використову-

ються довідкові таблиці і діаграми.

Представником реального газу є водяна пара, яка є найбільш розповсюдже-

ним теплоносієм у більшості енергетичних установок.

2

Водяна пара має ряд переваг у порівнянні з іншими теплоносіями:

1)нетоксична;

2)вибухобезпечна;

3)проста в одержанні.

Водяна пара має відносно гарні т/д властивості: має велику теплоємність і

теплоту пароутворення.

Способи одержання водяної пари

Одержання пари з рідини може здійснюватися двома шляхами: випарову-

ванням чи кипінням.

Випаровуванням, наз. пароутворення, що відбувається тільки з вільної

поверхні рідини і при будь-якій температурі рідини.

Кипінням, наз. інтенсивне пароутворення по всій масі рідини, що

відбувається при підведенні рідині через стінку посудини визначеної кількості те-

плоти.

Процес кипіння починається при досягненні рідиною визначеної темпера-

тури, що наз. температурою кипіння (насичення) tн і протягом усього процесу залишається незмінної при незмінному тиску. Значення tн залежить від природи речовини і тиску, чим вище р тим, вище tн . Тиск, відповідний температурі tн, наз.

тиском насичення рн.

Зворотний процес переходу пари в рідкий стан, що супроводжується

відводом теплоти, наз. конденсацією.

Процес одержання водяної пари

Для технічних потреб водяну пару одержують у парових котлах ( котлоагрегатах), де спеціально підтримується постійний тиск. Найпростіша схема котлоагрегату показана на мал.6.1.

Вода з джерела водопостачання ДВ надходить на ХВО, де хімічно очищається ( видаляються солі). Далі вода надходить на систему регенеративного підігріву живильної води РПЖВ. Звідти на деаератор Д, де відбувається термічна обробка води для видалення вільно розчинених агресивних газів( кисень, водень). Потім вода з Д подається насосом 1 у підігрівник( водяний економайзер) 2, де за рахунок теплоти димових газів (штрихові лінії)

3

підігріваєся до температури tн. З економайзера вода попадає через барабан 5 і опускні труби 4 у систему випарних труб 3, що розташовані в топці котла. У випарних трубах за рахунок підведення теплоти від продуктів згоряння частина води перетворюється в пару, пароводяна суміш, що утворилася повертається в барабан 5, де розділяється на суху насичену пару і воду, що знову повертається у випарний контур. Підйом пароводяної суміші в кип'ятильних трубах здійснюється за рахунок різниці густини води ( в опускних трубах) і пароводяної суміші (у кип'ятильних трубах). Отримана таким чином суха насичена пара з верхньої частини барабана надходить у пароперегрівник 6. Тут суха насичена пара за рахунок теплоти гарячих димових газів перегрівається до необхідної температури перегрітої пари t.

Таким чином, процес одержання перегрітої пари складається з 3-х послідовних стадій: підігрів води до tн, пароутворення і перегрів пари до необхідної t. Усі ці процеси протікають при р=const.

Аналіз 3-х стадій одержання перегрітої пари

Розглянемо процес одержання пари у фазових діаграмах P-v,T-s, h-s

1) Процес підігріву води до температури насичення.

Початком відліку u=0, h=0, s=0 прийнято вважати потрійну точку, у якій рідина знаходиться в 3-х своїх агрегатних станах: у твердому, рідкому і

газоподібному (точка А). Зневажаючи впливом тиску на зміну об’єму води, вва-

жають для всіх станів її на лінії АА1 v0=0.001 м3/кг; u 0= 0, h0 =0, s0 =0

PА = 0.00061 МПа; TА =273,16 К ( tА =0.01 ос); vА = 0.001 м3/кг

За початкову температуру води, що надходить у к/а при будь-якому тиску приймаємо т. а- tа . Тоді лінія АА1 – відповідає станам холодної рідини при різних тисках (ізотерма холодної рідини). Лінія АА1 являє собою майже вертикальну