Теоретичні основи теплотехніки (стр. 9 из 35)
Стан киплячої абонасиченої рідини відповідає лінії АК.
Параметри киплячої рідини позначають буквами зі штрихами (vr, иr, hr, sr,і т.д). Параметри сухої насиченої пари позначаються буквами з двома штрихами (vrr, иrr, hrr, srr,і т.д.). Параметри вологої насиченої пари позначаються буквами з індексом х (vx, иx, hx sx i тд.). Кількість теплоти, яка необхідна для нагріву рідини до кипіння становить:
qр=hr=ср tk.
Зміна внутрішньої енергії при підігріві води:
∆uав=h-pk(vk-v0)
Зміна єнтротїе процесі а-b
де tn Тn -температуранасичення
Процес пароутворення проходить при постійному тиску і постійній температурі, тобто є одночасно ізобарним і ізотермним
Лінія ВК - називається верхньою пограничною кривою. На лінії ВК х = 1, тобто сука насичена пара.
Кількість теплоти, яка витрачається на пароутворення в процесі b - с, називається теплотою пароутворення r.
r=hS-hr=Tn(sS-sr)
Подібний вигляд має Т - s діаграма водяної пари. Процес підігріву води до температури кипіння майже співпадає з лінією АК. Процес кигіння проходить при постійній температурі (лінія b - с). При подальшому підведенні теплоти температура зростає. Із діаграми (рис .9.1.2) видно, що гри підвищенні температури або тискутеплота пароутворення зменшується
Стан насиченої пари може бути визначеним, якщо крім тиску рн і температури tn буде відомий склад суміші киплячої води і сухої пари, яка характеризується степенню сухості х.
Питомий об'єм вологої пари можна визначити за формулою:
vx=xvS+(1-x)vr.
Дня звичайних умов vr<<vS тому другимдоданком можна знехтувати
Тоді
тобто любаточка ділить відрізок між b і с на частини, пропорційні степені сухості і степені вологості.
Очевидно, що енталшія і ентропія вологої пари може бути підрахована так
hx=hr+rx
Рис. 9.1.2 Т s -діаграма водяної парн
Процес перегріву парн характеризується підвищеннями температури (t > tn ) при постійному тиску з а рахунок додаткового підведення теплоти.
Стан перегрітої гари визначається не одним, а двома незалежними параметрами - тиск омі температурою.
Кількість теплоти, яка необхідна для перегріву 1 кг сухої насиченої пари до необхідної температури при постійному тиску, називається теплотою перегріву qпер:
Або
q=h-hS=cpm(t-tn)
де Срт - середня теплоємність перефітої пари в інтервалі температур від tn до t. Зміна внутрішньої енергії парн буде рівна:
Зміна ентропії в процесі перегріву:
h -s діаграма водяної пари.
Дія практичних розрахунків процесів водяної пари широке застосування одержала h-s діаграма, в якій ентальпія і ентропія вимірюється лінйними відрізками.
На h –s діаграмі нанесені лінії:
- постійного вологовмісту x=const
постійної температури t=const
постійного тиску p=const
- постійного питомого об'єму v=const.
Координатну сітку діаграми утворюють лінії h=const s=const. В області вологої насиченоїпари ізотерми та ізобари співпадають
Рис 9.1.3 h s-діаграма водяної пари
9.2 Термодинамічний процес и у водяній парі
При розгляді різних процесів зміни стануводяної гари можуть зустрітися три випадки:
процес проходить повні стю в області насичення;
процесгроходить повні стю в області перегріву;
процес проходить частково в області насичення і частково в області перегріву.
Розрахунок процесів зміни стану водяної пари, тобто визначення всіх параметрів стану на початку і в кінці процесу, визначення кількості теплоти, роботи і зміни внутрішньої енергії можна визначити аналітично і графічно.
В розрахунках в основному використовується графічний метод, який полягає в знаходженні по hs-діаграмі числових значень пари в початковому і кінцевому станах. Нарис. 9.1.4. Показані термодинамічні процеси в Рv Ts, hs -координатах.
Параметри пари в початковому і кінцевому станах всіх процесів визначаютьпо розміщенні точок 1 i 2.
Рис. 9.1.4 Термоднівлічні процеси у водяній парі: а -ізохорнийпроцес;б -ізобарнийпроцес; в -ізотермічний процес;г - адіабатний процес.
Внутрішню енергію можна визначити за формулою u = h2-рv.
Необхідно відмітити, що перший закон термодинаміки виконується завжди.
Так для ізохорного процесу робота переміщення рівна нулю lv=0, а кількістьпідведеноїтеплотид q=Дu.
В ізобарному процесі qp=h2-h1, а робота розширення 1Р = р(v2-v1).
В ізотермічному процесі водяної пари. Kількість підведеної теплоти можна визначити із рівняння q=T(S2-S1), а робота lт=qт-Дu.
В адіабатичному процесі робота розширення пари чисельно рівна зміні внутрішньої енергії l=u1-u2=- Дu.
10. Вологе повітря
10.1 Параметри вологого повітря
В атмосферному повітрі завжди є певна кількість вологи у вигляді водяної пари. Суміш сухого повітря з водяною парою називається вологим повітрям.
Водяна парау вологому повітрі може бути в насиченому або перегрітому стані. Суміш сухого повітря і насиченої водяної пари називають насиченим вологим повітрям Суміш сухого повітря і перегрітої водяної пари називають ненасиченим вологим повітрям.
Температура, до якої необхідно охолодити ненасичене вологе повітря, щоб перегріта пара стала насиченою, називається температурою точки роси. При подальшому охолодженні вологого повітря (нижче температури точки роси) відбуваєтьсяковденсаціяводяної пари.
В атмосферному повітрі, як правило, пара знаходиться під невеликим парціальним тиском і в перегрітому стані. Тому вологе повітря можна розглядати як суміш ідеальних газів, за винятком того, що при певних умовах буде проходити конденсація водяної пари. Згідно закону Дальтона, тиск вологого повітря, рівний барометричному Рбар, являє собою суму парціальних тисків сухого повітря Рпов і водяної гари Рп , тобто:
Р= Рпов+ Рп
Стан перегріт ої пари в суміші характеризується на Р-v діаграмі точкою A (рис.10.1.1).
Якщо прн незмінній температурі t=сопst збільшувати кількість водяної пари, то її парціальний тиск буде збільшуватись до величини тиску насичення Рк (процес АВ) і пара стане сухою насиченою парою, а відповідно повітря насиченим волоіим повітрям Процесподальшого збільшення кількості водяної пари при t=сопst (процес В-Е) буде супроводжуватись частковою конденсацією, а кількість водяної пари в вологому повітрі буце запишатись незмінною
Рис. 10.1.1. .Р v - діаграма водяної пари в повітрі.
Таким чином, точка В відповідає максимально можливій кількості водяної пари у вологому повітрі при даній температурі, що є границею насичення
Процес насичення може проходити і при незмінній кількості водяної пари, якщо охолоджувати вологе повітря при постійному парціальному тиску водяної пари Рп (процес АС). В точці С пара стає шсиченою і при подальшому незначному зниженню температури створюється туман (випадання роси).
Дня характеристики пароповітряної суміші необхідно знатнії склад. Про склад вологого повітря судять по його вологості і вологовмісгу. Розрізняють абсолютну і відносну вологість.
Абсолютною вологістю повітря називається кількість водяної пари, яка знаходиться в 1м3 вологого повітря, тобто:
(10.2)Оскільки об'єм вологого повітря vвп рівний об'єму пари vп то абсолютні вологість повітря рівна густині водяної пари ρn яка знаходиться у вологому пoвітрі.
Відношення абсолютної вологості ρn до максимально можливої абсолютної вологості ртaх приданому тиску і температурі повітря називається відносною вологістю.
(10.3)Значення ф можуть змінюватися в межах від
= 0 (суке повітря) до =100% (вологе насичене повітря).Враховуючи, що пара, яка знаходиться в повітрі, розглядається як ідеальний газ, відношення густин по ізотермі АВ можна замінити відношенням тисків
(10.4)Парціальний тиск в стані насичення Рn визначають із таблиць насиченої пари за температурою рівній температурі насиченого повітря tп =tn.пов. Парціальний тиск Рп знах одять т акож із таблиць за температурою точки роси.
Оскільки в процесах, які проходять з вологим повітрям (підігрів, охолодження), кількість сухого повітря тс.пов не змінюється, то слід всі питомі величини відносити до 1 кг сухого повітря. Маса водяної пари в 1 кг сухого повітря називається вологовмістом.
(10.5)При прийнятому допущенні про ідеальність водяної пари і повітря можна записати:
Pnvn=mnRnTnPповvпов=mповRповTпов
Вважаючи,що vп=vпов; Тп=Tпов, одержимо:
,Врахуючи, що барометричний тиск
Р= Рпов+ Рп і Рп=
Рпов (10.6)Гостину вологого повітря ρв.пов можна визначити як суму густини пари ρп . і густини сухого повітря ρпов. приїх парціальних тисках. Очевидно,що
