Читальный зал -->  Изменение энтропии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

Величина г называется теплотой парообразования и определяет количество теплоты, необходимое для превращения одного килограмма воды в сухой насыщенный пар той же температуры.

Приращение энтропии в процессе парообразования определяется формулой

За нулевое состояние, от которого отсчитываются величины s, 5 , принято состояние воды в тройной точке. Так как состояние кипящей воды и сухого насыщенного пара определяется только одним параметром, то по известному давлению или температуре из таблиц воды и водяного пара берутся значения v, и , h, h . s. s , г.

Удельный объем и. энтропия s и энтальпия влажного насыщенного пара определяются по правилу аддитивности. Поскольку в 1 кг влажного пара содержится х кг сухого и кг кипящей воды, то

v, = xv +(\-x)v = v + x{v - V).

(4.29)

Аналогично = s + X (s - s) = s + xr/Ts-, (4.30)

h = h+x (h -h) =/г-f л;/-. (4.31)

Непосредственно из таблиц взять параметры влажного пара нельзя. Их определяют по приведенным выше формулам по заданному давлению (или температуре) и степени сухости.

Однофазные состояния некипящей воды и перегретого пара задаются двумя параметрами. По заданным давлению и температуре из таблиц воды и перегретого пара находят значения v, h, s.

Т, s-диаграмма водяного пара. Для исследования различных процессов с водяным паром кроме таблиц используется Т, 5-диаграмма (рис. 4.7). Она строится путем переноса числовых данных таблиц водяного пара в Т, .s-координаты.

Состояние воды в тройной точке (so = 0; 70 = 273,16 К) изображается в диаграмме точкой А. Откладывая на диаграмме для разных температур зна-

р= const

Рис. 4.7. Т, .s-диаграмма видямо10 пара

чения s и s , получим нижнюю и верхнюю пограничные кривые. Влево от нижней пограничной кривой располагается область жидкости, между пограничными кривыми - двухфазная область влажного насыщенного пара, вправо и вверх от верхней пограничной кривой - область перегретого пара.

На диаграмму наносят изобары, изо-хоры и линии постоянной степени сухости, для чего каждую изобару аа делят на одинаковое число частей и соединяют соответствующие точки линиями JC = const. Область диаграммы, лежащая ниже нулевой изотермы, отвечает различным состояниям смеси пар + лед.

h, s-диаграмма водяного пара. Если за независимые параметры, определяющие состояние рабочего тела, принять энтропию S н энтальпию fi, то каждое состояние можно изобразить точкой на h, s-диаграмме.

На рис. 4.8 изображена h, s-диаграмма для водяного пара, которая строится путем переноса числовых данных таблиц водяного пара в h, s-координаты.

За начало координат принято состояние воды в тройной точке. Откладывая на диаграмме для различных давлений значения s и А для воды при температуре кипения, а также s и h для сухого насыщенного пара, получаем нижнюк и верхнюю пограничные кривые.

Изобары в двухфазной области влажного пара представляют собой пучок расходящихся прямых. Действительно, в процессе р = const ds = (>qp/T = dh/T,

Рис. 4.8. Л, s-диаграмма водяного пара

или {dh/ds)p=T, т.е. тангенс угла наклона изобары в h, s-координатах численно равен абсолютной температуре данного состояния. Так как в области насыиде-ния изобара совпадает с изотермой, тангенс угла наклона постоянен и изобара является прямой. Чем выше давление насыш,ения, тем выше температура, тем больше тангенс угла наклона изобары, поэтому в области насыщения прямые р = const расходятся. Чем больше давление, тем выше лежит изобара. Критическая точка К лежит не на вершине, как это было в р, у- и Т, s-диаграммах, а на левом склоне пограничной кривой.

В области перегрева температура пара (при постоянном давлении) растет с увеличением s примерно по логарифмической кривой и крутизна изобары увеличивается. Аналогичный характер имеют изобары и в области воды, но они идут так близко от пограничной кривой, что практически сливаются с ней.

При низких давлениях и относительно высоких температурах перегретый пар по своим свойствам близок к идеальному газу. Так как в изотермическом процессе энтальпия идеального газа не изменяется, изотермы сильно перегретого пара идут горизонтально. При приближении к области насыщения, т. е. к верхней пограничной кривой, свойства перегретого пара значительно отклоняются от свойств идеального газа и изотермы искривляются.

В h, s-диаграмме водяного пара нанесены также линии у = const, идущие круче изобар.

Обычно всю диаграмму не выполняют, а строят только ее верхнюю часть, наиболее употребительную в практике расчетов. Это дает возможность изображать ее в более крупном масштабе.

Для любой точки на этой диаграмме можно найти р, V, /, h, s, х. Большое достоинство диаграммы состоит в том, что количество теплоты в изобарном процессе равно разности ординат конечной и начальной точек процесса и изображается отрезком вертикальной прямой, а не площадью как в Т, s-диаграмме, поэтому А, s-диаграмма исключительно широко используется при проведении тепловых расчетов.

Основные термодинамические процессы водяного пара. Для анализа работы паросиловых установок существенное значение имеют изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы. Расчет этих процессов можно выполнить либо с помощью таблицы воды и водяного пара, либо с помощью /г, s-диаграммы. Первый способ более точен, но второй более прост и нагляден.

Общий метод расчета по А, 5~диаг-рамме состоит в следующем. По известным параметрам наносится начальное состояние рабочего тела, затем проводится линия процесса и определяются его параметры в конечном состоянии. Далее вычисляется изменение внутренней энергии, определяются количества теплоты и работы в заданном процессе.

Изохорный процесс (рис. 4.9). Из диаграммы на рисунке видно, что нагре-

T-const

Рис. 4.9. Изохорный процесс водяного пара

ванием при постоянном объеме влажный пар можно перевести в сухой насыщенный и перегретый. Охлаждением его можно сконденсировать, но не до конца, так как при каком угодно низком давлении над жидкостью всегда находится некоторое количество насыщенного пара. Это означает, что изохора не пересекает нижнюю пограничную кривую.

Изменение внутренней энергии водяного пара при t) = const

Aw = - u, =(/i2 - p.,v.,) - (A, - Pi t;,).

(4.32)

Данная формула справедлива и для всех без исключения остальных термодинамических процессов.

В изохорном процессе работа 1 = 0, поэтому подведенная теплота расходуется (в соответствии с первым законом термодинамики) на увеличение внутренней энергии пара:

q = u.2 - Ui. (4.33)

Изобарный процесс (рис. 4.10). При подводе теплоты к влажному насыщенному пару его степень сухости увеличивается и он (при постоянной температуре) переходит в сухой, а при дальнейшем подводе теплоты - в перегретый пар (температура пара при этом растет). При отводе теплоты влажный пар конденсируется при 7s = const.

Полученная в процессе теплота равна разности энтальпий:

q = h -h,. (4.34)

Работа процесса подсчитывается по формуле

/ = p(t)2-ti)- (4.35)

Рис. 4.11. Изотермический процесс водяного пара

Изотермический процесс (рис 4.11). Внутренняя энергия водяного пара в процессе 7 = const не остается постоянной (как у идеального газа), так как изменяется ее потенциальная составляющая. Величина Ли находится по формуле (4.32).

Количество полученной в изотермическом процессе теплоты равно

Q = T{s.i - St).

(4.36)

Работа расширения определяется из первого закона термодинамики:

l = q-S.u.

(4.37)

Адиабатный процесс (рис. 4.12). При адиабатном расширении давление и температура пара уменьшаются и перегретый пар становится сначала сухим, а затем влажным. Работа адиабатного процесса определяется выражением

/= - Au = u - u. = (7i -pv) -

-(/г.-ргз). (4.38)

T-const

Тчюп.й

Рис. 4.10. Изобарный процесс водяного пара Рис. 4.12. Адиабатный процесс водяного пара

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.