Диаграммы водяного пара

В инженерной практике для определения параметров состояния и анализа процессов используются не только таблицы водяного пара, но и соответствующие диаграммы.

Наиболее распространены T-S - и особенно i-S - диаграммы.

TS - диаграмма (рис. 2) используется для процессов парообразования и конденсации. Это тепловая диаграмма.

Площадь S_a a b S_b - теплота парообразования.

hS - диаграмма (рис. 3).

Расчет процессов изменения состояния реального газа (водяного пара) (рис. 3).

1. Изохорный процесс (V = const) 1_v - а_v - 2_v .

1_v - а_v - изохорная подсушка влажного насыщенного пара. В ходе этого степень сухости (х = 1) т.е. вся жидкая фаза превращается в парообразную.

Происходит увеличение температуры, давления, энтальпии и энтропии.

а_v - 2_v - изохорный перегрев пара (происходит увеличение температуры, давления, энтальпии и энтропии).

U_1-2 = h₂ - h₁ - V(p₂ - p₁)

l = 0 - работа расширения

q_1-2 = DU_1-2

2. Изобарный процесс (p = const) 1_р - а_р - 2_р .

1_р - а_р - изобарная подсушка влажного насыщенного пара. В ходе этого степень сухости (х = 1) т.е. вся жидкая фаза превращается в парообразную.

Происходит увеличение энтальпии и энтропии при Р = const; T = const.

а_р - 2_р - изобарный перегрев пара (происходит увеличение температуры, энтальпии и энтропии при Р = const).

U_1-2 = h₂ - h₁ - p(V₂ - V₁)

l = p (V₂ - V₁ ) – работа расширения

q_1-2 = h₂ - h₁

3. Изотермический процесс (Т = const) 1_т - а_т - 2_т .

1_т - а_т - изобарно - изотермическая подсушка влажного насыщенного пара. В ходе этого степень сухости (х = 1) т.е. вся жидкая фаза превращается в парообразную. Происходит увеличение энтальпии и энтропии при Р = const;

T = const (В идеальном газе при T = const - h = const , S = const).

В реальном газе учитывается потенциальная энергия межмолекулярных связей, поэтому происходит увеличение энтальпии и энтропии.

а_т - 2_т - изотермический перегрев пара (при T = const происходит увеличение энтальпии энтропии и внутренней энергии, уменьшается давление).

U_1-2 = h₂ - h₁ - ( p₂V₂ - p₁V₁)

l = q - DU

q_1-2 = T(S₂ -S₁)

4. Адиабатный процесс (q = 0) 1_s - 2_s .

1_s - 2_s - адиабатное расширение.

При S = const понижается энтальпия, температура и давление.

DU = h₂ - h₁ - ( p₂V₂ - p₁V₁)

l = DU

q_1-2 = 0

DS = 0

ЛЕКЦИЯ 8

ТЕПЛООБМЕН И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Этим названием определяется содержание того раздела курса, к которому мы сейчас приступаем. Наша задача будет заключаться в том, чтобы познакомиться с основами учения о процессах передачи и распространения тепла.

Знание законов теплопередачи имеет решающее значение при проектировании и эксплуатации большого числа устройств и сооружений практически во всех отраслях промышленности.

Теплообменом называются процессы переноса тепла в пространстве.

Теплообмен – сложное явление, которое может быть разделено на три частных способа передачи тепла: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.

Рассмотрим краткую характеристику каждого из указанных способов.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Теплопроводность – процесс передачи энергии за счет непосредственного взаимодействия микрочастиц вещества.

Теплопроводность представляет собой передачу кинетической энергии от одних молекул к другим. В чистом виде теплопроводность встречается в твердых телах. В таких телах, как стекло и кварц, часть энергии наряду с теплопроводностью передается излучением. В газах и жидкостях передача тепла теплопроводностью дополняется передачей конвекцией и излучением. В аморфных веществах теплота передается за счет упругих волн в материале. В проводниках – за счет диффузии свободных электронов. В подвижных средах – за счет соударения молекул.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Тепловой поток Q [Вт] – это количество теплоты, проходящее в единицу времени через поверхность, перпендикулярную температурному градиенту.

Удельный тепловой поток или плотность теплового потока:

Температурное поле – совокупность всех значений температуры в теле в данный момент времени.

Процесс теплопроводности (как и другие виды теплообмена) может иметь место лишь тогда, когда в различных точках тела температура неодинакова. В общем случае процесс передачи тепла теплопроводностью в твердом теле сопровождается изменением температуры как в пространстве, так и во времени.

Значение температуры в любой точке пространства, определяемой координатами x, y, z в каждый момент времени τ может быть описано уравнением:

которое представляет собой математическое выражение температурного поля в его наиболее общем виде, когда температура меняется вдоль всех координатных осей, а также с течением времени. Такое температурное поле называют трехмерным нестационарным.

Если , т.е. температура каждой точки с течением времени не изменяется, то такое поле называется трехмерным стационарным.

Режим называется установившимся или стационарным.

Наиболее простым является случай одномерного температурного поля:

когда температура с течением времени не изменяется и является функцией лишь одной координаты.

Целью решения задач является определение температурного поля.

Изотермическая поверхность – это геометрическое место точек с одинаковой температурой.

Свойства изотермических поверхностей:

1. В однородном изотропном теле изотермические поверхности непрерывны;

2. Изотермические поверхности не пересекаются.

Для того, чтобы оценить, насколько резко меняется температура внутри тела, пользуются понятием температурного градиента:

Температурный градиент – предел отношения разности температур между изотермами к расстоянию между ними по нормали при стремлении этого расстояния к нулю.

Температурный градиент - величина векторная, положительное направление которой совпадает с направлением роста температуры.

Тепловой поток передается в обратном направлении.