ТЕМА 14ЕМ 16ХК. ПАР И ЕГО СВОЙСТВА Пары различных веществ широко используются в технике в качестве рабоч
Работа добавлена на сайт samzan.net:
ТЕМА 14(ЕМ), 16(ХК). ПАР И ЕГО СВОЙСТВА
Пары различных веществ широко используются в технике в качестве рабочих тел.
Рассмотрим более подробно процесс парообразования.
Вопрос 1.
Процесс парообразования. Основные понятия и определения
Парообразование – процесс перехода вещества из жидкой фазы в газовую.
Этот процесс может осуществляться испарением и кипением. Испарение – парообразование, происходящее только со свободной поверхности жидкости при любой температуре ее существования. Обратным испарению является процесс конденсации. Кипение – бурное парообразование по всему объему перегретой жидкости за счет подвода к ней через стенку энергии в форме теплоты или за счет сброса давления в объеме перегретой жидкости.
Рассмотрим процесс парообразования на примере воды.
Пусть точка а0 на диаграмме соответствует состоянию 1 кг воды при Т=273 К(0 0С). Если в изобарном процессе а0а подводить теплоту, то температура воды повышается до температуры кипения Т, а удельный объем увеличивается до v. Температура кипения Т называется также температурой насыщения Тн (Тs).
При дальнейшем подводе теплоты начинается кипение воды с сильным увеличением объема и парообразованием по всему объему воды. Часть жидкости при этом испаряется, но температура оставшейся жидкости и образовавшегося пара остаются равными температуре кипения Т. Таким образом, изобара и изотерма процесса кипения реального вещества совпадают, т.е. процесс парообразования является изобарно-изотермическим.
Полное выкипание воды при T=Тн=const произойдет в точке а, при удельном объеме v. Двухфазная смесь воды и пара при кипении в интервале объемов v-v называется влажным насыщенным паром. Т. е. влажный насыщенный пар - это двухфазная смесь, представляющая собой пар со взвешенными в нем капельками жидкости. Вода и пар находятся в равновесии таким образом, что непрерывно одна часть молекул переходит из жидкости в пар в процессе испарения, а другая – из пара в жидкость в процессе конденсации.
В точке а все количество жидкости перешло в пар. Пар в точке а, в котором отсутствуют взвешенные частицы жидкой фазы, называется сухим насыщенным паром. Состояние сухого насыщенного пара можно задать одним термодинамическим параметром (давлением насыщения или температурой насыщения).
Массовая доля сухого насыщенного пара во влажном насыщенном паре называется степенью сухости (массовым паросодержанием) влажного насыщенного пара
,
где - масса сухого насыщенного пара,
- масса кипящей жидкости;
- масса влажного насыщенного пара.
Очевидно, что в точке а x=0, а в точке а x=1.
Массовая доля кипящей жидкости во влажном насыщенном паре называется степенью влажности
.
Объемной концетрацией пара или объемным паросодержанием называется отношение удельного объема сухого насыщенного пара к удельному объему влажного насыщенного пара
.
Состояние влажного насыщенного пара характеризуется двумя параметрами: (давлением или температурой насыщения Рн или Тн) и степенью сухости x.
Если к сухому насыщенному пару продолжить подводить теплоту при том же давлении, то его температура возрастает до Та Тн, а удельный объем увеличится до vаv. Пар в точке а, температура которого больше температуры насыщенного пара при том же давлении, называется перегретым паром. Состояние перегретого пара определяется двумя термодинамическими параметрами (например р и Т, или р и v, или Т и v). Чем выше температура перегретого пара, тем ближе его свойства к свойствам идеального газа из-за уменьшения влияния сил межмолекулярного притяжения и уменьшения влияния объема молекул по сравнению с объемом, занимаемым перегретым паром. Все идеальные газа являются сильно перегретыми парами.
При большем давлении процесс парообразования может быть представлен аналогичной зависимостью а0ааа, но проходящей выше. Построив такие зависимости процессов парообразования для нескольких значений давления и соединив между собой соответствующие точки а и а, можно получить две кривые 1 и 2:
1 - нижняя пограничная кривая КО - между кипящей жидкостью и влажным паром соответствующая нулевой степени сухости x=0 (кривая насыщенной жидкости);
2 - верхняя пограничная кривая КО - между влажным и перегретым паром, соответствующая параметрам сухого насыщенного пара x=1 (кривая сухого насыщенного пара).
Прямая 3 называется нулевой изотермой, так как каждая точка на ней соответствует состоянию 1 кг воды при 0 0С и определенном давлении р.
При некотором давлении пограничные кривые 1 и 2 сливаются в точке К. Эта точка называется критической точкой, а параметры в этой точке критическими параметрами. Например, для воды ркр =22,129 МПа; vкр=0.00326 м3/кг; Ткр=647,3 К(374,15 0С). В этой точке свойства жидкости и газа одинаковы. Таким образом, критические давление и температура – это максимально возможные давление и температура сосуществования жидкости и насыщенного пара. При ТТкр, рркр возможно существование только перегретого пара.
Точка, в которой одновременно находятся в равновесии пар, вода и лед, называется тройной точкой (это точка О). Параметры тройной точки для воды: р0=611 Па; t0 = 0.01 0С (273,16 K); v0 = 0.001 м3/кг.
Вопрос 2
Определение параметров пара и воды
Термодинамические параметры кипящей воды и сухого насыщенного пара берутся из таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения. В этих таблицах величины с одним штрихом относятся к кипящей воде, а величины с двумя штрихами – к сухому насыщенному пару.
Для изобарного процесса парообразования аа (p=const, dp=0) можно записать 1-й закон термодинамики в виде
.
Величина r называется теплотой парообразования и определяет количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг кипящей воды в сухой насыщенный пар при постоянных давлении и температуре.
Увеличение энтропии в процессе парообразования
.
Тогда .
За нулевое состояние, от которого отсчитываются величины s, s, i, i часто принимают состояние воды в тройной точке, т.е. в тройной точке s0=0, i0=0.
Удельные объем vх, энтропия sх, энтальпия іх и внутренняя энергия влажного насыщенного пара находятся из уравнений
Из этих уравнений можно рассчитывать также степень сухости, если известны соответствующие параметры влажного насыщенного пара
Вопрос 3
Основные термодинамические процессы водяного пара
Для анализа работы паротурбинных установок необходимо знание всех термодинамических процессов. Расчет этих процессов можно выполнить либо с помощью таблиц воды и водяного пара, либо с помощью Т-s или i-s- диаграммы. Первый способ более точен, но второй более прост и нагляден:
- в Т-s – диаграмме площадь под кривой процесса эквивалентна количеству теплоты, подведенной к рабочему телу или отведенной от него;
- в i-s - диаграмме количество подведенной или отведенной теплоты в процессе р=const изображается отрезками, поэтому именно эта диаграмма исключительно широко используется при проведении тепловых расчетов.
Для расчета процессов с водяным паром обычно достаточно лишь части диаграммы, которая называется рабочей частью. Она охватывает область, расположенную вправо от критической точки, и не содержит нижней пограничной кривой.
Покажем на i-s – диаграмме основные термодинамические процессы для водяного пара.
Для всех процессов изменение внутренней энергии определяется по формуле
.
1. Изохорный процесс (v=соnst, dv=0).
1.1 Работа изменения объема .
1.2 Располагаемая работа lрасп.
1.3 Теплота .
2. Изобарный процесс (p=соnst, dp=0).
2.1 Работа изменения объема .
2.2 Располагаемая работа lрасп = 0.
2.3 Теплота .
3. Изотермический процесс (T=соnst, dT=0).
В отличие от идеального газа внутренняя энергия водяного пара в изотермическом процессе не остается постоянной, так как изменяется ее потенциальная составляющая.
3.1 Теплота (из второго закона термодинамики) .
3.1 Работа изменения объема .
3.2 Располагаемая работа lрасп ..
В отличие от идеального газа для пара в изотермическом процессе l ≠ lрасп. ≠ q.
4. Изоэнтропный (адиабатный) процесс (s=соnst, ds=0, q=0, dq=0).
4.1 Работа изменения объема =>.
4.2 Располагаемая работа = lрасп =0 => lрасп .
4.3 Теплота .
4.4 Уравнение процесса . В этом уравнении показатель степени k является опытно подобранным коэффициентом, а не отношением изобарной и изохорной теплоемкостей:
- для перегретого водяного пара k=1,3;
- для сухого насыщенного водяного пара k=1,135;
- для влажного насыщенного водяного пара k зависит от степени сухости и для диапазона х=0,7-1 определяется по формуле Цейнера k=1,035+0,1х.
Вопрос 4
Получение чистого водяного пара
Для технических нужд водяной пар необходимых параметров получают в паровых котлах (парогенераторах), где специально поддерживается практически постоянное давление.
Рис. – Схема парогенератора с принудительным циркуляционным контуром.
Питательная вода подается в подогреватель (водяной экономайзер) 1, где за счет тепла топочных газов подогревается до температуры насыщения (кипения) и поступает барабан–сепаратор 2. Циркуляцию кипящей воды в контуре обеспечивает насос 3, который забирает воду из сепаратора 2 и подает ее в трубы испарительной секции 4. Образовавшаяся пароводяная эмульсия из испарителя возвращается в барабан 2, где разделяется на сухой насыщенный пар и воду, которая опять возвращается в контур. Полученный таким образом сухой насыщенный пар из верхней части барабана поступает в пароперегреватель 5, в котором за счет теплоты горячих топочных газов перегревается до требуемой температуры .
Рис. – Три стадии получения перегретого пара: ав – подогрев воды в экономайзере; ве – парообразование в испарительном контуре ; еп – перегрев пара в пароперегревателе.
За счет диссипативных процессов трения давление в потоке воды, влажного и перегретого пара снижается незначительно, поэтому, согласно II закону термодинамики тогда площадям (), () и () примерно соответствуют величины удельной теплоты подогрева воды в экономайзере qэ, парообразования в испарителе qи и перегрева пара в пароперегревателе qпп.
Согласно I закону термодинамики для открытой однопоточной системы, пренебрегая разностями кинетических энергий и потенциальных энергий положения на входе и выходе аппаратов, получим
,
Удельная теплота, подводимая в целом в парогенераторе
qп= qэ+ qи+ qпп=iп- iа.
Тепловая мощность парогенератора Qп для производства массового расхода перегретого пара mп (кг/с)
, Вт.
Тепловая мощность испарительного контура с циркуляцией
или
где - энтальпия влажного насыщенного пара на выходе из испарителя, Дж/кг;
- производительность циркуляционного насоса, кг/с.
Определим необходимую кратность циркуляции испарительного контура (отношение массового расхода воды в испарительном контуре к массовому расходу производимого пара):
,
где - степень сухости на выходе из испарителя. В современных парогенераторах обычно
2. Типи політичних змін
3. Реферат- Реклама в прессе
4. I Процесс создания исполняемого файла в Delphi
5. р ист.наук профессор К
6. е изд перераб и доп
7. Выбор стратегии развития производственного предприятия обувной отрасли и ее реализации1.html
8. Це нервовопсихічний розлад викликане тривалими психотравмуючими факторами емоційним або розумовою перен
9. Наименование или характеристика электрических сигналов
10. Рассчитать и спроектировать электромеханический привод по заданной схеме 1 ~ электродвигатель 2 6 ~
11. тема является источником многих видов опасностей лазерное излучение прямое зеркально отраженное д
12. Политическая власть в России проблема легитимности
13. File в нём подпункт New или же ниже панели меню нажимаем на иконку В открывшимся окне переключ
14. задание 8 Гаджиновой Серафимы
15. 32097
16. Введение Многочисленные опросы отечественных и иностранных предпринимателей показывают что налоговый ре
17. Лекция 1 от 22.09.01.
18. Материальные и процессуальные особенности рассмотрения судами уголовных дел о нецелевом расходовании бюджетных средств.html
19. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ Конституционное право
20. Проблема бытия субстанции материи 1