Файл: Учебное пособие Рекомендовано Дальневосточным региональным учебнометодическим центром в качестве учебного пособия для студентов неэнергетических.doc

Работа, совершаемая в процессе адиабатного расширения СД, является технической работой

.

H–Sдиаграмма используется для расчетов рабочих процессов в паросиловых установках и холодильных машинах.

Контрольные вопросы для самопроверки пройденного материала

1. 
   В каких фазовых состояниях может находиться вещество?
   
2. 
   Какой процесс называется процессом фазового перехода?
   
3. 
   При каких условиях осуществляется процесс фазового перехода?
   
4. 
   Какие процессы фазового перехода наиболее часто применяются на практике?
   
5. 
   Назовите основные виды фазовых диаграмм, изобразите эти диаграммы.
   
6. 
   Дайте характеристику состояния насыщения пара (жидкости).
   
7. 
   Какие разновидности пара вы знаете, чем они отличаются?
   
8. 
   Изобразите процесс испарения (конденсации) в P-V и T-S фазовых диаграммах.
   
9. 
   Как определяются параметры в процессах фазового перехода?
   
10. 
    Что такое теплота фазового перехода?
    
11. 
    Для чего используется H-S диаграмма фазовых состояний вещества?
    
12. 
    Изобразите основные процессы в Н-S диаграмме водяного пара.
    
13. 
    Покажите зону влажного пара в Н-S диаграмме.
    
14. 
    Покажите зону перегретого пара в Н-S диаграмме.
    
15. 
    Покажите линию насыщенного пара в Н-S диаграмме.
    
16. 
    Какие параметры пара можно найти по Н-S диаграмме?
    
17. 
    Как находится количество теплоты и работа в процессах по Н-S диаграмме?
    
18. 
    Какие различия есть между газом и паровой фазой вещества?
    
19. 
    Когда используется параметр - степень сухости пара, что он характеризует?
    
20. 
    В каких случаях степень сухости пара равна нулю или единице?
    

---

ГЛАВА 5. СМЕСИ ГАЗОВ И ПАРОВ. СВОЙСТВА ВЛАЖНОГО

ВОЗДУХА
5.1. Основные характеристики газовых смесей
При работе различных теплотехнических аппаратов в качестве рабочего тела в большинстве случаев применяются смеси различных реальных газов и паров.

Под газовыми смесями понимают механические смеси газов и паров, химически между собой не взаимодействующих.

Примеры использования газовой смеси:

• 
  Воздух.
  
• 
  Продукты сгорания в котлоагрегатах на ТЭС.
  
• 
  Рабочая смесь паров топлива и воздуха в ДВС.
  
• 
  Отработавшие газы ракетных и реактивных двигателей.
  
• 
  Смесь пропана и бутана – топливо.
  
• 
  Смесь природных газов в химической промышленности.
  
• 
  Смесь кислорода и азота или гелия (в подводных исследованиях).
  

Для смеси идеальных газов справедливо уравнения состояния, причем оно выполняется для каждой компоненты смеси.

. . ………….…………………. .

. , – два независимых параметра смеси газов.

Таким образом, каждый из газов, входящих в смесь, ведет себя в объеме так, как если бы других газов в смеси не было, то есть распространяется по всему объему газа равномерно.

Давление P_i, которое развивает данная компонента смеси, называется парциальным.

ЗАКОН ДАЛЬТОНА: При отсутствии химического взаимодействия давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений компонент, составляющих смесь:


5.2. Определение параметров газовой смеси
Газовая смесь может задаваться массовыми долями:

;

и объемными долями:

; .

Все параметры газовой смеси находятся при известных массовых или объемных долях (таблица 5.1).

Таблица 5.1.

Расчётные формулы для определения параметров газовой смеси

Наименование параметра	Расчётная формула
Молекулярная масса	.
Газовая постоянная смеси	или .
Парциальное давление	.

---

Продолжение табл. 5.1.

Наименование параметра	Расчётная формула
Энтальпия смеси и её энтропия	.
Энтропия смеси	.
Внутренняя энергия смеси	.
Температура смеси	.
Массовая теплоёмкость смеси газов	.
Объёмная теплоёмкость смеси газов	.

5.3. Основные параметры влажного воздуха
Воздух, представляющий из себя смесь газов, является одним из наиболее распространенных рабочих тел.

Если в воздухе не содержится водяных паров, то его называют сухим воздухом. Однако, добиться условия, чтобы воздух стал абсолютно сухим, технически очень трудно.

В большинстве случаев воздух содержит большое количество водяных паров и является влажным воздухом.

Воздух, содержащий максимально возможное количество водяного пара, называется насыщенным воздухом, при этом водяной пар находится также в состоянии насыщения ( ), соответствующем данной температуре и давлению.

Влажный воздух в обычных условиях содержит перегретый пар, температура которого выше температуры насыщения ( ).

Давление содержащегося в воздухе пара может быть определено по закону Дальтона:

,

где – барометрическое давление;

– давление сухого воздуха.

Метрологическими характеристиками влажного воздуха служат его абсолютная и относительная влажность.

Абсолютная влажность – количество пара, содержащееся в 1 м³ воздуха (эквивалентна плотности пара при данном давлении), определяется из выражения

, кг/м³.

Отношение действительной абсолютной влажности к максимально возможной абсолютной влажности (свойственной насыщенному воздуху) называют относительной влажностью:

= (0 ÷100) %.

Для определения влажности воздуха используют психрометры и гигрометры.

В технических расчетах процессов с влажным воздухом используют параметр влагосодержание – количество водяного пара, приходящегося на 1 кг сухого воздуха:

, кг/кг.

Влагосодержание можно определить по зависимости:

---

,

где .

Так как , то

.

Теплоемкость и энтальпия воздуха находятся по зависимостям, справедливым для газовых смесей:

; .

При .
5.4. H – d диаграмма влажного воздуха
Ряд практических задач в области кондиционирования, сушки материалов, вентиляции и отопления довольно просто решается с помощью H–d диаграммы (рис. 5.1). Для удобства пользователя H–d диаграмма построена в косоугольных координатах (ось Hнаправлена под углом 135 ^К оси d).

На диаграмме наносятся следующие основные линии:

• 
  Изотермы (по сухому термометру).
  
• 
  Линии постоянной относительной влажности .
  
• 
  Линии постоянной температуры мокрого термометра для определения параметров воздуха с помощью психрометра.
  
• 
  Нижняя линия % соответствует состоянию насыщенного воздуха.
  

Рис. 5.1. H – d диаграмма воздуха
Для определения парциального давления паров при нормальном барометрическом давлении используется линия .

Основные процессы с влажным воздухом:

• 
  А–В - процесс охлаждения воздуха, В – точка росы.
  
• 
  А–С - процесс нагрева воздуха.
  
• 
  В–Е - процесс конденсации паров в количестве .
  
• 
  В–F - процесс испарения воды в насыщенный воздух.
  
• 
  С–D - процесс сушки (фазовый переход воды в перегретый пар с материала в количестве с понижением температуры воздуха).
  

Контрольные вопросы для самопроверки пройденного материала

1. 
   Приведите примеры использования газовых смесей.
   
2. 
   Запишите закон Дальтона для газовой смеси.
   
3. 
   Дайте определение, что такое парциальное давление газа.
   
4. 
   Какими показателями задается состав газовой смеси?
   
5. 
   В чем заключается отличие влажного и сухого воздуха?
   
6. 
   В каком состоянии воздух называется насыщенным?
   
7. 
   Назовите метрологические параметры влажного воздуха.
   
8. 
   Назовите технические параметры влажного воздуха.
   
9. 
   В каких единицах измеряются относительная влажность воздуха и влагосодержание?
   
10. 
    Как определить энтальпию влажного воздуха?
    
11. 
    Как определить влагосодержание воздуха?
    
12. 
    Какие приборы используются для определения давления и влажности воздуха?
    
13. 
    Изобразите Н-d диаграмму влажного воздуха.
    
14. 
    Какие параметры воздуха можно найти по Н-d диаграмме?
    
15. 
    Назовите основные процессы, происходящие во влажном воздухе.
    
16. 
    Как изменяются параметры воздуха при его нагреве (покажите на Н-d диаграмме)?
    
17. 
    Как изменяются параметры воздуха при его охлаждении (покажите на Н-d диаграмме)?
    
18. 
    Как изменяются параметры воздуха при конденсации влаги (покажите на Н-d диаграмме)?
    
19. 
    Что такое точка росы, покажите ее на H-d диаграмме?
    
20. 
    Как изменяются параметры воздуха в процессе сушки (покажите на Н-d диаграмме)?
    

---

ГЛАВА 6. СЖАТИЕ ГАЗОВ И ПАРОВ
6.1. Исследование процессов сжатия в одноступенчатом компрессоре
Процессы сжатия рабочего тела широко распространены в тепловых машинах. На практике используются сжатые до высокого давления газы и пары различных веществ.

Примеры применения:

• 
  сжатый воздух – на производстве для привода машин и агрегатов различного назначения;
  
• 
  сжатые газы – в качестве топлива;
  
• 
  сжатый газ передается по газопроводам;
  
• 
  сжатие рабочего тела сопутствует работе ДВС и холодильных машин.
  

Устройства, предназначенные для сжатия газов и паров, называются компрессорами. В технике используют следующие виды компрессоров:

а) объёмного сжатия (поршневые, роторные);

б) кинетического сжатия (центробежные и осевые вентиляторы, турбокомпрессоры, эжекционные компрессоры).

Задачей термодинамического анализа процессов сжатия в компрессорах является определение работы, которую необходимо затратить для сжатия газа при заданных начальных и конечных параметрах рабочего тела.

Рассмотрим процесс сжатия на примере одноступенчатого поршневого компрессора (рис. 6.1, 6.2). Для упрощения термодинамического анализа введем допущения:

а) весь объем цилиндра компрессора – рабочий;

б) силы трения отсутствуют;

в) ;

г) .

Рис. 6.1. Схема одноступенчатого компрессора

Рис. 6.2. Процессы сжатия в компрессоре

При работе компрессора совершается следующая последовательность процессов:

• 
  – всасывание рабочего тела в цилиндр через впускной клапан;
  
• 
  – сжатие рабочего тела под поршнем от давления P₁ до P₂;
  
• 
  – нагнетание при постоянном давлении через выпускной клапан (к потребителю);
  
• 
  - условный процесс расширения рабочего тела при обратном ходе поршня.
  

Рассмотрим, какие работы совершаются при перемещение поршня в цилиндре компрессора.

В процессе : – работа заполнения цилиндра рабочим телом, совершаемая внешними силами за счет давления источника (окружающей среды). Эта работа в P–V диаграмме графически изображается площадью .

В процессе : – работа выталкивания сжатого газа, совершаемая поршнем и изображаемая площадью .

---