Михайлова Т.В. Техническая термодинамика
Подождите немного. Документ загружается.
5. Какие из процессов, показанных на графиках, на всем протяжении могут
быть изобарными?
6. В каком из перечисленных ниже процессов возможно получение сухого
насыщенного пара из жидкости?
1. Адиабатное сжатие.
2.
Изобарное расширение.
3.
Изотермическое сжатие.
4.
Изохорное нагревание.
5.
Ни в одном из перечисленных выше.
7. Можно ли путем изохорного охлаждения полностью превратить сухой
насыщенный пар в жидкость?
1.
Можно всегда.
2.
Нельзя.
3.
Можно, если .
1 кр
υ
υ
<
4.
Можно, если .
кр
TT >
1
5.
Можно, если .
кр
pp >
1
8. Можно ли полностью превратить сухой насыщенный пар в жидкость путем
адиабатного расширения?
1.
Можно всегда.
2.
Можно, если .
1 кр
υ
υ
<
3.
Нельзя.
4.
Можно, если
кр
pp
<
1
.
5.
Можно, если
кр
TT
<
1
.
9. В каком из перечисленных ниже процессов возможно сухой насыщенный пар
полностью превратить в жидкость?
1.
Адиабатное расширение.
2.
Изотермическое сжатие.
3.
Изохорное охлаждение.
4.
Изобарное расширение.
5.
Ни в одном из перечисленных выше.
10. Какая из показанных на графиках площадей соответствует скрытой теплоте
парообразования жидкости r?
11. Как изменится скрытая теплота парообразования жидкости с повышением
давления?
1.
Уменьшается.
2.
Увеличивается.
3.
Не изменяется.
4.
Нет определенной зависимости.
12. В каком случае скрытая теплота парообразования r равна нулю?
1.
В критической точке.
2.
При абсолютном вакууме
(
)
0
=
p
.
3. Не может равняться нулю никогда.
13. Напишите уравнение Клапейрона–Клаузиуса, связывающее величины
скрытой теплоты парообразования r, температуры насыщения T
s
, удельного
объема сухого насыщенного пара υ
s
, жидкости, нагретой до температуры
кипения, υ
ж
и производной
dT
dp
.
14. Как изменяется степень сухости влажного насыщенного пара при
изотермическом расширение?
1.
Повышается.
2. Понижается.
3.
Неизменна.
4.
Может повышаться или понижаться.
15. На каких графиках изображен контур парового цикла Ренкина?
16. Укажите графики, на которых изображен контур парового цикла Карно.
17. По какой из следующих формул можно рассчитать изменения внутренней
энергии пара?
1. .
(
12
TTc −
υ
)
2.
.
12
hh −
3.
()
.
112212
υ
υ
pphh −
−
−
4. .
∫
⋅
2
1
dsT
5. Ни по одной из приведенных выше.
18. Какие из приведенных выражений равны для пара:
а) теплу изохорного процесса?
б) теплу изобарного процесса?
в) теплу изотермического процесса?
1.
()
.
12
ssT −
2.
.
12
hh −
3.
()
.
112212
υ
υ
pphh −
−
−
4. Ни одно из приведенных выше.
19. Какие из перечисленных ниже величин раны нулю в процессах с парами?
1.
Изменение внутренней энергии в изотермическим процессе.
2.
Изменение энтальпии в изотермическом процессе.
3.
Тепло в адиабатном процессе.
4.
Работа в изохорном процессе.
ЗАДАЧИ
1. Найти с помощью hs- диаграммы все параметры сухого насыщенного пара
при абсолютном давлении р=20 бар.
2. Определить с помощью hs- диаграммы все параметры влажного
насыщенного водяного пара при абсолютном давлении 5 бар и степени сухости
х=0,8.
4.3. Найти с помощью hs- диаграммы все параметры перегретого водяного пара
при абсолютном давлении 50 бар и температуре 400ºС.
4. Определить с помощью hs- диаграммы массу m 10 м
3
влажного насыщенного
пара при давлении 9 бар и степени влажности 12%.
5. Рассчитать по hs- диаграмме ΔH, ΔU, Q, L для процесса нагревания 4 кг
водяного пара в закрытом сосуде до температуры t
2
=375ºC. Начальные
параметры пара; р
1
=5 бар, х
1
=0,72.
6. Найти по hs- диаграмме Δh, Δu, q, l при изобарном охлаждении 1 кг водяного
пара, если р=0,5 бар, t
1
=300ºC, х
2
=0,85.
7. Определить по hs- диаграмме Δh, Δu, q, l в процессе изотермического
расширения 1 кг водяного пара от р
1
=8 бар, υ
1
=0,075 м
3
/кг до υ
2
=16 м
3
/кг.
8. Рассчитать с помощью hs- диаграммы работу адиабатного расширения 1 кг
водяного пара, если р
1
=14 бар, t
1
=300ºC, р
2
=0,06 бар.
9. Найти с помощью hs- диаграммы термический КПД η
t
и удельную работу
парового цикла l
ц
кДж/кг, если р
1
=2 ата, х
1
=0,85, t
2
=250ºC.
10. Найти с помощью hs- диаграммы термический КПД паросиловой установки,
работающей по циклу Ренкина на водяном паре при следующих условиях:
давление перед турбиной р
1
=20 бар, температура t
1
=400ºC, давление в конден-
саторе р
2
=0,5 бар. Определить степень сухости пара в конце расширения х
2
.
РАЗДЕЛ V. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ИСТЕЧЕНИЯ
ГАЗОВ И ПАРОВ. ПРОЦЕСС ДРОССЕЛИРОВАНИЯ
Термодинамическая теория течения и истечения газов и паров имеет
большое прикладное значение в современной теплоэнергетике. Целый ряд
технических расчетов основывается на закономерностях, которые вытекают из
рассмотрения и исследования термодинамики процессов течения и истечения
газов и паров. С этими закономерностями приходится сталкиваться при
изучении процессов в тепловых двигателях, особенно в реактивных двигателях,
газовых и паровых турбинах, рабочий процесс которых полностью
основывается на закономерностях процессов течения и истечения газов и
паров.
Не менее важны вопросы дросселирования (мятия) газовых и паровых
потоков. Дросселирование газовых и паровых потоков встречается во многих
технологических процессах, а также в ряде тепловых двигателей (паровых
турбинах, бензиновых карбюраторных двигателях внутреннего сгорания).
Процесс дросселирования наблюдается при прохождении потока газа или пара
через местные сужения в трубопроводах (через вентили, задвижки и т.п.). Он
ухудшает термодинамическое состояние текущего рабочего тела (понижает его
давление).
В других случаях, как например, в газовых турбинах и бензиновых
карбюраторных двигателях внутреннего сгорания, процесс дросселирования
применяется как метод регулирования мощности этих двигателей.
Таким образом, термодинамическая теория течения и истечения, а также
дросселирование газовых и паровых потоков является весьма важным разделом
технической термодинамики, дающим основы расчетов и проектирования
многих теплоэнергетических систем и тепловых двигателей.
12. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ИСТЕЧЕНИЯ ГАЗОВ И ПАРОВ
12.1. Уравнение первого закона термодинамики для случая течения и
истечения газов и паров
Процесс течения и истечения газов и паров отвечает общему случаю,
когда рабочее тело перемещается в пространстве под действием
неравномерного поля давления. Поэтому для течения мы можем применить
общее уравнение первого закона термодинамики. Будем рассматривать
стационарный поток, у которого через любое сечение канала в единицу
времени проходит одно и то же количество газа m=const, кг/c, т.е.
m
1
=m
2
=m
3
=const, кроме того, параметры газа в любой точке потока с течением
времени не изменяются.
Расход газа определяется следующим образом:
υ
ρ
W
ffWm ==
(12.1)
где
f - площадь поперечного сечения потока; W - скорость потока; ρ - плотность
газа;
υ - удельный объем газа.
Тогда
333222111
ρ
ρ
ρ
WfWfWf
=
=
, (12.2)
3
33
2
22
1
11
υυυ
Wf
WfWf
==
. (12.3)
Уравнения (12.2) и (12.3) называются уравнениями неразрывности или
сплошности.
Введем упрощающее условие. Будем рассматривать одномерное течение,
когда параметры текущего газа изменяются только вдоль одной оси (вдоль
потока). Принимаем скорость потока по сечению канала одинаковой, равной
некоторой средней скорости
W=W
ср
. В действительности течения газа в канале
не одномерное, скорость потока не одинакова по его сечению. У стенки канала
она равна нулю вследствие эффекта трения.
Для течения газа или пара уравнение первого закона термодинамики в
общем виде будет иметь следующий вид при отнесении количества энергии к
единице массы:
()
тех
dlpdgdh
W
ddudq +++
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
υ
2
2
(12.4)
Изменением внешней потенциальной энергии газа будем пренебрегать:
gdh=0.
Кроме того, рассмотрим случай, когда сам канал с газом неподвижен и,
следовательно, газ никакой внешней технической работы не совершает, т.е.
dl
тех
=0.
Тогда уравнение первого закона термодинамики примет вид, учитывая
что
du+d(pυ)=dh,
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
2
2
W
ddhdq
. (12.5)
В дальнейшем будем рассматривать течение и истечение газов и паров без
учета трения и теплообмена с внешней средой, т.е. адиабатный процесс течения
и истечения (
dq=0). Для этого случая уравнение первого закона термодинамики
в дифференциальной форме примет вид.
dh
W
d −=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
2
2
. (12.6)
Для конечного участка потока в интегральной форме получим
21
2
1
2
2
2
hh
WW
−=
−
. (12.7)
Следовательно, для адиабатного течения увеличение внешней скорости
движения потока газа определяется соответствующим уменьшением энтальпии
этого газа.
Контрольная карточка 12.1
Укажите наиболее полный и правильный ответ
Вопрос Ответ
1.Стационарный поток характе-
ризуется тем, что…
1. скорость течения в любом сечении потока
постоянна;
2. в единицу времени проходит через любое
сечение канала одно и то же количество
жидкости (газа);
3. объемный расход V м
3
/с через любое
сечение канала не меняется.
2. Какое из представленных
уравнений является уравнением
неразрывности?
1. f
1
W
1
ρ
1
=f
2
W
2
ρ
2
+f
3
W
3
ρ
3
;
2.
υ
ρ
W
ffWm ==
;
3.
3
33
2
22
1
11
υυυ
Wf
WfWf
==
;
4.
dh
W
d −=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
2
2
.
3. Какое из представленных
уравнений является уравнением
первого закона термодинамики
для адиабатного случая течения
газов и паров без трения? (канал
закреплен)
1.
()
тех
dlpdgdh
W
ddudq +++
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
υ
2
2
;
2.
0
2
2
=+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
dh
W
d
;
3.
21
2
1
2
2
2
hh
WW
−=
−
;
4.
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
2
2
W
ddhdq
.
12.2. Располагаемая работа потока
Для любого потока жидкости, в том числе газов и паров, существует
общая связь между давлением и скоростью потока жидкости, которая
выражается уравнением Бернулли.
Для потока без трения уравнение Бернулли имеет вид
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=−
2
2
W
ddp
υ
. (12.8)
Из уравнения видно, что увеличение кинетической энергии движения
массы жидкости соответствует уменьшению выражения υdp. В случае если
жидкость несжимаема, уменьшение υdp достигается только за счет
соответствующего понижения давления. Если же текущая жидкость сжимаема
(газы и пары), то увеличение кинетической энергии потока может достигаться
как за счет понижения давления при течении, так и за счет соответствующего
увеличения удельных объемов газа (например, течение газа с горением, т.е. с
подводом тепла). Таким образом, уравнение Бернулли одинаково справедливо
для течения любой жидкости.
Различают два вида жидкости.
1. Жидкость с устойчивым объемом, т.е. капельная жидкость, у которой
объем не изменяется (несжимаемая жидкость): υ
≠
f(p); υ=const.
2. Жидкость с неустойчивым объемом, или сжимаемая жидкость (газы и
пары), у которой объем претерпевает в общем случае значительное изменение
при изменении давления: υ=f(p); υ
≠
const.
Таким образом, в общем случае для стационарного течения любой
жидкости уравнение Бернулли в интегральной форме примет вид
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=−
∫∫
2
2
2
1
2
1
W
ddp
p
p
W
W
υ
или
∫
=
−
=
′
1
2
2
2
1
2
2
p
p
dp
WW
l
υ
, (12.9)
где l´ - располагаемая работа потока, идущая на увеличение внешней
кинетической энергии потока (на увеличение скорости потока). Это и есть
основное уравнение, связывающее изменение скорости и давления в
интегральной форме и справедливое для любого потока жидкости. Получим
выражения для располагаемой работы потока l´ при течении различной
жидкости.
1. Рассмотрим случай течения капельной, несжимаемой жидкости
(рис. 12.1).
Для этой жидкости υ
≠
f(p); υ=const. Согласно уравнения (12.9) для
конечного участка процесса 1-2, получаем