Общие вопросы исследования процессов изменения состояния любых рабочих тел. Термодинамические процессы идеальных газов. Политропные процессы. Уравнение политропы. Определение показателя политропы и теплоемкости политропного процесса. Основные термодинамические процессы: изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный как частные случаи политропного процесса. Изображение политропных процессов в pv-и Ts-диаграммах. Отличие реального газа от идеального. Термодинамические процессы изменения состояния водяного пара как реального газа. Процессы парообразования в pv- и Ts-диаграммах. Понятие об уравнении Вукаловича – Новикова. Термодинамические таблицы воды и водяного пара. Расчет термодинамических процессов водяного пара с помощью таблицы и hs-диаграммы.

Методические указания

В термодинамике переход рабочего тела из одного равновесного состояния в другое совершается в обратимом термодинамическом процессе. Задание начального и конечного состояний рабочего тела означает полное знание всех термодинамических параметров состояния начальной и конечной точек процесса. Основная задача исследования термодинамического процесса – определение теплоты (q _1-2), участвующей в процессе, и работы изменения объема рабочего тела (l _1-2). Такие величины, как изменение внутренней энергии (Δu _1-2), энтальпии (Δh _1-2) и энтропии( Δs _1-2), являются вспомогательными, служащими для решения основной задачи.

Общий метод исследования термодинамических процессов является универсальным, не зависящим от природы рабочего тела. Метод базируется на применении уравнения первого закона термодинамики, записанного в двух равнозначных формах: q _1-2 = Δu _1-2+ ∫pdv = Δh _1-2 – ∫ vdp.

Различие в применении общего метода исследования к идеальным газам и водяному пару обусловлено отсутствием для пара такого простого уравнения состояния, как уравнение Клапейрона для идеального газа, и сложной зависимостью теплоемкости пара от температуры и давления. Поэтому решение основной задачи для идеального газа опирается на конечные аналитические зависимости, в то время как для пара применение общего метода требует использования таблиц или диаграммы hs . Например, в случае изотермического процесса изменения состояния 1 кг рабочего тела общими формулами будут:

q _1-2 = Т Δs _1-2 = T (s ₁ - s ₂), l _1-2 = q _1-2 — Δu _1-2.

В случае идеального газа Δs _1-2= R lnv ₂ ∕ lnv₁ = R ln p₁ ∕ ln p_{2  ;} Δu_1-2 =0, q _1-2 = RТ lnv ₂ ∕ lnv₁ = RТln p₁ ∕ ln p₂   = l _1-2. В случае реального газа (пара): Δu_1-2 = (h₂ – p₂v₂) – (h₁ – p₁v₁);

q _1-2= T (s₁ - s ₂); l _1-2 = q _1-2 – [(h₂ – p₂v₂) – (h₁ – p₁v₁ )] и где s₂, s₁, h₁, h₂, p₁, p₂ ,v₁, v₂ берутся из таблиц или снимаются с диаграммы hs для точек, определяющих начальное и конечное состояния пара.

Водяной пар является рабочим телом в современных теплосиловых установках, а также находит широкое применение в различных технологических процессах. Необходимо разобраться в процессе парообразования и уметь изображать этот процесс в рv и в Ts-диаграммах. Параметры водяного пара можно определить по таблицам, а также с помощью hs-диаграммы. Наиболее просто и с достаточной для инженерных расчетов точностью параметры влажного, сухого насыщенного и перегретого паров определяются с помощью hs-диаграммы. Студент должен уяснить принцип работы с hs-диаграммой и научиться определять по ней параметры пара различного состояния. Любая точка на диаграмме hs в области перегретого пара и на кривой сухого насыщенного пара определяет шесть параметров (р, v, Т, s, h , u, -h – pv), а любая точка в области влажного пара определяет семь параметров, так как к названным выше параметрам добавляется еще степень сухости х<1. Нужно уметь определять все параметры любой точки на диаграмме hs. Для успешного решения различных задач, связанных с водяным паром, научитесь схематично изображать основные процессы (изобарный, изохорный, изотермический и адиабатный) в диаграммах pv, Ts и hs.

Уясните понятие политропного процесса, под которым понимается любой термодинамический процесс идеального газа с постоянной теплоемкостью (или показателем политропы n ) в этом процессе, общность политропного процесса, выраженного уравнением pv^п = const, получая из него уравнение известных основных процессов (изохорного, изобарного, изотермического и адиабатного). Разберитесь в определении показателя политропы и теплоемкости политропного процесса идеального газа как обобщающих величин, из которых получают частные значения для основных процессов.

Научитесь изображать графически в pv- и Ts-диаграммах как основные, так и общие политропные процессы.

Вопросы для самопроверки

1. Какие термодинамические процессы рабочего тела называют основными? 2. Изобразите в pv- и Ts-диаграммах основные процессы идеального газа и приведите характеристику каждому из них. 3. Чему равен показатель политропы в основных процессах идеального газа? 4. Чему равна теплоемкость политропного процесса? 5. Какие группы политропных процессов вы знаете? Покажите их на pv- и Ts-диаграммах. 6. В чем физический смысл отрицательной теплоемкости? 7. В чем принципиальное различие между идеальным и реальным газами? 8.Изобразить процесс парообразования в pv-и Ts-диаграммах. 9. В чем сущность исследования термодинамических процессов любого рабочего тела? 10. Как определяют теплоту и работу изменения объема для основных термодинамических процессов идеального газа? 11.Изобразите в pv-, Ts - и hs-диаграммах основные термодинамические процессы водяного пара. 12. Как определяют теплоту и работу изменения объема для основных термодинамических процессов водяного пара?

Тема 5. Влажный воздух

Определение влажного воздуха. Абсолютная и относительная влажности воздуха, влагосодержание. Психрометр. Температура точки росы. Энтальпия и плотность влажного воздуха. hd-диаграмма влажного. воздуха.

Методические указания

Усвойте основные определения и понятия влажного воздуха. Научитесь определять газовую постоянную влажного воздуха и его энтальпию. Обязательно приобретите навыки в пользовании hd-диаграммой влажного воздуха.

Вопросы для самопроверки

1. Приведите определение влажного воздуха. 2. Что такое абсолютная и относительная влажности? 3. Что такое влагосодержание? 4. В каких пределах может изменяться влагосодержание? 5. Что такое точка росы? 6. Как изображают основные процессы влажного воздуха в hd-.диаграмме?