Студент должен

            знать: идеальные циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС), компрессоры и компрессорные установки.

    Классификация поршневых ДВС. Понятие об идеальных циклах ДВС. Идеальный цикл с подводом теплоты при постоянном объёме. Цикл со смешанным подводом теплоты. Действительные циклы ДВС.

     Компрессоры и компрессорные установки, их назначение и классификация. Термодинамические основы работы поршневых компрессоров.

Тема 2.4. Водяной пар и влажный воздух.

Студент должен

            знать: основные понятия, определения, процессы образования и параметры водяного пара и влажного воздуха;

            уметь: определять параметры водяного пара и влажного воздуха, пользуясь h-s диаграммой водяного пара и h-d диаграммой влажного воздуха.

    Основные понятия и определения водяного пара и влажного воздуха. Водяной пар как рабочее тело. Процесс образования пара, p-v, T-s и h-s – диаграммы водяного пара. Основные термодинамические параметры воды и водяного пара. Таблицы водяного пара.

     Влажный воздух как смесь сухого воздуха и водяного пара. Насыщенный, ненасыщенный и перенасыщенный влажный воздух. Основные параметры влажного воздуха. Абсолютная и относительная влажность, влагосодержание, удельный объем, энтальпия, H,d-влажного воздуха.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что такое водяной пар?

2. Способы образования пара.

3. Параметры водяного пара.

4. Параметры влажного воздуха.

5. h-s диаграмма водяного пара.

6. h-d диаграмма влажного воздуха.

Понятия о водяном паре.

Одним из распространенным рабочим телом в паровых турбинах, паровых машинах, в атомных установках, теплоносителем в различных теплообменниках является водяной пар.

Пар - газообразное тело в состоянии, близкое к кипящей жидкости. Парообразование – процесс превращения вещества из жидкого состояния в парообразное.

Испарение – парообразование, происходящее всегда при любой температуре с поверхности жидкости. При некоторой определенной температуре, зависящей от природы жидкости и давления, под которым она находится, начинается парообразование во всей массе жидкости. Этот процесс называется кипением.

Обратный процесс парообразования называется конденсацией. Она также протекает при постоянной температуре. Процесс перехода твердого вещества непосредственно в пар называется сублимацией.

Обратный процесс перехода пара в твердое состояние называется десублимацией.

При испарении жидкости в ограниченном пространстве (в паровых котлах) одновременно происходит обратное явление – конденсация пара. Если скорость конденсации станет равной скорости испарения , то наступает динамическое равновесие. Пар в этом случае имеет максимальную плотность и называется насыщенным паром.

Если температура пара выше температуры насыщенного пара того же давления, то такой пар называется перегретым.

Разность между температурой перегретого пара и температурой насыщенного пара того же давления называется степенью перегрева.

Так как удельный объем перегретого пара больше удельного объема насыщенного пара, то плотность перегретого пара меньше плотности насыщенного пара. Поэтому перегретый пар является ненасыщенным паром. В момент испарения последней капли жидкости в ограниченном пространстве без изменения температуры и давления образуется сухой насыщенный пар. Состояние такого пара определяется одним параметром - давлением.

Механическая смесь сухого и мельчайших капелек жидкости называется влажным паром.

Массовая доля сухого пара во влажном паре называется степенью сухости – х.

х = m_сп / m_вп ,

m_сп - масса сухого пара во влажном; m_вп - масса влажного пара.

Массовая доля жидкости во влажном паре нызвается степенью влажности – у.

у = 1 – ν

Для кипящей жидкости при температуре насыщения x = 0, для сухого пара – x = 1.

Диаграммы водяного пара

Фазовая p-v-T-диаграмма воды и водяного пара

     Dода и водяной пар могут находиться в пяти состояниях:

1. Недогретая до температуры кипения вода (область I, рис. 5.2). Параметры обозначаются следующим образом: p, T, v, h, u, s.

2. Кипящая вода (нижняя пограничная кривая 2). Параметры обозначаются так: p, T_s, v ¢, h ¢, u ¢, s ¢ или так: T, p_s, v ¢, h ¢, u ¢, s.¢

3. Мокрый пар (область II). Параметры обозначаются таким образом: p, T_s, v, h, u, s или p_s T, v, h, u, s.

4. Сухой насыщенный пар (верхняя пограничная кривая 3). Параметры обозначаются следующим образом: p, T_s, v ¢¢, h ¢¢, u ¢¢, s ¢¢ или T, p_s, v ¢¢, h ¢¢, u ¢¢, s ¢¢.

5. Перегретый пар (область III). Параметры обозначаются так:

p, T, v, h, u, s.

Выше критической точки (К) находится область однофазных состояний, в которой нельзя провести четкой границы между жидкостью и паром.

Диаграммы p-v, T-s, h-s воды и водяного пара

На рис. 5.3 - 5.5 изображены диаграммы, которые построены путем переноса численных значений параметров воды и водяного пара, приведенных в таблицах [8], соответственно в p-v-, T-s- и h- s- координаты.

Изобары и изотермы в области мокрого пара имеют одно направление.

В T–s- и h–s- диаграммах изохоры располагаются круче изобар.

В T–s- и h–s- диаграммах в области недогретой жидкости изобары имеют направление нижней пограничной кривой, и расположены в непосредственной близости к ней.

Адиабаты в p- v- диаграмме располагаются круче изотерм.

Диаграмму h-s называют рабочей, т.к. она исключительно широко используется для определения параметров. При термодинамическом анализе процессов и циклов T-s- и p-v - диаграммы чаще всего применяются как иллюстрационные.

ВЛАЖНЫЙ ВОЗДУХ

Влажный воздух – это смесь сухого воздуха и водяного пара.

Давление влажного воздуха равно сумме парциальных давлений сухого воздуха (p_с.в.) и водяного пара (p_п)

.

Поскольку p_п << p_св, то сухой воздух, водяной пар, а также их смесь (влажный воздух) можно считать идеальными газами.

Пар, содержащийся во влажном воздухе с температурой T, может быть перегретым (точка B, рис. 7.1). В этом случае p_п < p_s при данной T.

Влажный воздух, содержащий перегретый пар, называется ненасыщенным (p_п < p_s).

Если p_п = p_s при данной температуре воздуха (точка A, рис. 7.1), то пар является сухим насыщенным. Влажный воздух, содержащий сухой насыщенный пар, называется насыщенным (p_п = p_s).

Ненасыщенный влажный воздух можно перевести в состояние насыщения двумя способами:

1. Увеличивая давление p_п до p_s при данной температуре влажного воздуха T (процесс B - A, рис. 7.1), например, увеличивая количество пара в воздухе за счет испарения воды.

2. Снижая температуру влажного воздуха при p_п = const (процесс В - Г ).

Температура, при которой давление пара (p_п) становится равным давлению насыщения (p_s), называется температурой точки росы (T_p), и она измеряется гигрометром.

Если охлаждать насыщенный влажный воздух (процесс А - Г), то из него будет выпадать влага, т.к. уменьшается давление насыщения (p_sГ < p_sA).