Влажный пар с начальными параметрами

Energy
education

сайт для тех, кто хочет изучать энергетику

Термодинамика и тепломассообмен

Агрегатное состояние вещества

Агрегатное состояние — состояние вещества, характеризующееся определёнными качественными свойствами — способностью или неспособностью сохранять объём и форму, наличием или отсутствием дальнего и ближнего порядка и другими. Изменение агрегатного состояния сопровождается скачкообразным изменением свободной энергии, энтропии, плотности и других основных физических свойств.

Примеры решения задач по теме «Процессы изменения состояния водяного пара»

1. Определить конечное давление, степень сухости и количество отведенной теплоты, если в закрытом сосуде объемом $3$ м 3 сухой насыщенный водяной пар охлаждается от начальной температуры $t_1 = 210$ °С до конечной $t_2 = 60$ °С.

2. Водяной пар при давлении $p_1 = 25$ бар и степени сухости $х = 0.85$ нагревается при постоянном давлении до $300$ °С. Определить теплоту процесса, работу расширения и изменение внутренней энергии (в расчете на $1$ кг пара). Изобразить процесс в диаграммах h-s и p-v.

3. Определить количество теплоты, сообщаемое пару, изменение внутренней энергии и работу расширения, если пар с температурой $t = 300$ °С расширяется по изотерме от давления $p_1= 50$ бар до $р_2 = 1$ бар. Задачу решить для $1$ кг пара. Изобразить процесс в диаграммах h-s и T-s.

4. Определить характеристики $∆h$, $∆u$, $∆s$ изобарного процесса водяного пара и, для сравнения, по формулам идеального газа. В начальной точке $1$ процесса $p_1 = 0.1$ МПа, $t_1 =300$ °C, в конечной точке $2$ дана температура $t_2 = 350$ °С. При решении использовать следующие зависимости для водяного пара: $с_= 1.372 + 0.00031111·t$, кДж/(кг·К); $c_ = 1.833 + 0.00031111·t$, кДж/(кг·К). Изобразить процесс в диаграммах h-s и T-s.

5. Влажный насыщенный водяной пар с параметрами $p_1 = 0.1$ МПа и $x_1 = 0.8$ нагревается при постоянном давлении до состояния сухого насыщенного пара. Определить количество теплоты и другие характеристики процесса в расчете на $1$ кг пара. Барометрическое давление $р_<бар>$ принять равным $750$ мм.рт.ст.

6. Перегретый пар при давлении $p_1 = 20$ бар и температуре $t_1 = 500$ °С расширяется по адиабате до $р_2 = 0.1$ бар. Определить по h-s диаграмме конечное состояние пара, изменение внутренней энергии, работу расширения и техническую работу. Изобразить процесс в диаграммах h-s, T-s и p-v.

7. Водяной пар с параметрами $р_1 = 10$ МПа и $t_1 = 350$ °C адиабатно расширяется до $p_2 = 0.1$ МПа. Определить характеристики процесса в расчете на $1$ кг пара.

8. Энтальпия влажного насыщенного пара при давлении $p_1 = 1.4$ МПа составляет $h_x = 2600$ кДж/кг. Как изменится его состояние, если к $1$ кг пара будет подведено $40$ кДж/кг теплоты при постоянном давлении?

9. Из барабана парового котла поступает в пароперегреватель $2500$ кг/ч пара при $p = 1.4$ МПа и $x = 0.98$. Температура пара после пароперегревателя равна $300$ °С. Найти количество теплоты, которое пар получает в пароперегревателе за $1$ час и отношение диаметров паропроводов до и после пароперегревателя, считая скорости пара в них одинаковыми. Изобразить процесс перегрева пара в диаграммах h-s и T-s.

10. ТЭЦ отдает на производственные нужды предприятию $D_ <пр>= 20·10^3$ кг/ч пара при $p = 0.7$ МПа и $x = 0.95$. Предприятие возвращает конденсат в количестве $60$ % при температуре $t_ <возвр>= 70$ °С. Потери конденсата покрываются химически очищенной водой, имеющей температуру $t_ <хим>= 90$ °С. Сколько кг топлива в час нужно было бы сжечь в топке парогенератора, работающего с КПД $η_ <пр>= 0.80$, если бы этот парогенератор специально вырабатывал пар для нужд предприятия и если теплота сгорания топлива $Q_н^р = 7165$ ккал/кг?

11. Водяной пар с начальным давлением $p_0 = 10$ МПа и степенью сухости $x_0 = 0.95$ поступает в пароперегреватель парового котла, где его температура увеличивается на $∆t = 150$ °С. После пароперегревателя пар изоэнтропно расширяется в турбине до давления $p_2 = 4$ кПа. Определить количество теплоты (на $1$ кг пара), подведенное в пароперегревателе, и степень сухости в конце расширения. Построить процессы 0-1 и 1-2 в диаграмме h-s.

Администратор сайта: Колосов Михаил
email:
Copyright © 2011-2021. All rights reserved.

Источник статьи: http://www.energyed.ru/Term/TermSolution08

Влажный пар и его параметры

Водяной пар

Основные понятия

Газообразные тела (с примесью одноименной жидкости в виде взвешенных мелкодисперсных частиц или без нее) принято называть парами.

Все пары являются реальными газами и подчиняются всем присущим этим газам закономерностям, в частности закономерностям фазовых переходов.

Образование пара из одноименной жидкости происходит посредством ее испарения или кипения. Между этими двумя процессами существует принципиальное различие.

Испарение жидкости может происходить лишь с открытой поверхности и при любой температуре.

С повышением температуры жидкости процесс испарения ускоряется, т.к. средняя скорость движения молекул возрастает.

Кипение жидкости может происходить и при отсутствии открытой поверхности. Сущность его состоит в том, что образование пара происходит в основном в объеме самой жидкости.

В сосуде одновременно происходят противоположные процессы испарения жидкости и конденсации пара.

Пока концентрация молекул пара в паровоздушной смеси мала, первый процесс превалирует над вторым. Вместе с этим увеличивается и парциальное давление пара Р_п в паровоздушной смеси; парциальное же давление воздуха Р_в уменьшается, ибо избыток его удаляется в окружающую среду через обратный клапан, но суммарное давление паровоздушной смеси остается неизменным.

С повышением парциального давления пара скорость испарения жидкости уменьшается, а скорость обратной конденсации пара возрастает и в конечном итоге наступает момент, когда скорости обоих процессов становятся одинаковыми, а Р_п устанавливается одинаковым.

Пар какого-либо вещества, находящийся в динамическом равновесии с одноименной жидкостью, называется насыщенным.

Температура и давление насыщенного пара взаимосвязаны и каждой температуре соответствует вполне определенное давление насыщения.

По мере роста температуры паровоздушной смеси содержание воздуха в ней уменьшается за счет вытеснения его паром через обратный клапан. Поэтому наступает момент, когда из сосуда удаляются последние остатки воздуха и в верхней его части остается один лишь насыщенный пар.

Этот момент отмечается тем, что давление насыщенного пара становится равным давлению окружающей среды, под которым все время находилась жидкость, а потому становится возможным кипение жидкости.

Температура, при которой давление насыщения становится равным внешнему давлению на жидкость, называется температурой кипения; она является функцией внешнего давления и с увеличением его возрастает.

После начала кипения в рассматриваемом сосуде продолжение подвода тепла сопровождается дальнейшим парообразованием, причем давление в нём сохраняется неизменным, т.к. излишки пара вытесняются через обратный клапан. Неизменной остается и температура, как пара, так и самой жидкости. Такой процесс продолжается до полного выкипания жидкости, и, наступает момент, когда весь сосуд оказывается заполненным лишь насыщенным паром, температура которого еще равна температуре кипения.

Пар какого-либо вещества, не содержащий в себе одноименной жидкости и имеющий температуру кипения при данном давлении, называется сухим насыщенным.

Пар какого-либо вещества, температура, которого превышает температуру кипения при данном давлении, называется перегретым.

Состояние перегретого пара определяется значениями двух независимых параметров, в качестве которых наиболее часто используются давление и температура.

С повышением перегрева пар по своим свойствам приближается к идеальному газу.

При изобарном отводе теплоты от сухого насыщенного пара температура его не изменяется, а вместо этого начинается конденсация пара, и по всему его объему образуются мельчайшие капельки жидкости.

Насыщенный пар какого-либо вещества, содержащий в себе одноименную жидкость в виде взвешенных мелкодисперсных частиц, называется влажным насыщенным паром.

Представив себе влажный пар как механическую смесь сухого насыщенного пара и равномерно распределенной в нем жидкости, можно определить степень сухости х влажного пара как массовую долю содержащегося в нем сухого насыщенного пара.

Очевидно, величина х может изменяться от единицы (что соответствует сухому насыщенному пару) до нуля (что соответствует кипящей воде).

Таким образом, состояние влажного пара определяется значениями двух независимых параметров, – давления (или температуры) и степени сухости.

Влажный пар и его параметры

Объем влажного пара можно представить как сумму объемов двух компонентов.

где х – степень сухости пара.

Первое слагаемое представляет собой объем жидкости, содержащейся в 1 кг влажного пара, а второе – объем содержащегося в нем сухого насыщенного пара.

Для превращения 1 кг кипящей воды в сухой насыщенный пар при постоянном давленииему необходимо сообщить количество теплоты, называемое теплотой парообразования:

Часть теплоты парообразования расходуется на увеличение внутренней энергии, связанное с совершением работы против сил взаимного притяжения молекул (внутренняя теплота парообразования). Остальная часть теплоты парообразования расходуется на работу расширения, не связанную с наличием сил молекулярного взаимодействия (внешняя теплота парообразования).

С помощью теплоты парообразования r энтальпия влажного пара определяется следующим образом.

В процессе парообразования при Р=const

где х – степень сухости влажного пара.

i_x

Энтропия влажного пара:

а для данного случая

s_x (*)

где Т_н – температура кипения при заданном постоянном давлении.

Для сухого насыщенного пара х=1, поэтому

Формула (*) может быть записана так

s_x

Дата добавления: 2016-02-09 ; просмотров: 3134 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник статьи: http://helpiks.org/6-87645.html

Расчет процессов водяного пара

Расчет процессов водяного пара заключается в определении всех параметров начального и конечного состояния, теплоты и работы процесса.

Параметры начального и конечного состояний определяются с помощью диаграмм или по таблицам. Способ расчета с помощью таблиц более точен и не имеет ограничений. Способ с использованием h,s -диаграммы более прост, нагляден, но возможен только для влажного насыщенного пара с х > 0,6, сухого насыщенного пара и перегретого пара.

Изменение внутренней энергии для процесса определяется по уравнению:

Расчетные формулы для теплоты q, работы ℓ приведены в таблице 2.

Процесс	Работа изменения объема	Теплота
Изохорный	ℓ = 0	q = u2 – u1 = (h2 – h1) — v∙( p 2 – p1)
Изобарный	ℓ = q – Δu ℓ = p(v2 –v1)	q = h2 – h1
Изотермический	ℓ = q — Δu	q = T∙(s2 – s1)
Адиабатный	ℓ = (u2 – u1)	q = 0

Задача 3.3.Определить параметры влажного водяного пара при давлении 2,0 МПа и степени сухости 0,9.

Решение. Из таблиц водяного пара находим параметры кипящей воды «′» и сухого насыщенного пара «″» при 2,0 МПа:

р	tн	v′	v″	h′	h″	r	s′	s″
МПа	ºC	м 3 /кг	м 3 /кг	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кг	кДж/ (кг·К)	кДж/ (кг·К)
2,0	212,37	0,00118	0,0995	908,6	2797,4	1888,8	2,4468	6,3373

По этим данным определятся параметры пара:

v = v˝·x + v΄·(1–x) = 0,0995·0,9 + 0,00118·0,1 = 0,098 м 3 /кг,

h = h΄+ r·x = 908,6 + 1888,8·0,9 = 2608,52 кДж/кг.

s = s΄+ (r·x)/T_S = 2,4468 + (1888,8·0,9)/485,52 = 5,95 кДж/(кг·К)

Можно определить параметры пара по по h,s – диаграмме:

Задача 3.4. 1кг водяного пара, начальное состояние которого задано параметрами р₁=50 бар (5·10 3 кПа), t₁=400 ºC, расширяется адиабатно до давления р₂=0,5 бар (50 кПа).

Построить процесс в h,s; р,v; и Т,s – диаграммах.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник статьи: http://studopedia.su/10_119144_raschet-protsessov-vodyanogo-para.html