Министерство образования Республики Беларусь ТУ БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ БН Кафедра ЮНЕСКО «Энергосбережение и возобновляемые источники энергии» Н.Г. Хутская Г.И. Пальчёнок ит ор ий РАСЧЕТ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВОДЯНОМ ПАРЕ Ре по з Методическое пособие по дисциплине «Термодинамика» для студентов специальности 1−43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент» Минск БНТУ 2012 УДК 621.1.016.7(075.8) ББК 31.31я7 Х98 ТУ Хутская Н.Г. Расчет термодинамических процессов в водяном паре: методическое пособие по дисциплине «Термодинамика» для студентов специальности 1−43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент» / Н.Г. Хутская, Г.И. Пальчёнок. − Минск: БНТУ, 2012. − 45 с. БН Х98 ISBN 978-985-550-033-0. Ре по з ит ор ий Рассмотрены методы расчета термодинамических процессов с использованием таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара, h, s- и T, s- диаграмм. Методическое пособие составлено в соответствии с учебным планом кафедры ЮНЕСКО «Энергосбережение и возобновляемые источники энергии» по дисциплине «Термодинамика» для студентов специальности 1−43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент». Настоящее методическое пособие издано благодаря спонсорской поддержке норвежской фирмы New Energy Performance AS (NEPAS). УДК 621.1.016.7(075.8) ББК 31.31я7 ISBN 978-985-550-033-0 Хутская Н.Г., Пальчёнок Г.И., 2012 Белорусский национальный технический университет, 2012 2 Индексы Ре по з ит ор - кипящая жидкость. -сухой насыщенный пар. ж- жидкость. п - пар. дв - двухфазная смесь. 1 - начало процесса. 2 - конец процесса. ий БН t o С- температура. T, К - абсолютная температура, p, Па - давление. v, м3/кг - удельный объем. G, кг - масса. h, кДж/кг - удельная энтальпия. u , кДж/кг - удельная внутренняя энергия. l, кДж/кг - удельная работа. q, кДж/кг - удельная теплота. s, кДж/кг К - удельная энтропия. x - степень сухости. y - степень влажности. ТУ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИН 3 РАСЧЕТ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВОДЯНОМ ПАРЕ ПО ТАБЛИЦАМ И ДИАГРАММАМ Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара T p v’ v” h’ h” r s’ s” s”-s’ БН t ТУ Таблица 1 Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по температурам) ит ор ий Таблица 2 Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по давлениям) p t v’ v” h’ h” r s’ s” s”-s’ по з Таблица 3 Термодинамические свойства воды и перегретого пара p1 ts1 Ре t v’1 h’1 s’1 v1 h1 t1 t2 t3 t4 p2 ts2 v’2 h’2 s’2 v’’1 h’’1 s’’1 s1 v2 в п е р е г h2 о р д е 4 v’’2 h’’2 s’’2 s2 p3 ts3 v’3 h’3 s’3 v3 v’’3 h’’3 s’’3 s3 h3 а т ы й п а р ит ор ий БН ТУ Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называется насыщенным. Насыщенный пар имеет температуру кипящей жидкости, из которой он получен. Если в насыщенном паре присутствуют капли жидкости, то такой пар называется влажным насыщенным (двухфазная система - пар плюс жидкость) Если все присутствующие во влажном насыщенном паре капли жидкости обратились в пар, то такой пар называется сухим насыщенным. Пар, имеющий температуру более высокую, чем температура кипения при данном давлении, называется перегретым. При одном давлении кипящая жидкость, влажный насыщенный пар и сухой насыщенный пар имеют одну и ту же температуру - температуру насыщения. В таблицах параметры кипящей жидкости обозначены как параметры с одним штрихом (v’,h’,s’); параметры сухого насыщенного пара - как параметры с двумя штрихами (v”, h”, s”). В двухфазной системе (влажном насыщенном паре) параметры определяются следующим образом. Масса двухфазной смеси Gдв = Gж + Gп, по з где Gж,Gп - соответственно масса насыщенной (кипящей) жидкости и сухого насыщенного пара. Степень сухости Ре x Gп Gп Gдв Gж Gп Степень влажности y Gж Gж 1 x Gдв Gж Gп Для насыщенной (кипящей) жидкости x=0, для сухого насыщенного пара x=1, для влажного насыщенного пара 0< x<1. 5 Удельные значения объема, энтальпии, энтропии насыщенного пара определяются по формулам влажного x БН ТУ vдв = v”x + v’ (1 - x) hдв = h”x + h’ (1 - x) sдв = s”x + s’ (1 - x) Состояние двухфазной системы определяется температурой (или однозначно связанным с ней давлением насыщения) и степенью сухости. При известных параметрах двухфазной системы можно определить степень сухости из соотношений vдв v ' hдв h ' sдв s ' v " v ' h " h ' s " s ' ий Параметры кипящей жидкости и сухого насыщенного пара определяются по таблицам термодинамических свойств по известной температуре (давлению). ит ор Расчет изоб арного процесса p =co nst I. Процесс начинается в области жидкости и заканчивается в области перегретого пара. Задано p, t1, t2. по з Обычно расчет изобарного процесса в этом варианте проводится с помощью таблиц. По таблице 3 по температуре t1 и давлению p определяются v1, h1, s1. По той же таблице по температуре t2 и давлению p определяется v2, h2, s2. Подведенная в процессе теплота Ре q=h2-h1; работа l=p(v2-v1) изменение внутренней энергии u=q-l. 6 h 2 ТУ t2 t1 K x=1 1 БН P1,2 ий S Рисунок 1а ит ор T K Ре по з x=0 2 T2 x=1 P1,2 1 T1 Рисунок 1б 7 S II. Процесс начинается в области влажного пара и заканчивается в области перегретого. Задано p, x1, t2. h t2 ТУ 2 БН K t1 P1,2 1 x=1 ий x1 T ит ор Рисунок 2а S по з K x=0 2 T2 x=1 P1,2 Ре 1 x1 S Рисунок 2б 8 По таблице 2 по давлению p определяются v’, v”, h’, h”, s’, s”.Точка 1 лежит в двухфазной области насыщенного пара. Параметры точки ТУ v1 = v”x1 + v’ (1 - x1) h1 = h”x1 + h’ (1 - x1) s1 = s”x1 + s’ (1 - x1) БН По таблице 3 по температуре t2 и давлению p определяются v2, s2, h2. Теплота, работа и изменение внутренней энергии определяются по вышеприведенным формулам. III. Процесс начинается и заканчивается в области влажного пара. Задано: p, x1, x2. ит ор ий h K по з 2 P1,2 Ре 1 x2 x=1 x1 S Рисунок 3а По таблице 2 по давлению p определяются v’, v”, h’, h”, s’, s”. Точки 1 и 2 находятся в двухфазной области насыщенного пара. Параметры точки 1 v1 = v”x1 + v’ (1 - x1) 9 h1 = h”x1 + h’ (1 - x1) s1 = s”x1 + s’ (1 - x1) Параметры точки 2 v2 = v”x2 + v’ (1 - x2) h2 = h”x2 + h’ (1 - x2) s2 = s”x2 + s’ (1 - x2) K x=0 ий 2 P1,2 по з ит ор 1 x=1 БН ТУ T S Рисунок 3б Теплота, работа и изменение внутренней определяются по вышеприведенным формулам. энергии Ре IV. Процесс начинается и заканчивается в области перегретого пара. Задано: p, Т1 , Т2 . По таблице 3 по давлению p и температуре t1 определяются v1, h1, s1. По той же таблице по давлению p и температуре t2 определяются v2, h2, s2. Дальнейший расчет ведется по тем же формулам. 10 h 2 t2 K ТУ P1,2 t1 БН 1 ий x=1 T S ит ор Рисунок 4а 2 K P1,2 x=0 по з T2 T1 1 Ре x=1 S Рисунок 4б 11 Расч ет изотермического процесса T = const I. Процесс начинается в области жидкости и заканчивается в области перегретого пар. Задано: p1, Т, p2. P1 t1,2 1 x= ит ор P2 2 ий K БН ТУ h Рисунок 5а,б по з T S K Ре x= x= P1 P2 T1,2 1 2 S 12 ТУ По таблице 3 по температуре Т и давлению p1 определяются v1, h1, s1. По той же таблице по температуре Т и давлению p2 определяются v2, h2, s2. Подведенная теплота q = T (s2 - s1). Изменение внутренней энергии u = (h2-p2v2) - (h1-- p1v1). Работа процесса l = q-u. II. Процесс начинается и заканчивается в области влажного пара Задано: Т, x1 , x2. ий БН h P1,2 2 t1,2 ит ор K T1,2 x=1 x1 по з 1 x2 S Рисунок 6а Ре По таблице 1 по температуре Т определяются параметры v’, v”, h’, h”, s’, s” на пограничных кривых v1 = v”x1 + v’ (1 – x1) h1 = h”x1 + h’ (1 – x1) s1 = s”x1 + s’ (1 – x1) 13 T x=0 ТУ K 1 2 T1,2 x2 ий x1 БН x=1 S ит ор Рисунок 6б Далее определяются параметры в точке 2 по з v2 = v”x2 + v’ (1 - x2) h2 = h”x2 + h’ (1 - x2) s2 = s”x2 + s’ (1 - x2) Дальнейший формулам. расчет ведется по вышеприведенным Ре III. Процесс начинается в области влажного пара и заканчивается в области перегретого. Задано Т, x1 , p2. По таблице 1 по температуре Т определяются параметры на пограничных кривых v’, v”, h’, h”, s’, s”. v1 = v”x1 + v’ (1 - x1) h1 = h”x1 + h’ (1 - x1) 14 s1 =sh”x1 + s’ (1 - x1) h ТУ P1 P2 T1,2 2 БН K T 1 ий x=1 T ит ор x1 S Ре по з K x=0 T P1 x=1 P2 T1,2 1 2 x1 S Рисунок 7 а,б 15 По таблице 3 по температуре Т и давлению p2 определяются параметры в точке 2: v2, h2, s2. Дальнейший расчет ведется по вышеприведенным формулам. ТУ IV. Процесс целиком располагается в области перегретого пара Задано Т, p1, p2. БН h P1 1 ий P2 2 по з ит ор K t x=1 S Рисунок 8а По таблице 3 по Т и p1 определяются параметры в точке 1 v1, Ре h1, s1. По той же таблице по Т и p2 определяются параметры в точке 2 v2, h2, s2. Дальнейший расчет ведется по вышеприведенным формулам. 16 T K ТУ P1 x=1 P2 2 БН 1 T1,2 ий x=0 S ит ор Рисунок 8б Расчет изо хо рного процесса V= const Ре по з I. Процесс начинается и заканчивается в области влажного пара Задано p1, x1, p2 (или t2). По таблице 2 по давлению p1 определяются параметры на пограничных кривых v1’, v1”, h1’, h1”, s1’, s1” и рассчитываются параметры в точке 1 v1 = v1”x1 + v1’ (1 - x1) h1 = h1”x1 + h1’ (1 - x1) s1 = s1”x1 + s1’ (1 - x1) По таблице 2 по давлению p2 (или по таблице 1 по температуре T 2) определяются параметры на пограничных кривых v2’, v2”, h2’, h2”, s2’, s2” Учитывая, что v2= v1, можно определить степень сухости в точке 2. Удельный объем в точке 2 можно записать v2 = v2”x2 + v2’ (1 - x2) 17 x2 Отсюда v2 v2 ' v2 " v2 ' h ТУ P2 K 2 1 ит ор T x1 x2 K по з x=0 Ре x=1 ий V1,2 БН P1 x1 S P1 x=1 P2 2 V1,2 x2 1 S Рисунок 9а,б 18 Зная x2, можно определить параметры в точке 2. h2 = h2”x2 + h2’ (1 - x2) s2 = s2”x2 + s2’ (1 - x2) q = u2 - u1 = (h2-p2v2) - (h1-p1v1). ТУ В изохорном процессе l=0. Подведенная теплота равна изменению внутренней энергии БН II. Процесс начинается в области влажного пара и заканчивается в области перегретого пара Задано p1, x1, p2 (или t2). ий h 1 Ре t2 P1 P2 по з K ит ор 2 V1,2 x=1 x1 S Рисунок 10а По таблице 2 по давлению p1 определяются параметры на пограничных кривых v1’, v1”, h1’, h1”, s1’, s1” . Проводится расчет параметров в точке 1. 19 v1 = v1”x1 + v1’ (1 - x1) h1 = h1”x1 + h1’ (1 - x1) s1 = s1”x1 + s1’ (1 - x1) ТУ По таблице 3 по p2 и v1=v2 (или по таблице 3 по T2 и v1=v2) определяются соответственно t2 (или p2), h2 , s2. Дальнейший расчет ведется по вышеприведенным формулам. БН T K T2 ий 2 x=0 ит ор P2 x1 x=1 P1 по з 1 V1,2 S Ре Рисунок 10б III. Процесс начинается и заканчивается в области перегретого пара. Задано p1, T1 и p2. По таблице 3 по p1 и T1 определяются v1, h1, s1. По той же таблице по p2 и v2=v1 определяются t2, h2, s2. Дальнейший расчет ведется по тем же формулам. 20 2 h P2 P1 V1,2 t1 1 БН x=1 ТУ K S ий Рисунок 11а T ит ор K x=0 x=1 V1,2 по з P2 Ре 2 P1 1 T1 S Рисунок 11б Расчет ади аб атного процесса dq=0 I. Процесс целиком располагается в области перегретого пара Задано p1, t1 и p2. 21 1 t1 S1,2 P1 ТУ h P2 K БН 2 x=1 ий S Рисунок 12а ит ор T Ре по з K 1 P1 T1 S1,2 P2 2 x=0 x=1 S Рисунок 12б 22 По таблице 3 по давлению p1 и температуре t1 определяются параметры в точке 1 v1, h1, s1. В обратимом адиабатном процессе ds = 0, s=const. По таблице 3 по давлению p2 и s2 = s1 определяются v2, h2, t2. Для адиабатного процесса dq=0. ТУ u = -l = (h2 - p2v2) - (h1 - p1v1). h 1 БН II. Процесс начинается в области перегретого пара и заканчивается в области влажного. Задано p1, t1 и p2. t1 S1,2 ит ор K ий P1 P2 по з 2 x=1 x2 S Рисунок 13а По таблице 3 по давлению p1 и температуре t1 определяют h 1, s1, v1. Ре По таблице 2 по давлению p2 определяются параметры h2”, h2’, s2”, s2’, v2”, v2’. Поскольку s2 = s2”x2 + s2’ (1 - x2) = s1, можно определить степень сухости во второй точке 23 x2 s2 s2 ' s2 " s2 ' ТУ Затем определяются h2 = h2”x2 + h2’ (1 - x2) v2 = v2”x2 + v2’ (1 - x2) T 1 БН K T1 S1,2 по з ит ор x=0 ий P1 X2 x=1 2 S Рисунок 13б Расчет остальных параметров ведется по вышеприведенным формулам. Ре III. Процесс начинается и заканчивается в области влажного пара. Задано p1, x1 и p2. По таблице 2 по давлению p1 определяются параметры на пограничных кривых h1”, h1’, s1”, s1’, v1”, v1’. Параметры в точке 1 v1 = v1”x1 + v1’ (1 – x1) h1 = h1”x1 + h1’ (1 – x1) 24 s1 = s1”x1 + s1’ (1 – x1) По таблице 2 по давлению Р определяются h2”, h2’, s1”, s2’, v2”, v2’. S2 = s1= s2”x2 + s2’ (1 – x2). ТУ h K БН P1 1 x1 P2 S1,2 ит ор 2 x2 ий x=1 S Рисунок 14а T K Ре по з x=0 P1 1 x1 x=1 S1,2 P2 2 x2 S Рисунок 14б 25 Отсюда определяется степень сухости во второй точке x2 s2 s2 ' s2 " s2 ' Далее определяются БН ТУ h2 = h2”x2 + h2’ (1 - x2) v2 = v2”x2 + v2’ (1 - x2) Расчет остальных параметров ведется по вышеприведенным формулам. Расчет процесса ади аб атного дроссели ро вания h=const ий I. Процесс начинается и заканчивается в области влажного пара ит ор h P1 по з K Ре 1 h1,2 2 x2 x1 P2 x=1 S . Рисунок 15а 26 K T 1 2 x=1 x2 ТУ P2 h1,2 x1 БН x=0 P1 S ий Рисунок 15б ит ор Задано p1, x1 и p2. По таблице 2 по давлению p1 определяются параметры на пограничных кривых h1”, h1’, s1”, s1’, v1”, v1’. Зная x1 можно найти параметры в точке 1 по з h1 = h1”x1 + h1’ (1 - x1) v1 = v1”x1 + v1’ (1 - x1) s1 = s1”x1 + s1’ (1 - x1) Ре По таблице 2 по p2 определяются h2”, h2’, s1”, s2’, v2”, v2’. Поскольку h2 =h1 = h2”x2 + h2’ (1 - x2) можно найти степень сухости во второй точке x2 h2 h2 ' h2 " h2 ' Далее определяются s2 = s2”x2 + s2’ (1 - x2) v2 = v2”x2 + v2’ (1 - x2) 27 Для адиабатного дросселирования dq=0. Работа процесса l = u1 - u2 = (h1 - p1v1) - (h2 - p2v2) = p2v2 - p1v1. ТУ II. Процесс начинается в области влажного пара и заканчивается в области перегретого БН Задано p1, x1 и p2. ит ор ий По таблице 2 по давлению p1 определяются параметры на пограничных кривых h1”, h1’, s1”, s1’, v1”, v1’. Зная x1, определяются параметры в точке 1 h1 = h1”x1 + h1’ (1 - x1) v1 = v1”x1 + v1’ (1 - x1) s1 = s1”x1 + s1’ (1 - x1) P1 h K h1,2 по з 1 2 Ре x1 P2 x2 x=1 S Рисунок 16а 28 T K P1 1 x1 h1,2 ТУ x=0 T2 2 x=1 БН P2 ий S Рисунок 16б ит ор По таблице 3 по давлению p2 и h2 = h1 определяются параметры t2, s2, v2. Дальнейший расчет ведется по вышеприведенным формулам. III. Процесс начинается и заканчивается в области перегретого пара Ре по з Задано p1, Т1 и p2. По таблице 3 по давлению p1 и температуре t1 определяют h 1, s1, v1. По таблице 3 по давлению p1 энтальпии h2=h1 определяют, s2, v2., t2. Дальнейший расчет ведется по вышеприведенным формулам. 29 h P1 1 h1,2 K P2 БН x=1 ТУ 2 Рисунок 17а K ит ор T ий S 1 T1 Ре по з P1 h1,2 2 P2 S Рисунок 17б 30 ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ Вариант 1 Вариант 2 БН ТУ Кипящая вода при давлении 0.17 МПа дросселируется до давления 0.1 МПа, затем к образовавшемуся в результате дросселирования пару подводится теплота при t= const, пока пар не достигнет давления 0.008 МПа, затем этот пар адиабатно расширяется и приобретает степень сухости 0.99. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. ит ор ий Сухой насыщенный пар при давлении 0.02 МПа адиабатно сжимается, приобретая температуру 400о С, затем этот пар дросселируется до давления 0.1 МПа, а потом от него отводится теплота при v = const и пар приобретает давление p= 0.015 МПа. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Вариант 3 Вариант 4 Ре по з Пар с параметрами t =150о С и х= 0.2 нагревается в закрытом сосуде, становясь сухим насыщенным, затем он адиабатно расширяется до давления 0.008 МПа, а потом изотермически расширяется до давления 0.002 МПа. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Пар с параметрами 1.5 Мпа и 500 о С адиабатно расширяется, становясь сухим насыщенным, затем изотермически сжимается, достигая степени сухости 0.5. а далее дросселируется до давления 0.02 МПа. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,sдиаграммах. 31 Вариант 5 ТУ Сухой насыщенный пар при температуре 140о С нагревается в закрытом сосуде до 450 о С, потом адиабатно расширяется, вновь становясь сухим насыщенным, а затем изотермически сжимается, приобретая степень сухости 0.2. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Вариант 6 ий БН Пар с давлением 0.5 МПа и степенью сухости 0.3 дросселируется до давления 0.3 МПа, затем изотермически расширяется, становясь сухим насыщенным, а потом адиабатно сжимается до температуры 400 о С. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Вариант 7 ит ор Пар с параметрами 3 МПа и 350 о С адиабатно расширяется до давления 0.01 МПа, затем изотермически сжимается до степени сухости 0.5, а потом дросселируется до давления 0.005 МПа. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Вариант 8 Ре по з Пар с параметрами 9 МПа и 540 оС дросселируется до давления 5 МПа, далее адиабатно расширяется до давления 0.01 МПа, а затем от него отводится теплота в закрытом сосуде до достижения давления 0.008 МПа. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,sдиаграммах. Вариант 9 Пар давлением 0.05 МПа и степенью сухости х= 0.4 изохорно нагревается до температуры 200 о С, далее он дросселируется до 0.01 МПа и адиабатно сжимается до температуры 550 с С. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. 32 Вариант 10 ТУ Пар с параметрами 0.2 МПа и 200 о С изотермически сжимается до состояния сухого насыщенного, затем адиабатно расширяется до температуры 150 о С и далее охлаждается при постоянном давлении до степени сухости 0.4. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Вариант 11 ий БН Сухой насыщенный пар при температуре 250 о С адиабатно сжимается до давления 10 МПа, затем изотермически расширяется до давления 0.2 МПа, а потом от него отводится теплота при постоянном давлении, и пар приобретает степень сухости 0.4. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Вариант 12 ит ор Сухой насыщенный пар при температуре 300 о С дросселируется до температуры 250 о С, затем изотермически сжимается до х= 0.3, а потом к нему подводится теплота при постоянном давлении и пар приобретает температуру 400 о С Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Вариант 13 Ре по з Кипящая вода при 180 о С изобарно нагревается до достижения степени сухости 0.5. затем дросселируется до температуры 140 о С, а потом адиабатно сжимается и приобретает температуру 550 о С. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Вариант 14 Водяной пар с параметрами 2 МПа и х = 0.5 изохорно нагревается до температуры 450 о С, далее дросселируется до давления 1.5 МПа , а потом адиабатно расширяется и становится сухим насыщенным. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,sдиаграммах. 33 Вариант 15 ТУ Пар с параметрами 0.2 МПа и 550 о С изотермически сжимается до давления 10 МПа, потом от него отводится теплота при постоянном давлении до степени сухости 0.6, а далее адиабатно сжимается и становится сухим насыщенным. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Вариант 16 ий БН Пар с температурой 190 о С и степенью сухости 0.5 изобарно нагревается до достижения состояния сухого насыщенного, потом адиабатно сжимается до давления 2 МПа, а затем изотермически сжимается и приобретает степень сухости 0.4. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Вариант 17 ит ор Кипящая вода при давлении 1.3МПа изотермически расширяется до х = 0.3, затем адиабатно расширяется до давления 0.55 МПа, а потом нагревается при постоянном давлении до температуры 400 о С .Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,sдиаграммах. по з Вариант 18 Ре Сухой насыщенный пар при температуре 50 о С адиабатно сжимается до давления 0.1 МПа, затем изотермически сжимается до состояния сухого насыщенного , а потом изобарно охлаждается до х = 0.2. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Вариант 19 Пар с параметрами 0.5 МПа и 200 о С адиабатно сжимается до давления 2 МПа, потом от него отводится теплота при постоянном давлении до степени сухости 0.6, затем пар дросселируется до давления 1.5 МПа. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,sдиаграммах. 34 Вариант 20 БН Вариант 21 ТУ Кипящая вода при давлении 0.2 МПа дросселируется до давления 0.1 МПа, затем к образовавшемуся в результате дросселирования пару подводится теплота при t= const, пока пар не достигнет давления 0.006 МПа, затем этот пар адиабатно расширяется и приобретает степень сухости 0.92. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. ий Пар с параметрами 0.5 МПа и 250 о С адиабатно сжимается до давления 2 МПа, потом от него отводится теплота при постоянном давлении до степени сухости 0.4, затем пар дросселируется до давления 1.2 МПа. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,sдиаграммах. Вариант 22 по з ит ор Кипящая вода при давлении 1.6МПа изотермически расширяется до х = 0.4, затем адиабатно расширяется до давления 0.5 МПа, а потом нагревается при постоянном давлении до температуры 360 о С .Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,sдиаграммах. Вариант 23 Ре Пар давлением 0.03 МПа и степенью сухости х= 0.6 изохорно нагревается до температуры 220 о С, далее он дросселируется до 0.012 МПа и адиабатно сжимается до температуры 500 с С. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Вариант 24 Пар с параметрами 2 МПа и 540 о С адиабатно расширяется, становясь сухим насыщенным, затем изотермически сжимается, достигая степени сухости 0.3. а далее дросселируется до давления 35 0.01 МПа. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,sдиаграммах. Вариант 25 БН ТУ Пар с параметрами t =180о С и х= 0.3 нагревается в закрытом сосуде, становясь сухим насыщенным, затем он адиабатно расширяется до давления 0.006 МПа, а потом изотермически расширяется до давления 0.001 МПа. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Вариант 26 ий Пар с параметрами 2.5 МПа и 350 о С адиабатно расширяется, становясь сухим насыщенным, затем изотермически сжимается, достигая степени сухости 0.3, а далее дросселируется до давления 0.03 МПа. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,sдиаграммах. ит ор Вариант 27 по з Сухой насыщенный пар при температуре 180о С нагревается в закрытом сосуде до 550 о С, потом адиабатно расширяется, вновь становясь сухим насыщенным, а затем изотермически сжимается, приобретая степень сухости 0.4. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Вариант 28 Ре Пар с давлением 0.4 МПа и степенью сухости 0.2 дросселируется до давления 0.2 МПа, затем изотермически расширяется, становясь сухим насыщенным, а потом адиабатно сжимается до температуры 300 о С. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. 36 Вариант 29 Вариант 30 ТУ Пар с параметрами 10 МПа и 500 оС дросселируется до давления 6 МПа, далее адиабатно расширяется до давления 0.02 МПа, а затем от него отводится теплота в закрытом сосуде до достижения давления 0.005 МПа. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. ий БН Пар давлением 0.06 МПа и степенью сухости х= 0.3 изохорно нагревается до температуры 240 о С, далее он дросселируется до 0.02 МПа и адиабатно сжимается до температуры 520 с С. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Вариант 31 ит ор Пар с параметрами 0.4 МПа и 250 о С изотермически сжимается до состояния сухого насыщенного, затем адиабатно расширяется до температуры 120 о С и далее охлаждается при постоянном давлении до степени сухости 0.2. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. по з Вариант 32 Ре Кипящая вода при 150 о С изобарно нагревается до достижения степени сухости 0.6, затем дросселируется до температуры 100 о С, а потом адиабатно сжимается и приобретает температуру 450 о С. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. Пример Сухой насыщенный пар при температуре 140о С нагревается в закрытом сосуде до 450 о С, потом адиабатно расширяется, вновь 37 становясь сухим насыщенным, а затем изотермически сжимается, приобретая степень сухости 0.2. Рассчитать процессы. Изобразить в h,s -и T,s- диаграммах. 2 t2 v1=v2 S,2-3 1 3 P3=P4 БН K 4 ТУ h x=1 T ит ор ий X4 по з K 2 Ре T2 v1=v2 1 S,2-3 x=0 X4 S 4 T3=T4 3 x=1 S Рисунок 18 38 t1 1400 C p1 3, 6136 105 Па x1 1 По таблице 1 ТУ v1 v " 0,50875 м3 / кг, h1 h " 2734, 0 кДж / кг, s1 s " 6,9307 кДж / кг К . БН Процесс 1-2 – изохорный. По удельному объему v1 v2 и температуре t2 4500 C по таблице 3 определяется h2 3375, 2 кДж / кг, s2 7,8222 кДж / кг К l 0 ит ор В процессе 1-2 Работа изохорного процесса ий p2 650 кПа, Подведенная теплота равна изменению внутренней энергии q12 u12 (h2 p2v2 ) (h1 p1v1 ) по з (3375, 2 103 6,50 105 0,50875) (2734 103 3,6136 105 0,50875) Дж / кг 494, 3 кДж / кг Ре 4,943 105 Процесс 2-3 – адиабатный, s2 s3 7,8222 кДж / кг К . 39 Точка 3 лежит на линии х=1. Следовательно, по таблице 1 определяется значение энтропии сухого насыщенного пара t3 650 C , h3 h " 2618, 2 кДж / кг, v3 v " 6, 2042 м3 / кг. ТУ Теплота в адиабатном процессе равна нулю. q2 3 0 Работа расширения адиабатного процесса равна изменению внутренней энергии с противоположным знаком. (3375, 2 103 6, 50 105 0, 50875) (2618, 2 103 2,5008 104 6, 2042) 28,893 105 БН l2 3 u2 3 u2 u3 (h2 p2 v2 ) (h3 p3 v3 ) ий Дж / кг 2889, 3 кДж / кг ит ор 0 По температуре t3 65 C по таблице 1 определяются параметры на пограничных кривых v ' 0,0010199 м3 / кг h ' 272, 02 кДж / кг кДж / кгК по з s ' 0,8933, v " 6, 2042 м3 / кг h " 2618, 2 кДж / кг Ре s " 7,832 кДж / кгК p 2,5008 104 Па Параметры в точке 4 40 v4 v " x4 v '(1 x4 ) 6, 2042 0, 2 0, 0010199(1 0, 2) 1, 2417 м 3 / кг, h4 h " x4 h '(1 x4 ) 2618, 2 0, 2 272, 02(1 0, 2) 741, 25 кДж / кг ТУ s4 s " x4 s '(1 x4 ) 7,832 0, 2 В изотермическом процессе теплота БН 0,8933(1 0, 2) 0,875 кДж / кг К q3 4 T3 ( s4 s3 ) (65 273)(0,875 7,8222) 2348 кДж / кг Изменение внутренней энергии ий u3 4 u4 u3 (h4 p4 v4 ) (h3 p3v3 ) (741, 25 103 2,5008 104 1, 2417) ит ор (2618, 2 103 2, 5008 10 4 6, 2042) 17, 5285 105 Дж / кг 1752,85 кДж / кг Работа процесса 3-4 Ре по з l34 q3 4 u3 4 2348 (1752,85) 595,15 кДж / кг 41 ТУ БН ий ит ор по з Ре Рисунок 19 - h,s – диаграмма водяного пара 42 ЛИТЕ РАТУ РА Ре по з ит ор ий БН ТУ 1. Кириллин В.А. Техническая термодинамика/ В.А. Кириллин, В.В Сычев, А.Е. Шейндлин -4-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 416 с. 2. Техническая термодинамика: учебник для вузов/ Крутов В.И. [и др.], под общ. ред. В.И. Крутова..- 3-е изд.- М.: Высш. шк., 1991.-384 с. 3. Вукалович М.П. Термодинамика: учебное пособие/ М.П. Вукалович, И.И. Новиков.- М.: Машиностроение, 1972.-672 с. 4. Андрющенко А.И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок: учебное пособие/ А.И. Андрющенко -3-е изд.- М.: Высшая школа, 1985.- 319 с. 5. Сборник задач по технической термодинамике: учебное пособие/Андрианова Т.Н. [и др.]; под общ. Ред. Т.Н. Андриановой3-е изд. - М.: Энергоиздат, 1981. - 240 с. 6. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике / О.М. Рабинович - М.: Машиностроение, 1973.- 344 с. 7. Зубарев В.Н. Практикум по технической термодинамике: учебное пособие/ В.Н.Зубарев, А.А. Александров, В.С.Охотин - 3-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1986.- 304 с. 9. Ривкин С.Л. Tеплофизические свойства воды и водяного пара: Справочник/ С.Л.Ривкин, А.А. Александров - М.: Энергоатомиздат, 1980.- 424 с. 12. Кудимов В.А. Техническая термодинамика/ В.А.Кудимов, Э.М. Карташев– М.: Высшая школа, 2000. 13. Исаев С.И. Термодинамика: учеб. для ВУЗов/ С.И.Исаев- 3е изд.– М.: Изд-во МВТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.- 416с. 43 СОДЕРЖАНИЕ Ре по з ит ор ий БН ТУ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИН…3 Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара………..4 Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по температурам)………………………………………..4 Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по температурам)………………………………………. 4 Термодинамические свойства воды и перегретого пара…………….4 Расчет изобарного процесса p =const………………………………6 Расчет изотермического процесса T = const…………………….12 Расчет изохорного процесса V=const………………………………17 Расчет адиабатного процесса dq=0………………………………..21 Расчет процесса адиабатного дросселирования h=const…... 26 ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ…………………………………...31 Пример 37 h,s – диаграмма водяного пара 42 44 Учебное издание БН ТУ ХУТСКАЯ Наталия Геннадьевна ПАЛЬЧЁНОК Геннадий Иванович РАСЧЕТ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВОДЯНОМ ПАРЕ ит ор ий Методическое пособие по дисциплине «Термодинамика» для студентов специальности 1−43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент» по з Подписано в печать Формат 60х84 1/16. Бумага Ре Усл. печ. л.2,61. Уч. -изд. л.2,04. Тираж 100. Заказ. Белорусский национальный технический университет ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Проспект Независимости, 65.220013, Минск. Отпечатано 45