Реферат: Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Условие и содержание задания

Идеальныйгаз (μ – 18,0 г/моль, к = 1,33) при V1; P1; T1изохорно нагревается до T2, а затем изотермически до Р3. После изобарного и изоэнтропного сжатия рабочее тело возвращается в начальное состояние.

Определить термические и удельные калорические характеристики рабочего тела в переходных точках цикла (P; V; T; h; s; u).

Вычислить изменения калорических характеристик в каждом из составляющих циклов изопараметрических процессов (ΔH; ΔS; ΔU).

Вычислить количество теплоты, деформационной работы, работы перемещения для каждого из изопараметрических процессов (Q; L; Lп).

Выяснить энергетические особенности этих процессов и цикла в целом, составить для них схемы энергобаланса и кратко прокомментировать их особенности

Оценить эффективность тепломеханического цикла и эквивалентного ему цикла Карно.

Таблица 1

№ варианта

Начальный объем рабочего тела,

V1, м3

Начальное давление,

P1, кПа

Начальная температура,

T1, К

Конечная температура в изохорном процессе,

T2, К

Конечное давление в изотермическом процессе,

P3, кПа

2,6

4000

573

723

100

1 Рабочее тело — идеальный газ

Предварительные вычисления

Удельная газовая постоянна

Удельная изобарная теплоемкость газа при к = 1,33

Удельная изохорная теплоемкость

Масса идеального газа

Определение характеристик термодинамического состояния идеального газа в переходных точках

На рис. 1 и 2 показан тепломеханический цикл в диаграммах Pv и Ts.

Расчет характеристик термодинамического состояния выполняется в соответствии с исходными данными табл.1 по следующему плану:

Состояние (точка) 1.

Известны: V1; P1; T1.

Определяется удельный объем

Удельные калорические характеристики для каждого из состояний вычисляются по расчетным соотношениям при Тб = 273,15 К и Рб= 100 кПа.

Удельная энтальпия

Удельная внутренняя энергия

Удельная энтропия

Состояние (точка) 2.

Известны: T2;

V2= V1(процесс 1-2 изохорный);

v2= v1

Определяются:

Давление

Удельная энтропия

Удельная внутренняя энергия

Удельная энтропия

Состояние (точка) 3.

--PAGE_BREAK--

Известны: Р3;

Т3= Т2(процесс 2-3 изотермический).

Определяются:

Удельный объем

Объем

/>Удельная энтальпия

Удельная внутренняя энергия

Удельная энтропия

Состояние (точка) 4.

Известны: Р4=Р3(процесс 3-4 изобарный);

s4= s1(процесс 4-1 изоэнтропный).

Определяются:

Термодинамическая температура

Удельный объем

Объем

Удельная энтальпия

Удельная внутренняя энергия

Результаты расчета сведены в табл.2

Таблица 2

Номер точки

Р,

кПа

Т,

t°,

°С

м3

4000

573

300

2,6

0,066

560

295

-0,325

5061

723

450

2,6

0,066

837

502

-0,0002

100

723

450

131,2

3,34

837

502

1,812

100

230

-43

41,73

1,062

-80

-186

-0,325

Характеристики термодинамического состояния идеального газа в переходных точках цикла

Вычисление изменения калорических характеристик в процессах с идеальным газом

Изменение калорических характеристик при переходе рабочего тела из начального состояния Н в конечное К определяется на основе следующих соотношений:

Изменение энтальпии

Изменение внутренней энергии

Изменение энтропии

По данным табл.2 получаем

Процесс 1-2 (V = const)

Процесс 2-3 (Т = const)

продолжение
--PAGE_BREAK--

Процесс 3-4 (Р = const)

Процесс 4-1 (S = const)

1.4 Определение количества теплоты, деформационной работы и работы перемещения в процессах с идеальным газом

Характеристики термодинамических процессов (Q; L; Lп) определяются на основании Первого и Второго законов термодинамики. Деформационную работу и работу перемещения при равновесном изменении состояния от начального (Н) до конечного (К) можно вычислить также путем интегрирования выражений.

По данным 1.3 получим

Процесс 1-2 (V = const)

Процесс 2-3 (Т = const)

/>;

Процесс 3-4 (Р = const)

/>; />

Процесс4-1 (S = const)

/>; />

Результаты расчетов, выполненных в 1.3 и 1.4, сведены в табл.3

Таблица 3

Некруговые процессы

ΔН,

кДж

ΔU,

кДж

ΔS,

кДж

Lп,

кДж

1-2

10960

8238

12,77

8238

-2722

2-3

71,17

51458

3-4

-36066

-27108

-83,94

-36066

-8958

4-1

25105

18869

-18869

-25105

цикл

23630

Характеристики термодинамических процессов и изменения калорических свойств идеального газа

Оценка эффективности тепломеханического цикла с идеальным газом

Тепломеханический коэффициент цикла

Среднетермодинамическая температура идеального газа в процессе подвода теплоты

Среднетермодинамическая температура идеального газа в процессе отвода теплоты

Тепломеханический коэффициент эквивалентного цикла Карно

Схемы энергобалансов процессов с идеальным газом

Схемы энергобаланса можно представить в виде графических совокупностей элементов, соответствующих следующим частным формам Первого закона технической термодинамики:

Здесь приведены схемы энергобаланса для каждого из четырех изопараметрических процессов и цикла в целом по второй форме:

Каждая схема термодинамически комментируется в соответствии с энергетическими особенностями процесса (табл.4).

продолжение
--PAGE_BREAK--

Таблица 4

Процессы

Схемы энергобалансов

Пояснение к схеме

1-2

/>/>

/>/>/>ΔH

/>/>/>Q

/>Lп

В данном т/д процессе 1-2 энтальпия идеального газа увеличивается за счет подвода теплоты и затрачивания работы перемещения

2-3

ΔH

/>/>/>/>/>/>/>Q

В данном изоэнтальпийном процессе 2-3 работа перемещения совершается за счет подвода теплоты к идеальному газу

3-4

/>/>ΔН

/>/>Q

Lп

В данном изобарном процессе 3-4 теплота идеального газа отводиться за счет уменьшения энтальпии

4-1

/>/>

/>/>ΔН

/>Q

/>Lп

В данном адиабатном процессе 4-1 энтальпия идеального газа увеличивается за счет затрачивания работы перемещения

Цикл

/>/>

ΣΔН

/>/>ΣQ

/>/>ΣLп

В данном т/д цикле суммарное количество теплоты равно суммарному количеству работы перемещения

Рис.1 Тепломеханический цикл с идеальным газом в диаграмме P – V

Рис. 2 Тепломеханический цикл с идеальным газом в диаграмме Т – s

1.7 Определение характеристик термодинамического состояния водяного пара

Неизвестные величины в состояния 1, 2, 3, 4 определяются с помощью таблицы «Теплофизические свойства воды и водяного пара» или с помощью масштабной диаграммы h – s.

Состояние 1

В соответствии с исходными данными табл.1 известны:

V1= 2,6 м3; Р1= 4000 кПа = 40 бар

Т1= 573 К; t1= 300 °С

При заданных Р1и t1, предварительно убедившись, что в состоянии 1 рабочее тело – перегретый пар (t1> tsпри р1), по таблице «Вода и перегретый пар» [1] определяются:

v1= 0,058 />;

h1= 3000 />;

s1= 6,3 />.

Масса водяного пара

Удельная внутренняя энергия

Состояние 2

Известны: Т2 = 723 К; t2 = 450 °С

V2 = V1 = 2,6 м3

v2= v1= 0,058 />

По t2и v2по таблице «Вода и водяной пар» [1] определяются:

Р2= 54 бар = 5500 кПа;

h2= 3310 />;

s2= 6,76 />.

продолжение
--PAGE_BREAK--

При этом внутренняя энергия пара составит

/>Состояние 3

Известны: Т3= Т2= 723 К

t3= t2= 450 °С

Р3= 100 кПа = 1 бар.

По t3и Р3по таблице «Вода и водяной пар» [1] выбираются:

v3= 3,334 />;

h3= 3382 />;

s3= 8,7 />.

При этом объем и внутренняя энергия водяного пара состовит:

Состояние 4

Известны: Р4= Р3= 100 кПа = 1 бар

s4= s1= 6,3 />.

В таблице «Состояние насыщения по давлениям» [1] по давлению Р4находим температуру насыщения />= 100 °С и удельные характеристики состояния насыщенной жидкости и сухого насыщенного пара

v'=0,001 />v''=1,7 />

h'=417,44 />h''=2675 />

s'=1,3 />s''=7,35 />

Сравнивая s4с s' и s'' (s' < s4< s''), убеждаемся, что в данном состоянии рабочее тело – влажный насыщенный пар со степенью сухости

Вычисляем экстенсивные характеристики влажного насыщенного пара по формулам смещения

/>/>

Результаты вычислений сводим в табл.5

Таблица 5

Характеристики термодинамического состояния водяного пара в переходных точках цикла

Номер точки

Р, бар

t, °C

T, K

V, м3

Состояние рабочего тела

300

573

2,6

0,058

3000

2768

6,3

Перегретый пар

450

723

2,6

0,058

3310

2991

6,76

Перегретый пар

450

723

149,43

3,334

3382

продолжение
--PAGE_BREAK--

3048

8,7

Перегретый пар

100

373

63,5

1,416

2300

2159

6,3

Влажный насыщенный пар

х4= 0,933

Рис. 3 Тепломеханический цикл с водяным паром в диаграмме Т – s

1.8 Вычисление характеристик термодинамических процессов с водяным паром

В соответствии с 1.3 и 1.4 определяем изменение калорических характеристик состояния и характеристики термодинамических процессов с водяным паром

Процесс 1-2 (V = const)

Процесс 2-3 (Т = const)

/>;

Процесс 3-4 (Р = const)

/>; />

Процесс 4-1 (S = const)

/>; />

Результаты вычислений 2.2 сводим в табл.6

Таблица 6

Некруговые процессы

ΔН,

кДж

ΔU,

кДж

ΔS,

кДж

Lп,

кДж

1-2

13894

9994

20,6

9994

-3899

2-3

3227

2554

62865

60310

59638

3-4

-48495

-39845

-107,5

-48495

-8650

4-1

31374

27295

-27295

-31374

цикл

24365

1.9 Характеристики термодинамических процессов и изменения калоричесикх свойств водяного пара

Оценка эффективности тепломеханического цикла с водяным паром

Тепломеханический коэффициент цикла

Среднетермодинамическая температура идеального газа в процессе подвода теплоты

Среднетермодинамическая температура идеального газа в процессе отвода теплоты

Тепломеханический коэффициент эквивалентного цикла Карно

продолжение

--PAGE_BREAK--

Таблица 7

Процессы

Схемы энергобалансов

Пояснение к схеме

1-2

/>/>

/>/>/>ΔH

/>/>/>Q

/>Lп

В данном т/д процессе 1-2 энтальпия водяного пара увеличивается за счет подвода теплоты и затрачивания работы перемещения

2-3

/>/>

/>/>/>ΔH

/>/>/>/>/>Q

/>/>

Lп

В данном т/д процессе 2-3 работа перемещения совершается, энтальпия увеличивается за счет подвода теплоты к водяному пару

3-4

/>/>ΔН

/>/>Q

Lп

В данном изобарном процессе 3-4 теплота водяного пара отводиться за счет уменьшения энтальпии

4-1

/>/>

/>/>ΔН

/>Q

/>Lп

В данном адиабатном процессе 4-1 энтальпия водяного пара увеличивается за счет затрачивания работы перемещения

Цикл

/>/>

ΣΔН

/>/>ΣQ

/>/>ΣLп

В данном т/д цикле суммарное количество теплоты равно суммарному количеству работы перемещения

Список литературы

Вукалович М.П., Ривкин С.Л., Александров С.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. – М.: Изд-во стандартов,1969. – 408 с.

Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. – М.: Энергия, 1974. – 496 с.

еще рефераты

Еще работы по физике

Техническое диагностирование электрооборудования. Диагностирование изоляции

3 Сентября 2013

Реферат по физике

Электроустановки и системы электроснабжения

26 Июня 2015

Реферат по физике

Электроснабжение и электрооборудование цеха ПРЦЭиЭ ООО УУБР с разра

26 Июня 2015