Тема 1.2. Водяной пар и его свойства.

Упражнение 2.  Определение параметров пара с помощью таблиц т/д свойств воды и водяного пара.

 

Вариант 4

Определить параметры и перегрев пара при давлении 9МПа и температуре 500⁰С.

t,K	Р,МПа	V,м3/кг	h,кДж/кг	S,кДж/кг×К
773	9	0,03675	3386,4	6,6592

 

Упражнение 3.  Определение параметров пара с помощью с помощью h, s - диаграммы водяного пара.

Вариант 4

Найти энтальпию влажного насыщенного пара при давлении 1,2 МПа и степени сухости Х=0,9.

Из диаграммы находим:

h=2580кДж/кг

Практическая работа 2. Решение задач на термодинамические процессы водяного пара.

Порядок выполнения работы:

1. Ответить на 4 контрольных вопросов своего варианта.

2. Решить задачи (3 варианта). Каждый вариант включает 2 задачи.

Примечание.

1. Основные формулы, используемые при решении задач, приведены в приложении 1.

2. Примеры решения задач приведены в приложении 2.

Задания к практической работе

Вариант 1

1. Какое количество теплоты необходимо подвести к 50 кг пара при постоянном объеме, чтобы при р=0,6 МПа и х=0,8 давление увеличилось до 1,3 МПа?

2. 1 кг пара при р=0,5 МПа и t = 200⁰ С  сжимают изотермически до объема

0,12 м³/кг. Определить теплоту процесса и все параметры в конце процесса.

 

Контрольные вопросы:

1. Как изменяется количество теплоты на нагрев воды до температуры насыщения с ростом давления?

2. Дайте определение влажности пара.

3. К какому термодинамическому процессу относится процесс испарения воды?

4. Что является причиной увеличения удельного объема пара при кипении воды?

 

Вариант 2

1. 1 м³ пара при р=1 МПа и х=0,7 изобарно расширяется до тех пор, пока его объем не станет равным 0,19 м³ /кг. Найти теплоту, работу и изменение внутренней энергии пара.

Дано:

Изобарный процесс

V=1м³

Р₁=1Мпа=10бар

Х₁=0,7

v₂=0.19м³/кг

Найти: Q, L, Δu

Решение:

По h, s диаграмме находим

h₁=2170 кДж/кг

h₂=2560 кДж/кг

v₁=0,15 м³/кг

X₂=0,9

По формулам находим

Δu =u_2­-u₁=(h₂-p×v₂)-(h₁-p₁× v₁)=(2560-1000×0.19)-(2170-1000×0.15)=350кДж

ΔU=m× Δu=6.66×350=2331кДж

m=V/v₁=1/0.15=6.66кг

l=p×(v₂-v₁)=1000(0.19-0.15)=40 кДж/кг

L=m×l=6.66×40=266.4 кДж

Q=m×q=6,66×390=2597 кДж

q= Δu+l=350+40=390 кДж/кг

 

Ответ: Q=2597 кДж, L=266.4 кДж, ΔU=2331кДж

 

2. 100 кг пара при р=1МПа и температуре 300⁰ С  адиабатно сжимается до давления равное 1,5 МПа. Определить работу процесса.

Дано:

Адиабатный процесс

M=10кг

Р₁=1Мпа=10бар

Р₂=1,5Мпа=15бар

Т₁=300̊с

Найти: L-?

Решение:

По h, s диаграмме находим:

h₁=3050 кДж/кг

h₂=3160 кДж /кг

v₁=0.26 м³/кг

v₂=0.19 м³/кг

T₂=360̊с

По формулам находим:

L=m×l=10×(-85)=-850 кДж

l=(h₁-p₁×v₁)-(h₂-p₂×v₂)=(3050-1000×0.26)-(3160-1500×0.19)=-85 кДж/кг

Ответ: работа сжатия равна -850 кДж

Контрольные вопросы:

1. Какой процесс имеет место, если изотерма процесса испарения воды проходит через критическую точку?

Это процесс мгновенного парообразования. Далее идет процесс перегрева пара.

2. Что понимается под температурой насыщения воды?

Это понятие температуры кипения.

3. Назовите процессы, протекающие при получении водяного пара.

Процесс нагрева воды, процесс парообразования, процесс перегрева пара.

4. Чем отличается сухой насыщенный пар от влажного насыщенного?

Степень сухости влажного насыщенного пара Х=0….1, т.к это смесь кипящей воды и сухого насыщенного пара. Степень сухости сухого насыщенного пара Х=1, т.к воды в нем уже нет. Сухой насыщенный пар это мгновенное состояние при парообразовании.

 

Вариант 3

1. В закрытом сосуде вместительностью 10 м³  находится пар при давлении 0,12 МПа и х=0,8. Какое количество теплоты нужно подвести к нему, чтобы он стал сухим насыщенным? Как при этом изменилось давление пара?

2. 1 кг пара при давлении 1,5 МПа и х=0,9 адиабатно расширяется до давления 0,5 МПа. Какую при этом он совершает работу?

 

Контрольные вопросы:

1. Как изменяется теплота парообразования с ростом давления?

С повышением давления теплота парообразования, как и при повышении температуры, уменьшается.

2. Дайте определение степени сухости пара.

Массовая доля сухого насыщенного пара во влажном паре называется степенью сухости пара и обозначается буквой Х.

3. Что является причиной увеличения удельного объема пара при его перегреве?

Если насыщенный пар отвести от поверхности испарения воды в котле и продолжать нагревать его отдельно, то температура пара будет подниматься  и объем его увеличиваться.

4. Как сказывается увеличение давление на процесс парообразования?

Искусственно изменяя давление, можно изменять температуру кипения в очень широких пределах; при увеличении давления температура кипения повышается, при уменьшении давления – понижается.

Приложение 1

Основные формулы, используемые при решении задач на термодинамические процессы водяного пара (для 1 кг)

Анализ процесса	Изохорный процесс	Изобарный процесс
1.Определение процесса	υ = const	р = const
2.Изображение процесса. (прямой процесс) нач. точка 1 – в.н.п. кон. точка 2 – п.п.	p              2 T             2                               1               1                  υ                  s h                2     1                               s	p                T               2       1     2       1                                     υ                  s h                     2        1                               s
3. Определение Δ u	Δ u=u2–u1= =(h2-p2 υ) - (h1-p1 υ) Подставлять давление в кПа	Δ u=u2–u1= (h2-p υ2) - (h1-p υ1) Подставлять давление в кПа
4.Определение ℓ	ℓ =0	ℓ =p(υ2 – υ1)
5. Определение q (из первого закона ТД)	qυ= Δ u	qp= Δ u+ ℓ qp=h2 – h1
Для заданной массы водяного пара	m=V/υ Δ U= m* Δu L= m*ℓ Q=m*q

 

Анализ процесса	Изотермический процесс	Адиабатный процесс
1.Определение процесса	T= const	S= const
2.Изображение процесса. (прямой процесс) нач. точка 1 – в.н.п. кон. точка 2 – п.п.	p                T                      1 2                2  1        2                   υ                   s                                 h                                             2   1                               s	T        2                                 1                                             s                                              h            1             2                               s
3. Определение Δ u	Δ u=u2–u1= (h2-p2 υ2) - (h1-p1 υ1) Подставлять давление в кПа	Δ u=u2–u1= (h2-p2 υ2) - (h1-p1 υ1) Подставлять давление в кПа
4.Определение ℓ	ℓ =q – Δu	ℓ = – Δu ℓ =(h1-p1 υ) – (h2-p2 υ)
5. Определение q (из первого закона ТД)	qT=T(s2 – s1)	qs= 0
Для заданной массы водяного пара	m=V/υ Δ U= m* Δu L= m*ℓ Q=m*q

 

Приложение 2

Примеры решения задач

1. В закрытом сосуде емкостью 15 м3 находится пар при давлении 0,12 МПа и температуре 250С. Сколько необходимо отвести теплоты от пара, чтобы получить пар влажностью 20%?

 

 

Дано: v=const

Решение: Построить изохорный процесс в h,s-диаграмме и в точках процесса определить необходимые параметры. Х2 = 1-у2= 1 - 0,2=0,8 υ= 2 м3/кг h1=2978 кДж/кг p2 = 0,65 МПа h2=2200 кДж/кг m=V/υ = 15/2=7,5 кг qυ= Δ u=(h2-p2 υ) - (h1-p1 υ) =(2200-650*2)- - (2978-120*2)= -1838 кДж/кг Q= qυ* m= -1838*7,5= -13785 кДж

V=15м³

Р₁=0,12 МПа

t₁=250 ⁰C

y₂=20%

Найти: Q

 

 

2. 1 кг пара при давлении 2 МПа и энтальпии 3100 кДж/кг охлаждается при постоянном давлении, так как отводится теплота в количестве 200 кДж. Как изменится энтальпия и какие параметры установится в конце процесса?

Решение: h1 – задана -q = h2 - h1 h2= -q + h1 = -200 + 3100 = 2900 кДж/кг ∆ h = h1 – h2 = 200 кДж/кг Построить изобарный процесс в h,s-диаграмме.

Дано: P=const

P=2 МПА

h₁=3100 кДж /кг

q= -200кДж/кг

Найти: Δh

 

 

3. Пар при давлении 1 МПа и степени сухости 0,82 изотермически расширяется таким образом, что его объем увеличивается в 2 раза. Определить удельную работу и состояние пара в конце процесса.

Дано:

Р₁= 1 МПа

Х₁= 0,82

υ₂=2υ₁

Найти: ℓ

 

Ход решения: Построить изотермический процесс в h,s-диаграмме и в точках процесса определить необходимые параметры: υ1 ; h1; s1; t; перевести температуры в Кельвины. p2; h2; s2; υ2= υ1*2   Вычислить по формулам: Δ u= (h2-p2 υ2) - (h1-p1 υ1) qT=T(s2 – s1) ℓ =q – Δu

 

4. Пар массой 3 кг при давлении равном 1,5 МПа и температуре 300С расширяется адиабатно до давления 0,5 МПа. Определить работу расширения.

Решение: Построить адиабатный процесс в h,s-диаграмме и в точках процесса определить необходимые параметры: υ1 ; h1;  h2; υ2   Вычислить: ℓ = – Δu = (h1-p1 υ1) – (h2-p2 υ2) L= m*ℓ

Дано:

m= 3кг

Р₁= 1,5 МПа

t₁= 300 ⁰C

P₂=0,5 МПа

Найти: L