Файл: Основные сведения из гидравлики.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 28.03.2024

Просмотров: 101

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
с. Температу­ра рабочего тела понижается от Т1 до Т2. При состоянии, соответ­ствующем точке с, рабочее тело сообщается с холодным источни­ком (холодильником), и от него отводится теплота при постоян­ной температуре Т2. Создаются условия для изотермического сжа­тия. Процесс идет по изотерме с—d. От рабочего тела отводится количество теплоты Q2, после чего его контакт с холодным источ­ником прекращается. Возвращение рабочего тела в состояние, соот­ветствующее точке d, осуществляется в результате сжатия без теп­лообмена с окружающей средой по адиабате d— а.

Карно доказал, что этот цикл является циклом максимальной экономичности. Не существует других термодинамических циклов, термический КПД которых был бы больше, чем КПД цикла Карно. Была также установлена чрезвычайно важная зависимость КПД тепловой машины от температуры T1, нагревателя и температуры Т2 холодильника. Независимо от конструкций и выбора рабочего тела максимальное значение КПД тепловой машины определяется выра­жением:
ηmax=(T1- Т2)/ Т1

Цикл Карно — идеальный цикл. Его невозможно в точности осу­ществить в реальной тепловой машине, потому что нельзя обеспе­чить изотермический подвод и отвод теплоты, а также расширение и сжатие рабочего тела без теплообмена с окружающей средой. Тем не менее исследования Карно имеют большое значение. Они пока­зали, что для повышения экономичности тепловых двигателей надо осуществлять подвод теплоты к рабочему телу при возможно более высокой температуре, а отвод —при возможно более низкой.
§ 11. Свойства водяного пара

Водяной пар широко используют в качестве рабочего тела в поршневых паровых машинах и паровых турбинах, а также как теп­лоноситель в теплообменных аппаратах. Поэтому изучение свойств водяного пара занимает в термодинамике важное место.


Пар получают двумя способами: испарением и кипением.

Испарением называется процесс парообразования, происходя­щий только с поверхности жидкости. Испарение идет при любой температуре, причем интенсивность его увеличивается с повышени­ем температуры.

Кипение — интенсивный переход жидкости в пар, протекающий во всем объеме. Кипение происходит при строго определенной для каждой жидкости температуре, которая зависит от давления Чем выше давление, тем соответственно выше температура, при которой кипит жидкость. Температура кипения остается постоянной, пока вся жидкость не превратится в пар.
Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называет­ся насыщенным. При равновесии устанавливается постоянная плот­ность пара, которая отвечает определенному давлению. Это давле­ние называют упругостью насыщенного пара. Упругость насыщенно­го пара возрастает с повышением температуры. Состояние насыщенного пара очень неустойчиво. Малейшее изменение усло­вий, в которых он находится, приводит либо к конденсации пара, либо к дополнительному парообразованию.

Насыщенный пар может быть сухим и влажным. Пар, не содер­жащий в своем составе частиц жидкости, называют сухим насыщен­ным паром.

Влажный насыщенный пар представляет собой механическую смесь сухого пара и мельчайших частиц жидкости.

Количество теплоты, необходимое для превращения жидкости в пар при неизменной температуре, называют теплотой парообразова­ния. С увеличением давления теплота парообразования уменьша­ется.

Если к сухому насыщенному пару подводить теплоту при посто­янном давлении, то температура его будет повышаться, объем уве­личится и сухой насыщенный пар перейдет в состояние перегретого.

Степень перегрева пара t определяют разностью температур перегретого tП и насыщенного tH паров:

t = tП-t

H
Чем выше температура перегрева пара, тем ближе он по своим свойствам к идеальному газу.

Водяной пар получают в паровых котлах различных размеров и типов. Так как экономичность тепловых двигателей повышается с увеличением температуры горячего источника, в паросиловых установках всегда используют перегретый пар. В настоящее время в нашей стране освоено изготовление паровых котлов большой производительности с температурой перегретого пара до 585°С. Пе­регрев пара осуществляется в пароперегревателях, в которые пар поступает из котла во влажном насыщенном состоянии. В паропе­регревателях пар сначала подсушивается, т. е. из него полностью удаляется влага, а затем перегревается до заданной температуры. Промышленный технологический пар следует рассматривать как реальный газ, который подчиняется уравнению Ван-дер-Ваальса.

Для каждого вещества существует так называемое критическое состояние, которое характеризуется критическим давлением рк и критической температурой tK. В этом состоянии плотность жидкости и ее насыщенного пара становятся одинаковыми; исчезает различие между жидкостью и ее насыщенным паром. Вещество, находящееся в критическом состоянии, является однофазным. Оно обладает свой­ствами газообразных и жидких тел одновременно. При температуре выше критической никаким повышением давления перегретый пар не может быть обращен в жидкость.


§12. Свойства влажного воздуха

Во многих технологических процессах химической, нефтеперера­батывающей и нефтехимической промышленности используют ат­мосферный воздух, который нагнетают компрессорами под различ­ным давлением.

Воздух в атмосфере никогда не бывает абсолютно сухим, в нем всегда содержится некоторое количество водяного пара. Смесь су­хого воздуха с водяным паром называется влажным воздухом.

Давление смеси воздуха с водяным паром по закону Дальтона равно р = рв + рп где р— давление влажного воздуха, равное ат­мосферному; рв и рп — парциальные давления соответственно сухо­го воздуха и водяного пара.

Если влажный воздух охлаждать, то его можно довести до тем­пературы, равной температуре насыщенного водяного пара при дан­ном парциальном давлении. Такая температура называется точкой росы. При дальнейшем охлаждении водяной пар начнет конденси­роваться — появится туман.

В зависимости от количества водяного пара, находящегося в ат­мосфере, воздух имеет различную степень влажности.

Абсолютной влажностью воздуха называют массу водяного пара, содержащегося в 1 м3 влажного воздуха.

Абсолютная влажность не дает ясного представления о дейст­вительной степени влажности воздуха, потому что не учитывает состояния находящегося в нем пара, который в зависимости от температуры может быть насыщенным и ненасыщенным. Для оцен­ки влажности воздуха чаще пользуются относительной влажностью.

Относительной влажностью воздуха ср называют отношение мас­сы водяного пара, находящегося в 1 м3 смеси, к количеству насы­щенного пара в 1 м3 смеси при той же температуре. Эта величина равна отношению плотности водяного пара при его парциальном давлении рп и температуре влажного воздуха к плотности насыщен­ного пара рн
при той же температуре и давлении:

φ= рп / рн

Для измерения влажности (абсолютной и относительной) слу­жат специальные приборы — гигрометры и психрометры. Для влаж­ного воздуха составлены таблицы, которые позволяют для каждой температуры определять плотность насыщенного пара и его дав­ление.

Количество влаги (пара), приходящегося на 1 кг сухого возду­ха в смеси, называется влагосодержанием.
§13. Истечение и дросселирование

Истечение газов и паров — широко распространенный процесс в паровых и газовых турбинах и в реактивных двигателях.

Обычно рассматривают истечение пара или газа через сопло (насадок). В зависимости от назначения сопла бывают суживающиеся, цилиндрические и расширяющиеся. Скорость, которую ра­бочее тело приобретает при выходе из сопла, называют скоростью истечения, а количество (массу) рабочего тела, выходящее из соп­ла за секунду, — секундным расходом. Истечение пара или газа считают процессом адиабатным, так как скорости истечения на­столько велики, что за время пребывания вещества в сопле между ним и окружающей средой практически нет теплообмена.

Режим истечения, при котором в устье сужающегося или ци­линдрического сопла устанавливается скорость, равная местной скорости звука, называют критическим. Критическому режиму ис­течения соответствуют критические значения параметров пара или газа (рк и VK). В сужающемся и цилиндрическом сопле нельзя по­лучить скорость истечения, которая была бы больше скорости зву­ка. Шведский инженер и изобретатель Лаваль в 1889 г. впервые предложил сопло, в котором суживающаяся часть дополняется расширяющимся конусом с углом 10—12°. Это сопло получило на­звание сопла Лаваля. В суживающейся части сопла пар или газ расширяется от начального давления до критического, причем в минимальном сечении устанавливается критическая скорость. В расширяющейся части сопла обеспечивается дальнейше плавное расширение пара или газа до давления окружающей среды без от­рыва потока от стенок сопла и образования вихрей. При этом пар или газ вытекает из сопла со сверхзвуковой скоростью. Эти сопла широко применяют в паровых и газовых турбинах, реактивной технике.