Файл: Шемаханов, М. М. Основы термодинамики и кондиционирования рудничной атмосферы учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 117
Скачиваний: 0
Работа первой ступени
Wx = пл. 1 — 2' — 4 — 5;
работа второй ступени
Wt = пл. 2" — 2 — 3 — 4;
общая затрата работы
W = W\ + W2.
i Вода
ptTi
plW
W/// ж
I
vzzz.
|
Ш. I ”* lАШ. ШЬ |
|
|
||
|
ттг |
ТЩ ТТТТ|.. |
|
|
|
|
Рис. |
47. |
Схема иде- |
Рис. 48. Диаграмма р—и |
|
|
ального |
компрессора |
теоретического |
процесса |
|
|
двухступенчатого ежа- |
двухступенчатого |
сжатия |
||
|
|
тия |
|
|
|
Наиболее выгодный режим работы достигается при |
|||||
так как |
|
|
|
|
|
|
|
|
Wl = G |
R (l\ — Т'2) |
|
и |
|
|
Пу — 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W2 = G ^ - |
R (T 2' - Т 2), |
|
|
|
|
По-- |
1 |
|
где |
G — количество сжимаемого воздуха за единицу времени; |
||||
П\ и По — показатели политропы сжатия; |
|
||||
|
Т1 — температура воздуха при входе в цилиндр /; |
||||
|
Т2 |
— то же, при входе в цилиндр II; |
|
||
|
Т2 — температура воздуха при выходе из цилиндра I; |
||||
|
Т2 — то же, при выходе из цилиндра II. |
|
|||
Очевидно, |
Wy = W2 при условии: П\ = п2; Т\ = Т2"; Т2 = Т 2. |
||||
При давлении р { в промежуточном холодильнике
61
при указанных выше условиях |
|
Р2 |
р-1 |
Pi |
Рз |
и |
|
(74)
P’2 = Y Pspi
Вэтом случае точки 1 и 2 должны лежать на одной изотерме 1—2. Очевидно, двухступенчатое сжатие выгоднее одноступенчатого
как |
в отношении конечной температуры, так и затраты работы. |
||||
|
|
Работа |
|
одноступенчатого |
сжатия |
|
|
№одн = пл. |
1—6—3—5— 1, а |
экономия |
|
|
|
работы |
* |
двухступенчатого |
сжатия |
|
|
ДЦ7=пл. 2'—6—2—2". Экономия за |
|||
|
|
траченной работы тем выше, чем боль- |
|||
|
|
ше отношение Рг |
|
||
|
|
|
|
Pi |
в коорди |
|
|
Теоретический процесс |
|||
|
|
натах Т—s двухступенчатого компрес |
|||
|
|
сора при условии равенства затрачен |
|||
Рис. 49. Диаграмма Т—s тео |
ных работ в обоих цилиндрах показан |
||||
ретического процесса двухсту |
на рис. |
49. |
|
|
|
|
пенчатого сжатия |
На диаграмме: 1—2' и 2"—2 — по- |
|||
|
|
литропические процессы сжатия возду |
|||
ха |
соответственно в цилиндре I и II. Процесс 2'—2" представляет |
||||
■собой изобарное охлаждение воздуха в промежуточном холодиль нике. Количество тепла, отводимого на единицу количества воздуха в холодильнике, показано заштрихованной площадью и опреде
ляется по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
q ~С р (Т 2 — Т2). |
|
|
|
|
|
|
||
Для |
сравнения |
преимуществ |
применения |
многоступенчатого |
|||||||
сжатия |
в табл. |
5 |
приведены значения |
тепловых эквивалентных |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
5 |
|
Значения |
тепловых |
эквивалентных £работ [адиабатного и изотермического сжатий |
|||||||||
Конечное давление |
р2, к г с / с м 2 |
2 |
|
5 |
|
8 |
со |
|
200 |
||
|
Число ступ ен ей |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
2 3 |
3 |
4 |
|
Конечная |
температура адиабатного |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
сжатия, |
°С |
|
85 |
50 |
190 |
95 |
254 |
123 |
231 148 |
205 |
150 |
AWaR, ккал/кгс |
|
15,6 14,8 41,4 |
36,0 57,6 49,2 |
110 100 |
134 |
128 |
|||||
AWиз, ккал/кгс |
|
13,9 13,9 32,2 |
32,2 41,6 41,6 82,1 82,1 |
106 |
106 |
||||||
62
работ адиабатного (AW aд) |
и изотермического {AWm) сжатия при |
|
разном |
числе ступеней. |
|
Как |
видно из таблицы, |
применение двух ступеней необходимо |
уже при давлении /?2= 7э-8 |
кгс/см2. |
|
§12. ТЕРМОДИНАМИКА ВОДЯНОГО ПАРА
Вотличие от газов, пар при незначительных изменениях пара метров меняет свое физическое состояние и переходит в жид кость или пар с другими свойствами. Пар не подчиняется основ ным законам идеального газа. Это объяс няется тем, что для пара нельзя пренебречь силами межмолекулярного взаимодействия
иобъемами самих молекул. Исследование
состояния пара нельзя проводить по зави |
|
|
симостям, полученным для идеального газа |
|
|
на основе уравнения состояния Менделе |
|
|
ева—Клапейрона. На рис. 50 |
показано |
|
отклонение состояния водяного |
пара от |
|
закона Гей-Люссака. Как видно из рисун |
|
|
ка, с увеличением температуры и, следова |
Рис. 50. Отклонения со |
|
тельно, степени его перегрева пар по свое |
стояния водяного пара от |
|
му состоянию все более приближается к |
закона Гей-Люссака |
|
газу. |
|
|
Основное же уравнение термодинамики |
справедливо и для |
|
пара, однако в этом случае учитывают полное изменение внут ренней энергии. Изучение свойств паров различных веществ, и в частности водяного, проводят обычно по зависимостям, полу ченным экспериментально. В технике применяют пары различ ных веществ (воды, углекислоты, аммиака, ртути, сернистого ан гидрида, фреонов и т. д.) основные закономерности которых ана логичны при различных численных значениях. В настоящей главе рассматриваются свойства водяного пара, который может быть в трех состояниях: сухой насыщенный; влажный насыщенный; пере гретый.
Для |
выяснения |
особенностей |
каждого |
состояния |
|
пара |
||||
проследим процесс его получения из воды при |
р = const. |
Поло |
||||||||
жим, |
что |
в цилиндре |
находится |
единица |
количества |
воды |
||||
(рис. |
51) |
при температуре 0°С. Вода в цилиндре находится |
под |
|||||||
постоянным давлением, создаваемым весом груза Р. |
Удельный |
|||||||||
объем |
воды |
при этих условиях обозначим V o |
( у о = 0,001 |
м3/кгс). |
||||||
При нагреве воды, благодаря подводу тепла извне, |
температура |
|||||||||
ее будет |
повышаться, |
а |
поршень вследствие расширения |
воды — |
||||||
подниматься. Следует отметить, что вследствие аномальности во
ды ее удельный объем сначала |
будет уменьшаться, а |
затем |
||
непрерывно расти. |
При р = 1 |
кгс/см2 удельный объем воды дости |
||
гает минимального |
значения |
при |
t = 4° С. При некоторой |
темпе |
ратуре tH, зависящей от выбранного давления, скорость движения
63
частиц воды увеличится настолько, что они будут выходить из сферы молекулярного притяжения, вода закипит и начнется про цесс парообразования — перехода жидкости в пар. На стенках цилиндра и в толще воды образуются пузырьки пара, которые поднимутся кверху, и образовавшийся пар соберется над поверх ностью жидкости.
Рис. 51. К процессу образования пара
Температура кипения tH, или парообразования, воды изме няется в зависимости от давления, при котором она находится.
Например, при давлении 1 кгс/см2 вода |
кипит при 99,1° С |
||
и |
соответственно: |
5 кгс/см2 — 151,1° С; |
10 кгс/см2 — 179,1° С; |
20 |
кгс/см2 — 211,4° С; |
100 кгс/см2 — 309,5° С. |
|
Объем единицы количества воды при температуре кипения на зывается объемом жидкости и обозначается v'. При нагревании
воды при p = const от t —0 |
до |
температуры кипения tn объем во |
|||
ды увеличивается от v0 до |
v' |
(рис. 51, а и б). По мере подвода |
|||
тепла объем |
рабочего |
тела |
будет возрастать, в цилиндре |
будет |
|
находиться |
влажный |
насыщенный пар (рис. 51, в), т. е. |
смесь |
||
пара и воды при температуре кипения. Следует особо подчерк
нуть, что процесс образования пара |
протекает |
как |
изобарно, |
так |
|||
и изотермически. |
закончится, когда в |
цилиндре |
не |
||||
Процесс парообразования |
|||||||
будет |
частиц |
жидкости — вся |
вода |
превратится в пар, темпера |
|||
тура |
которого |
равна температуре |
кипения, |
называемой иначе |
|||
температурой насыщения. Полученный пар называется сухим на сыщенным (рис. 51, г). Удельный объем сухого насыщенного па ра обозначают v".
Сухой и влажный насыщенные пары имеют одну и ту же температуру, равную температуре кипения при данном давлении. Следовательно, насыщенным паром называется пар, температура которого равна температуре кипения при данном давлении.
Подводя при постоянном давлении тепло к образовавшемуся сухому насыщенному пару, можно заметить, что температура па ра будет повышаться. В зависимости от количества подведен ного тепла пар будет иметь ту или иную температуру t, выше
64