Расчет термодинамических процессов в

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
q12  u12  (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
l34  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