Xreferat.com » Рефераты по физике » Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Условие и содержание задания


Идеальный газ (μ – 18,0 г/моль, к = 1,33) при V1; P1; T1 изохорно 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

9 2,6 4000 573 723 100

1 Рабочее тело - идеальный газ


Предварительные вычисления


Удельная газовая постоянна


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Удельная изобарная теплоемкость газа при к = 1,33


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Удельная изохорная теплоемкость


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Масса идеального газа


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


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


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


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

Удельная энтальпия


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Удельная внутренняя энергия


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Удельная энтропия


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Состояние (точка) 2.

Известны: T2;

V2 = V1 (процесс 1-2 изохорный);

v2 = v1

Определяются:

Давление

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Удельная энтропия


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Удельная внутренняя энергия


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Удельная энтропия


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Состояние (точка) 3.

Известны: Р3;

Т3 = Т2 (процесс 2-3 изотермический).

Определяются:

Удельный объем


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Объем

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного параУдельная энтальпия

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Удельная внутренняя энергия


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Удельная энтропия


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Состояние (точка) 4.

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

s4 = s1 (процесс 4-1 изоэнтропный).

Определяются:

Термодинамическая температура


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Удельный объем


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Объем

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Удельная энтальпия


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Удельная внутренняя энергия


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Результаты расчета сведены в табл.2


Таблица 2

Номер точки

Р,

кПа

Т,

К

t°,

°С

V,

м3

v,

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

h,

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

u,

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

s,

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

1 4000 573 300 2,6 0,066 560 295 -0,325
2 5061 723 450 2,6 0,066 837 502 -0,0002
3 100 723 450 131,2 3,34 837 502 1,812
4 100 230 -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


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Изменение внутренней энергии


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Изменение энтропии


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


По данным табл.2 получаем

Процесс 1-2 (V = const)

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Процесс 2-3 (Т = const)

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Процесс 3-4 (Р = const)

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Процесс 4-1 (S = const)

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

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)


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Процесс 2-3 (Т = const)


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара;

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Процесс 3-4 (Р = const)


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара; Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Процесс 4-1 (S = const)


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара; Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


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

Таблица 3

Некруговые процессы

ΔН,

кДж

ΔU,

кДж

ΔS,

кДж

Q,

кДж

L,

кДж

Lп,

кДж

1-2 10960 8238 12,77 8238 0 -2722
2-3 0 0 71,17 51458 51458 51458
3-4 -36066 -27108 -83,94 -36066 -8958 0
4-1 25105 18869 0 0 -18869 -25105
цикл 0 0 0 23630 23630 23630

Характеристики термодинамических процессов и изменения калорических свойств идеального газа


Оценка эффективности тепломеханического цикла с идеальным газом


Тепломеханический коэффициент цикла


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Среднетермодинамическая температура идеального газа в процессе подвода теплоты


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Среднетермодинамическая температура идеального газа в процессе отвода теплоты


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Тепломеханический коэффициент эквивалентного цикла Карно


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Схемы энергобалансов процессов с идеальным газом


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


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

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


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


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


Таблица 4

Процессы Схемы энергобалансов Пояснение к схеме
1-2

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара ΔH

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара Q


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара Lп

В данном т/д процессе 1-2 энтальпия идеального газа увеличивается за счет подвода теплоты и затрачивания работы перемещения
2-3

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

ΔH

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара Q

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

В данном изоэнтальпийном процессе 2-3 работа перемещения совершается за счет подвода теплоты к идеальному газу
3-4

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара ΔН

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара Q

Lп

В данном изобарном процессе 3-4 теплота идеального газа отводиться за счет уменьшения энтальпии
4-1

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара ΔН

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара Q


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара Lп

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

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

ΣΔН

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара ΣQ

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного параТермодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара ΣLп

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

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

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


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

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 Р1 и t1, предварительно убедившись, что в состоянии 1 рабочее тело – перегретый пар (t1 > ts при р1), по таблице «Вода и перегретый пар» [1] определяются:

v1 = 0,058 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара;

h1 = 3000 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара;

s1 = 6,3 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара.

Масса водяного пара


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Удельная внутренняя энергия


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара


Состояние 2

Известны: Т2 = 723 К; t2 = 450 °С

V2 = V1 = 2,6 м3

v2 = v1 = 0,058 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

По t2 и v2 по таблице «Вода и водяной пар» [1] определяются:

Р2 = 54 бар = 5500 кПа;

h2 = 3310 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара;

s2 = 6,76 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара.

При этом внутренняя энергия пара составит

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного параСостояние 3

Известны: Т3 = Т2 = 723 К

t3 = t2 = 450 °С

Р3 = 100 кПа = 1 бар.

По t3 и Р3 по таблице «Вода и водяной пар» [1] выбираются:

v3 = 3,334 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара;

h3 = 3382 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара;

s3 = 8,7 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара.

При этом объем и внутренняя энергия водяного пара состовит:


Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

Состояние 4

Известны: Р4 = Р3 = 100 кПа = 1 бар

s4 = s1 = 6,3 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара.

В таблице «Состояние насыщения по давлениям» [1] по давлению Р4 находим температуру насыщения Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара = 100 °С и удельные характеристики состояния насыщенной жидкости и сухого насыщенного пара

v'=0,001 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара v''=1,7 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

h'=417,44 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара h''=2675 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

s'=1,3 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара s''=7,35 Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара

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

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: