8041

70

Теоретическая работа идеального компрессора является минимальной.

Действительную работу реального компрессора определяют при помощи изотермического или адиабатного к.п.д. и механического к.п.д.:

где lиз и lад – соответственно теоретическая работа компрессора при изотермическом и адиабатном сжатии, а lк – действительная работа компрессора. Эти коэффициенты характеризуют степень совершенства действительного процесса в сравнении с идеальным.

Механический к.п.д. учитывает механические потери в компрессоре.

Произведение изотермического или адиабатного к.п.д. на механический называют эффективным к.п.д. компрессора ηк.

С увеличением конечного давления объемный к.п.д. одноступенчатого компрессора уменьшается (рис. 33), и, следовательно, уменьшается также производительность компрессора. В пределе, когда кривая сжатия пересекает

71

линию, характеризующую объем вредного пространства, всасывание воздуха в цилиндр прекращается и, следовательно, объемный к.п.д. и производительность компрессора становятся равными нулю.

На рис. 34 и 35 показаны процессы сжатия в двух- и трехступенчатом компрессоре. Линии 1-2, 3-4 и 5-6 изображают процесс адиабатного сжатия в каждом цилиндре компрессора, а линии 2-3 и 4-5 – процессы изобарного охлаждения воздуха в специальных холодильниках.

Процесс сжатия воздуха (газа) в многоцилиндровых или многоступенчатых компрессорах осуществляется последовательно во всех цилиндрах с охлаждением воздуха после сжатия в каждом цилиндре. Обычно при этом стремятся к тому, чтобы воздух (газ) после холодильника имел ту же температуру, с которой он поступил в предыдущую ступень. Таким образом,

для трехступенчатого компрессора (рис. 35) t1 t2 t3.

Наиболее выгодным оказывается многоступенчатое сжатие в случае, если отношение давлений в каждой ступени принимается одинаковым для всех ступеней.

Для трехступенчатого компрессора в этом случае

p2 p4 p6 x, p1 p2 p4

73

холодильниках. Площади (рис. 52) 1-2-2'-1', 3-4-4'-3' и 5-6-6'-5' изображают количество теплоты, отнимаемые от воздуха при политропном его сжатии в отдельных цилиндрах компрессора и передаваемые воде, охлаждающей стенки цилиндра.

Площади 2-2'-3'-3 и 4-4'-5'-5 изображают количества теплоты,

отнимаемые от газа при его изобарном охлаждении в первом и втором холодильниках.

Задача

Для идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при v = const определить параметры в характерных точках,

полученную работу, термический к.п.д., количество подведенной и отведенной теплоты, если дано: р1 = 0,1 МПа; t1 = 20 °С; ε = 3,6; λ = 3,33; k = 1,4.

Рабочее тело – воздух. Теплоемкость принять постоянной.

Решение

Расчет ведем для 1 кг воздуха.

Точка 1.

р1 = 0,1 МПа, t1 = 20° С.

Удельный объем определяем из уравнения состояния:

Точка 2.

Так как степень сжатия

εv1 3,6, v2

то

v2 vε1 0,843,6 0, 233 м3 / кг.

Температура в конце адиабатного сжатия определится из соотношения

Давление в конце адиабатного сжатия

Точка 3.

Удельный объем v3 = v2 = 0,233 м3/кг.

Из соотношения параметров в изохорном процессе (линия 2-3) получаем

p3 T3 λ 3,33. p2 T2

Следовательно,

p3 p2λ 0,6 3,33 2 МПа;

T3 T2λ 489 3,33 1628 К; t3 1355 C;

Точка 4.

Удельный объем v4 = v1 = 0,84 м3/кг.

Температура в конце адиабатного расширения

Давление в конце адиабатного расширения определяем из соотношения параметров в изохорном процессе (линия 4-1):

p4 p1 T4 0,1 976 0,33 МПа. T1 293

Количество подведенной теплоты

q1 cv (T3 T2 ) 28,9620,93 (1628 489) 825 кДж/ кг;

Термический к.п.д. цикла находим по формуле (148)

ηt 825 495 0, 4 40 %

825

или по формуле (153)

Работа цикла

l0 qi q2 330 кДж/ кг.

76

9.ВОДЯНОЙ ПАР

9.1Общие положения

На рис. 38 дана диаграмма p-v для водяного пара. Кривой I соответствует вода при 0 °С, кривой II – вода при температуре кипения (или температуре насыщения) и кривой III – сухой насыщенный пар.

Рис. 38

Кривую II называют нижней пограничной кривой, кривую III – верхней пограничной кривой, а точку К, разделяющую обе пограничные кривые,

называют критической.

Кривые I, II и III делят всю диаграмму на три части: область между кривым» I и II – жидкость, область между кривыми II - III – смесь кипящей жидкости и пара, т.е. влажный насыщенный пар, и область правее кривой III –

перегретый пар.

Критическая точка К характеризует критическое состояние, при котором исчезает различие в свойствах пара и жидкости. Критическая температура является наивысшей температурой жидкости и ее насыщенного пара. При температурах выше критической возможно существование только перегретого пара.

Критические параметры водяного пара следующие: tкp=374,15 °С;

ркр = 22,129 МПа; vкр = 0,00326 м3/кг.

78

Тогда удельный объем влажного насыщенного пара

9.4 Перегретый пар

Перегретый пар имеет более высокую температуру t по сравнению с температурой t н сухого насыщенного пара того же давления. Следовательно, в

отличие от насыщенного пара перегретый пар определенного давления может иметь различные температуры. Для характеристики состояния перегретого пара необходимо знать два его параметра, например давление и температуру.

Разность температур перегретого и насыщенного пара того же давления t – tн

называют перегревом пара.

Весьма важным в теплотехнических расчетах является определение количества теплоты, затрачиваемой на отдельные стадии процесса парообразования и изменения внутренней энергии.

Количество теплоты, затраченной для подогрева жидкости от 0 °С до температуры кипения при постоянном давлении, называют теплотой жидкости. Ее можно определить как разность энтальпий жидкости в состоянии кипения и жидкости при том же давлении и 0 °С, т. е.

qp i2 i1 i i0 ,

а так как i'0 при невысоких давлениях с достаточной для технических расчетов точностью можно считать равным нулю, то

qp i .

79

Значения внутренней энергии жидкости можно вычислить из общей зависимости

i u pv.

Тогда

u i pv ,

а так как величина pv' мала, то при невысоких давлениях можно принимать u i ,

т. е. внутренняя энергиям жидкости равна энтальпии жидкости. Значения i', а

следовательно, и и' приводятся в таблицах насыщенного пара.

Количество теплоты, необходимое для перевода 1 кг кипящей жидкости в сухой насыщенный пар при постоянном давлении, называют теплотой парообразования и обозначают буквой r. Это количество теплоты расходуется на изменение внутренней энергии, связанное с преодолением сил сцепления d

между молекулами жидкости, и на работу расширения ψ.

Величину d называют внутренней теплотой парообразования, а

а изменение внутренней энергии при получении сухого насыщенного пара из