- •Министерство образования, науки, молодёжи и спорта украины
- •Оглавление
- •3.1 Общий анализ термодинамических процессов в реальном газе 38–39
- •Введение
- •1. Термодинамические процессы в идеальном газе
- •1.2. Политропное расширение, изобарное сжатие и изохорный подвод теплоты
- •1.3. Изохорный подвод теплоты, изобарное расширение и политропное сжатие
- •1.4. Адиабатное сжатие, изохорный подвод теплоты, изобарное и политропное расширение
- •2. Расчет и исследование термодинамических циклов двигателей внутреннег сгорания и газотурбинных установок
- •2.1. Термодинамический цикл двс со смешанным подводом теплоты
- •2.2. Термодинамические циклы газотурбинных установок
- •2.2.1. Простой цикл гту
- •2.2.2. Цикл с регенерацией теплоты
- •2.2.3. Цикл с двухступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением воздуха
- •2.2.4. Цикл с двухступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением воздуха и регенерацией теплоты
- •3. Расчет термодинамических процессов в реальном газе
- •3.1. Общий анализ термодинамических процессов в реальном газе
- •3.2. Изохорный процесс
- •3.3. Изобарный процесс
- •3.4. Изотермический процесс
- •3.5 Изоэнтропный процесс
- •3.6. Процесс дросселирования
- •3.7. Процесс течения
- •4. Расчет и исследование термодинамических циклов паротурбинных установок
- •4.1. Установка, работающая по циклу Ренкина
- •4.2. Паротурбинная установка с промежуточным перегревом пара
- •4.3. Установки с регенеративным подогревом питательной воды
- •4.3.1. Пту с регенеративным подогревом питательной воды в подогревателе смесительного типа
- •4.3.2. Пту с регенеративным подогревом питательной воды в подогревателе поверхностного типа
- •4.3.3. Пту с промежуточным перегревом пара и регенеративным подогревом питательной воды в поверхностном и смесительном подогревателях
- •4.3.4. Исследование влияния последовательности использования типов регенеративных подогревателей на эффективность пту
- •5. Термодинамика влажного воздуха
- •5.1. Основные понятия, определения и соотношения, характеризующие термодинамические свойства влажного воздуха
- •5.2. Примеры расчета процессов тепломассообмена во влажном воздухе
- •6. Методические указания по выполнению лабораторных работ
- •Изотермического процесса.
- •Контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы
- •Образец
5.2. Примеры расчета процессов тепломассообмена во влажном воздухе
Задача 1. Определить коэффициент влаговыпадения ξ в процессе охлаждения влажного воздуха, если уклон процесса ε равен 5000 (кДж/кг влаги)
Решение задачи с помощью диаграммы H,d
Задаем произвольную точку на диаграмме H,d, например t = 20°С и φ = =50% (рис.5.3). Определяем энтальпию и влагосодержание воздуха в этом состоянии Н1 = 38 (кДж/кг с.в.) и d1 = 7,3 (г/кг с.в.). Произвольно задаемся влагосодержанием во второй точке (бóльшим или меньшим, чем значение d1). Пусть d2 = =12 (г/кг с.в.), тогда .
Из математического определения уклона процесса (5.17) рассчитываем разность энтальпий в принятом процессе:
Поскольку , то
На пересечении линий Н2=idem и d2= idem определяем положение точки 2 на диаграмме H,d и значение температуры воздуха в этом состоянии t2 = 31,0°С.
Значение коэффициента влаговыпадения в заданном процессе определяем из соотношения (5.18):
Аналитическое решение
Задаем произвольное состояние влажного воздуха, например t1=30°С и φ1=60%. Из соотношений (5.15) и (5.7) рассчитываем значения паросодержания и энтальпии воздуха в этом состоянии:
При этом принимаем барометрическое давление В = 1 бар. Давление насыщенных паров рs = 0,042417 бар определяем по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [3] в зависимости от принятого значения температуры t1 = 30°С.
Произвольно задаем влагосодержание во второй точке, пусть d2 = =13,0 г/кг с.в., тогда
Из соотношения (5.17) рассчитываем разность энтальпий в заданном процессе
Так как , то
Соотношение (5.7) преобразуем к виду
Тогда, применив это соотношение для второй точки, получим:
Значение коэффициента влаговыпадения определим из соотношения:
Расхождение результатов графического и аналитического решений задачи составляет 2,4%, что допустимо, учитывая точность определения параметров по диаграмме H,d.
Задача 2. Определить значения коэффициентов охлаждения ηt и осушения ηd влажного воздуха в воздухоохладителе, если начальные параметры воздуха t1 = 50°С и φ1 = 40%, а конечные – Н2=80 кДж/кг с.в. и рп2 = 0,031 бар. Рассчитать также коэффициент влаговыпадения ξ и уклон ε процесса охлаждения воздуха и температуру поверхности воздухоохладителя. Изобразить процесс на диаграмме H-d .
Решение задачи с помощью диаграммы H,d.
На пересечении линий t1 = idem и φ1 = idem находим точку 1 (рис.5.4) и определяем значения энтальпии и влагосодержания воздуха в начальном состоянии: Н1 = 132,0 кДж/кг с.в. и d1 = 32,0 г/кг с.в. На пересечении линий Н2=idem и рп2 =idem находим точку 2 и определяем значения температуры и влагосодержания воздуха на выходе из воздухоохладителя: t2 = 28,5°С и d2 = =20,0 г/кг с.в.
Через точки 1 и 2 проводим прямую до пересечения с линией φ=1. Точка пересечения характеризует состояние влажного воздуха, равновесного с поверхностью воздухоохладителя (точка 3). Определяем параметры воздуха в этой точке: температуру tf = 21°C и влагосодержание df =15,8 г/кг с.в. По формуле (5.20), рассчитываем значение коэффициента охлаждения воздуха
Аналогично по (5.21) рассчитываем коэффициент осушения воздуха
По (5.18) и (5.17) рассчитываем коэффициент влаговыпадения и уклон процесса
Задача 3. Определить параметры влажного воздуха в заданном состоянии с помощью диаграммы H,d, если значение температуры по мокрому термометру tм = 20°C, о по сухому – tс = 25°C.
Решение задачи с помощью диаграммы H,d.
На пересечении изотермы tм = idem с изофитой φ = 100 находим точку М (рис.5.5). Из этой точки проводим прямую параллельную линиям Н = idem до пересечения с изотермой tс = 25°C. Точка пересечения соответствует заданному состоянию влажного пара (точка 1). Определяем остальные параметры влажного воздуха в этом состоянии: энтальпию Н1 = 57 кДж/кг с.в.; влагосодержание d1 = 12,0 г/кг с.в.; парциальное давление водяного пара рп1 = =0,02 бар; точку росы τ = 17,5°C; относительную влажность φ1 = 60%.
Задача 4. Определить температуру поверхности воздухоохладителя, если параметры воздуха на входе в охладитель t1 = 40°C и φ1 =60%, а коэффициент влаговыпадения в процессе охлаждения ξ = 3. Изобразить процесс на диаграмме H,d .
Решение задачи с помощью диаграммы H,d.
На пересечении изолиний t1 = idem и φ1 = idem находим точку 1, характеризующую состояние воздуха на входе в воздухоохладитель (рис.5.6). Определяем начальное значение энтальпии Н1 = 112,0 кДж/кг с.в. Задаемся произвольным значением Н2 = 75,0 кДж/кг с.в. Тогда из соотношения (5.18) рассчитываем значение температуры t2
.
На пересечении изолиний Н2 = idem и t2 = idem находим точку 2. Через точки 1 и 2 проводим прямую до пересечения с линией φ = 1 (точка F). Это и будет точка, характеризующая состояние влажного воздуха, равновесного с поверхностью воздухоохладителя. Температура поверхности воздухоохладителя в этом случае равна 15,0°С.
Задача 5. Поверхность воздухоохладителя имеет температуру tf =25°С, а процесс тепломассообмена охлаждаемого воздуха протекает при ξ = 2,75.
Определить температуру росы τ воздуха на входе в охладитель, если температура воздуха в этой точке t1 = 45°С по сухому термометру. Изобразить процесс на диаграмме H,d.
Решение задачи с помощью диаграммы H,d.
На пересечении изолиний tf = idem и φ = 1 определяем точку, характеризующую состояние влажного воздуха, равновесного с поверхностью воздухоохладителя (точка F на рис.5.7). Задаемся значением Нх>Нf, например Нх=100 кДж/кг с.в.. Из соотношения (5.18) определяем температуру в этом произвольно выбранном состояния
На пересечении изолиний t х= idem и Нх = idem определяем точку Х. Через точки F и Х проводим прямую до пересечения с изолинией t1= idem. Это и есть точка 1, характеризующая состояние воздуха на входе в охладитель. Из точки 1 проводим прямую d1 = idem до пересечения с линией φ=1. Точка пересечения этих линий и определяет точку росы воздуха, входящего в воздухоохладитель, τ = 34,0°С.
Задача 6. Нагретая в конденсаторе паротурбинной установки циркуляционная вода охлаждается в градирне. Мелкие капли воды, получаемые при разбрызгивании, соприкасаясь с окружающим ненасыщенным воздухом, частично испаряются и за счет этого охлаждаются.
Определить до какой предельной температуры tпр может охладиться вода в градирне, если температура воздуха равна 20°С, а его относительная влажность φ=50%. Определите также каковы потери воды на каждую тонну, если вода нагревается в конденсаторе на 6°С до температуры 33°С, а охлаждение воды происходит только за счет её испарения.
Решение задачи с помощью диаграммы H,d.
На пересечении изолиний t1 = 20°С и φ1 = 50% находим точку 1, соответствующую состоянию окружающего воздуха (рис. 14). Точка пересечения изоэнтальпы, проведенной через точку 1, с линией φ=100% определяет температуру адиабатного насыщения (температуру мокрого термометра tм). Она же является предельной температурой охлаждения воды в градирне: tпр=13,7°С.
Потерю циркуляционной воды определим из теплового баланса: количество теплоты, выделяющийся при охлаждении 1000 кг воды на 6°С, равно количеству теплоты, необходимой для испарения ΔG кг воды
или
,
где rs,p=2430,2 кДж/кг – удельная теплота парообразования воды при среднем значении её температуры в процессе её охлаждения,
Отсюда .
Таким образом, потеря циркуляционной воды равна примерно 1%.