- •Тема 16. Котельные установки……………..………………………………149
- •Тема 17. Использование вэр и охрана окружающей среды………..…..170
- •Введение
- •Часть 1. Термодинамика
- •Тема 1. Основные понятия и определения
- •Предмет и метод термодинамики
- •Объект изучения термодинамики
- •1.3 Параметры состояния термодинамической системы
- •1.4 Уравнение состояния идеального газа. Понятие об идеальных и реальных газах
- •1.5 Газовые смеси
- •1.6 Термодинамический процесс
- •Тема 2. Первый закон термодинамики
- •2.1 Аналитическое выражение первого закона термодинамики. Частные случаи закона
- •2.2 Внутренняя энергия системы
- •2.3 Работа расширения и pv-диаграмма для изображения работы
- •2.4 Работа и теплота
- •2.5 Теплоемкость газов
- •2.6 Энтальпия
- •Тема3. Второй закон термодинамики
- •3.1 Общая характеристика
- •3.2 Энтропия и математическое выражение второго закона
- •3.3 III начало термодинамики
- •3.4 Т,s диаграмма для изображения теплоты
- •3.5 Физический смысл энтропии
- •3.6 Основное уравнение термодинамики и вычисление энтропии
- •Тема. 4 термодинамические процессы идеальных газов в закрытых системах
- •4.1 Изохорный процесс
- •4.2 Изобарный процесс
- •4.3 Изотермический процесс
- •4.4 Адиабатный процесс
- •4.5 Политропный процесс
- •Тема 5. Термодинамические циклы
- •5.1 Круговые процессы
- •5.2 Термодинамическая схема теплового двигателя
- •5.3 Прямой цикл Карно
- •5.4 Обратный цикл Карно
- •Тема 6. Циклы паросиловых, холодильных установок и теплового насоса
- •6.1 Циклы паросиловых установок. Цикл Ренкина
- •6.2 Циклы холодильных установок
- •6.3 Цикл теплового насоса
- •6.4 Эксергия. Эксергический анализ
- •Тема7. Теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания
- •7.1 Цикл Отто
- •7.2 Цикл Дизеля
- •7.3 Цикл Тринклера (или Сабатэ)
- •Тема8. Термодинамика потока газов и паров
- •8.1 Уравнение первого закона термодинамики для потока
- •8.2 Истечение газов и паров
- •8.3 Дросселирование. Температура инверсии
- •Часть 2. Теория тепло и массообмена
- •Тема 9. Основы теории теплообмена
- •9.1 Введение. Теплопроводность
- •9.2 Закон Фурье – основной закон теплопроводности
- •9.3 Теплопроводнсть плоской однородной, однослойной стенки
- •9.4 Теплопроводность многослойной стенки
- •9.5 Теплопроводность цилиндрической стенки.
- •Тема10. Конвективный теплообмен
- •10.1 Понятие теплообмена. Закон Ньютона Рихмана
- •10.2 Критерии подобия
- •10.3 Теплоотдача при вынужденном движении теплоносителя
- •10.4 Теплоотдача при свободном движении теплоносителя
- •10.5. Теплоотдача при кипении
- •10.6 Теплоотдача при конденсации пара
- •Тема11. Теплопередача чарез стенку
- •11.1 Понятие теплопередачи, теплопередача через плоскую стенку.
- •11.2 Уравнение теплопередачи.
- •11.3 Теплопередача через цилиндрическую стенку
- •Тема12. Лучистый теплообмен
- •12.1 Понятие лучистого теплообмена
- •12.2 Законы лучистого теплообмена
- •12.3 Теплообмен излучением системы тел в прозрачной среде
- •Тема13. Водяной пар
- •13.1 Процесс парообразования в pv-координатах
- •13.2 Ts и hS диаграмма водяного пара
- •13.3 Параметры состояния жидкости и пара
- •Тема14. Влажный воздух
- •14.1 Понятие влажного воздуха, его характеристики
- •14.3 Сушка материала
- •Тема15. Топливо
- •15.1 Классификация топлива
- •15.2 Состав топлива
- •15.3 Характеристики топлива.
- •15.4. Примеры твердого, жидкого, газообразного топлива.
- •15.5 Процесс горения топлива
- •15.6 Состав и объем продуктов сгорания.
- •15.7 Нефтяные топлива.
- •15.8 Понятие детонации, октанового числа и цетанового числа.
- •Тема16. Котеьные установки
- •16.1 Понятие котла и котельной установки
- •16.1 Паровой котёл и его основные элементы
- •16.3 Паровые и водогрейные котлы
- •16.4 Вспомогательное оборудование
- •16.5 Топка, топочные устройства
- •16.6 Котлы утилизаторы
- •16.7 Тепловой баланс горения
- •Тема17. Использование вэр и охрана окружающей среды
- •17.1 Понятия вэр
- •17.2 Классификация вторичных энергетических ресурсов в промышленности
- •17.3 Использование вторичных энергетических ресурсов промышленности
- •17.4 Расчет вэр на экономическую эффективность
- •Заключение.
Тема8. Термодинамика потока газов и паров
8.1 Уравнение первого закона термодинамики для потока
Термодинамическая система, обменивающаяся с окружающей средой веществом, называется открытой. Такие системы широко встречаются в технических устройствах. Примером может служить движение газов и паров в элементах паровых и газовых турбин, магистральных газопроводах, воздуховодах, нагревателях, струйных аппаратах и т. д. При анализе термодинамики потока принимают следующие допущения: поток одномерный; термодинамические параметры и скорость постоянны по всему сечению потока (т. е. рассматриваются их усредненные значения по сечению); поток стационарный, т. е. в любом сечении все величины, характеризующие течение, остаются постоянными во времени, поток является сплошным. Последнее предположение означает, что через любое сечение канала А в единицу времени проходит одно и тоже массовое количество вещества m, кг / с:
m = A·w·ρ = A· w/v = const, (8.1)
где А – поперечное сечение канала, по которому движется поток, м2; w – скорость потока, м/с; ρ – плотность вещества, кг/м3; v – удельный объем вещества, м3/кг.
Это уравнение называется уравнением сплошности или уравнением неразрывности.
В задачу термодинамического анализа процессов, происходящих в потоке, входит выявление зависимостей между различными механическими и термодинамическими величинами, в частности, взаимосвязи между изменением параметров потока р, v, T и скоростью движения рабочего тела как целого w.
Вид этой связи будет зависеть от характера внешних воздействий на поток. К внешним воздействиям на поток, которые будут нами рассматриваться, относятся:
а) геометрическое воздействие, при котором течение происходит в канале переменного сечения;
б) тепловое воздействие, при котором течение сопровождается подводом или отводом теплоты q;
в) механическое воздействие, при котором течение сопровождается отдачей или затратой технической работы lТ.
Рассмотрим поток газа через канал произвольной формы (рисунок 8.1), к которому в общем случае подводится теплота q и техническая работа lТ отводится от внешнего объекта или подводится к нему (случай подвижного канала).
Допущения об обратимости процесса течения газов и паров дают возможность применить к потоку через канал основные термодинамические соотношения. Уравнение первого закона термодинамики запишется в этом случае так же, как и для процесса без видимого движения газа:
q = Δu + l,
г де l – работа, совершаемая потоком газа или пара (при отсутствии движения газа она целиком состояла из работы, затрачиваемой на преодоление сил внешнего давления).
Рис. 8.1 – Схема потока газа через канал произвольной формы
В случае потока эта работа будет состоять из:
а) работы против сил давления на входе потока в канал и на выходе из канала lp, которая называется работой проталкивания;
б) работы, затрачиваемой на изменение внешней кинетической энергии потока lw ;
в) работы, затрачиваемой на изменение внешней потенциальной энергии потока lу;
г) технической работы, которая отбирается от потока (турбинный канал) или подводится к нему (компрессионный канал) lТ.
Таким образом,
.
Результирующая работа газа против внешних сил (работа проталкивания) равна:
, (8.2)
где – секундная работа совершенная над газом при входе его в сечение I; – работа производимая газом при выходе из сечения П.
Работа, затраченная на изменение внешней кинетической и потенциальной энергии 1 кг потока, соответственно вычисляются так:
; (8.3)
. (8.4)
Тогда аналитическое выражение первого закона термодинамики для потока примет вид:
(8.5)
или в дифференциальной форме:
. (8.6)
Если пренебречь изменением внешней потенциальной энергии и учитывая, что du + d(pv) = dh, имеем:
(8.7)
Выражение (8.7) – это первый закон термодинамики для потока. Этот закон утверждает, что теплота, подведенная к потоку рабочего тем от внешнего источника, расходуется на увеличение энтальпии рабочего тела, увеличение кинетической энергии потока и производство технической работы. Если техническая работа отсутствует, то
. (8.8)
При адиабатном процессе уравнение принимает вид:
. (8.9)
После преобразования, уравнение (8.8) примет вид:
, (8.10)
откуда
. (8.11)
Та часть работы расширения, которая превращается в кинетическую энергию и может быть использована в машинах, называется располагаемой работой l0:
. (8.12)
Располагаемую работу можно определить по формуле:
. (8.13)
Для политропного процесса идеальных газов:
. (8.14)
Для адиабатного процесса:
. (8.15)