Водяна пара, витікання та дроселювання газів і пари. Способи розповсюдження тепла

Охтирський технікум СНАУ

ЛЕКЦІЯ № 3

(Тематична)

Навчальна дисципліна – ГКА.

Тема лекції: Водяна пара, витікання та дроселювання

               газів і пари. Способи розповсюдження тепла.

Для студентів ІІІ курсу, спеціальність 5. 092123.

Тривалість – 65 хв.

План

викладення  лекційного матеріалу

1. Процес пароутворення. Насичена та суха пара.

2. І-sдіаграма водяної пари.

3. Поняття про витікання газів і пари. Критична швидкість. Сопло Лаваля. Процес дроселювання газів і пари.

4.Способи розповсюдження тепла :теплопровідність, конвективний теплообмін, теплообмін випромінюванням.

Викладач: Пугачов О.О.

Розглянуто і схвалено на засіданні предметної циклової

 комісії спеціальних дисциплін (спеціальність 5. 092123)

протокол №від „     „                2004 р.

Голова циклової комісії                      Пугачов О.О.

1. Процес пароутворення. Насичена та суха пара.

В якості робочого тіла в багатьох теплотехнічних апаратах застосовується водяна пара. А чому? Та тому, що, по своїм властивостям вона наближається до реальних газів і до неї можливо застосування газових законів. А по-друге її легко видобувати і вона не шкідлива для оточуючого середовища.

Пару отримують з води в спеціальних теплотехнічних апаратах, які називають паровими котлами. Процес утворення пари з води називають пароутворенням. Він відбувається при постійному тиску.

Розглянемо його більш детальніше. Якщо взяти циліндр, який закрито з одного боку (з низу) і налити в нього 1 кг води при температурі 0˚С, а зверху вставити поршень з постійним навантаженням (тиск на воду постійний –Р₁).

Почнімо його підігрівати . Як і любе тіло, так і вода при нагріванні розширяється, тобто об’єм води незначно збільшиться.

 Розглядаючи стан цієї води в Р-V діаграмі відмітимо це збільшення крапкою а^І. Якщо продовжувати підводити тепло то вода через деякий час закипить (тобто частина її перейди в газоподібний стан). Такий процес буде продовжуватися до точки а^ІІ. Об’єм збільшиться значно. Від крапки а^І  до крапки а^ІІ в циліндрі буде суміш води і пари. Якщо продовжувати підводити тепло і далі, то об’єм  зростатиме значно і в циліндрі, після крапки а^ІІ  відбувається динамічна рівновага – кількість пари яка утворюється, дорівнює кількості пари яка конденсується. Цей стан , є станом насиченої пари.

Якщо збільшити навантаження на поршень до Р₂ і повторити процес нагрівання цієї ж води, то на діаграмі він буде відображений прямою в - в^ІІ. Таким чином, змінюючи величину тиску, можливо побудувати ряд крапок, і якщо їх з’єднати (з однаковими показниками) отримаємо криві. При підвищенні тиску криві зближуються, і з’єднаються в точці К. Це вказує на те що, при досягненні якогось значення тиску, вода перетворюється повністю на пару, не утворюючи насиченої пари. Точку К називають критичною, а параметри води і пари критичними. Пара, яка знаходиться на кривій а^ІІ - в^ІІ, не має зовсім крапель вологи і тому вона називається сухою. Масова доля сухої пари в вологому називають ступінню сухості  і позначають – Х. Доля  води в вологі парі називається ступеню вологості і дорівнює 1 – Х.

 А пара, у якої температура і питомий об’єм більші ніж у сухої, називається перегрітою. Перегріта пара не може знаходитись в рівноважному стані з водою, з якої вона утворилася, і при ізотермічному змінені її об’єму призводить до змінення тиску. Вона не насичує простір в якому вона знаходиться. Тому її називають ненасиченою.

Аналогічно можливо побудувати і Т-s діаграму. Вона має ідентичний вигляд. Користуючись Т-s діаграмою, можливо визначати кількість теплоти, яка підводилась або відводилась при відповідному процесі.

2. І-sдіаграма водяної пари.

Значення ентальпії та температури для ідеального газу  - пропорційні, і тому для розрахунків  використовується не Т- s, а І – s діаграма водяної пари. В діаграмі по вісі абсцис відкладено значення ентропії s, а по вісі ординат – значення ентальпії І. Ентропія вимірюється в кДж/(кг·˚К), а ентальпії в кДж/кг. ( Запропонувати звернути увагу на плакат!)

На діаграмі в області насичення ізобари і ізотерми співпадають і мають вигляд прямої лінії. В області перегрітої пари ізобари і ізотерми розходяться і представляють собою криві лінії. По мірі віддалення від області насичення до області перегріву ізотерми асимптотично приближаються до горизонталі, а ізобари по своєму вигляду наближуються до логарифмічних кривих. Такий характер ізобар та ізотерм в області перегріву об’яснюється тим, що по мірі віддалення від області насичення властивості водяної пари наближаються до властивостей ідеального газу.

На діаграмі І – s зворотній адіабатний процес відображено відрізком вертикальної прямої (s =const), а кількість теплоти в ізобарному процесі відображається на ній проекцією відрізку ізобари на вісь ординат. На діаграмі також нанесені криві однакової сухості.