Изменение внутренней энергии газа при прохождении через сужения u2 -u1=р2u2 - р1u1. Если, например, вследствие сжимаемости газа будет иметь место неравенство р2u2 > р1u1, то получим, что u2 <u1 . В этом случае температура газа после сужения понизится, т. е. T2 < T1.
Если же сжимаемость реального газа меньше сжимаемости идеального газа, то тогда получим иное неравенство. В этом случае р2u2 < р1u1 внутренняя энергия газа при сужении повысится, что будет сопровождаться повышением температуры газа. Если сжимаемость не будет менять величину произведения рu, то температура газа меняться не будет. Этот случай называют инверсией газа, а температуру газа, при которой она происходит, называют температурой инверсии. Она зависит от природы газа и равна примерно 600° С. В обычных условиях наиболее часто температура газа при дросселировании понижается. Понижение температуры при дросселировании воздуха и углекислого газа составляет соответственно 0,27 и 1,35 К на 1 Па перепада статического давления.
Процессы дросселирования водяного пара удобно рассматривать с помощью диаграммы is (рис. 15), на поле которой нанесены линии давления — изобары, причем Р1 > Р2> Р3... Верхняя линия соответствует воде, т. е. х = 0. Сплошной кривой на поле нанесена кривая, соответствующая х = 1. Ниже нанесены пунктирные кривые, соответствующие различным степеням сухости пара. Выше кривой х = 1 нанесены изотермы, при чем t1<t2<t3 . Кривая х = 1 отделяет области насыщенного и перегретого паров. В области насыщенного пара прямые линии — изобары — являются также и изотермами.
Если дросселированию подвергается перегретый пар, то видно, что в этом случае понижаются давление пара и его температура (линия 1—2). Однако энтропия и степень перегрева пара увеличиваются. При дросселировании влажного пара его можно перевести в перегретый (линия 3—4). Дросселирование кипящей воды сопровождается частичным ее испарением (линия 5—6). При этом повышается степень сухости пара. При дросселировании пара понижается его работоспособность, определяемая разностью энтальпий. В этом легко убедиться, рассмотрев два состояния пара, определяемого точками 1 и 2, причем точка 2 определяет состояние пара после дросселирования. Эти точки спроектируем на линию, соответствующую давлению p5 . Видно, что отрезок 1-1¢больше отрезка 2—2', т. е. при дросселировании пара работоспособность его понизилась.
6. Термодинамика компрессоров
В технике используется значительное число компрессоров, газовых и паровых турбин, двигателей внутреннего сгорания, а также холодильных машин. Основой их проектирования и исследования служит техническая термодинамика.
При описании незамкнутых процессов рассматривались вопросы получения работы за счет внутренней энергии рабочего тела. При любом расширении рабочего тела в цилиндре с поршнем может наступить состояние равновесия системы с окружающей средой, что приведет к прекращению совершения работы. Для того чтобы сделать уже работавший газ вновь рабочим телом, т. е. сделать процесс замкнутым, необходимо сжатием вернуть газ в первоначальное состояние за счет внешней работы, т. е. осуществить цикл. На поле pu-диаграммы циклы изображаются замкнутыми кривыми.
Для цикла первый закон термодинамики имеет вид qц – lц = 0. Так как в цикле конечное состояние равно начальному, то изменение внутренней энергии будет равно нулю. Поэтому величина работы, совершаемой термодинамической системой за один цикл, равна количеству теплоты, полученной системой за этот же цикл, т. е. qц = lц . Циклы, в которых теплота превращается в работу, называют прямыми. Они характеризуются тем, что в них линия расширения на графике (рис. 16, а) располагается выше линии сжатия. Обратными называют циклы, на осуществление которых затрачивается внешняя работа. В этих циклах линия расширения располагается ниже линии сжатия (рис. 16, б). По прямому циклу работают паровые и газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания, а по обратному — холодильные машины. Предполагается, что все циклы состоят из обратимых процессов. При наличии в цикле хотя бы одного необратимого процесса такой цикл называют необратимым.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.