Параметры состояния рабочего тела. Термодинамический процесс и законы термодинамики. Реальные газы. Влажный воздух. Физические свойства воды и водяного пара на линии насыщения

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Дальневосточный федеральный университет

(ДВФУ)

Техническая термодинамика

и теплопередача

Методические указания к практическим занятиям

для бакалавров образовательных программ

240100.62 «Химические технологии» и

241000.62 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»

Владивосток

2013

УДК 389:62

Методические указания содержат материалы но проведению практических занятий по дисциплине «Техническая термодинамика и теплопередача» в объеме 34 часов для бакалавров образовательных программ 240100.62 «Химические технологии» и 241000.62 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в  химической технологии, нефтехимии и биотехнологии».

Составил профессор кафедры химических и ресурсосберегающих технологий, доктор технических наук .

© . 2013

© Изд-вo ДВФУ, 2013

Тема 1. Параметры состояния рабочего тела

Давление – сила воздействия молекул рабочего тела (газа, жидкости) F на единицу поверхности S

                                           (1.1)

Внесистемные размерности (не в СИ), широко применяемые в практике:

          1 ат (техническая) = 1 кг/см² = 98,1 кПа                                        (1.2)

1 атб (барометрическая) = 101,32 кПа =

= 760 мм рт.ст. =1,033 кг/см² = 1,033 ат                                       (1.3)

           1 мм.рт.ст. = 133,32 Па                                                                     (1.4)

           1 бар = 10⁵ Па  =  100 кПа = 0,1 МПа                                              (1.5)

Различают следующие виды давлений:

- барометрическое – давление атмосферы над уровнем моря (окружающей среды), обычно измеряется в мм рт.ст., нормальное давление Р_б = 760 мм рт.ст. = 101,32 кПа. Это давление атмосферы (кПа) от высоты h (км) над уровнем Земли изменяется по следующей зависимости (е=2,71)

;                                             (1.6)

- избыточное Р_из – давление рабочего тела выше барометрического;

- абсолютное Р_аб – суммарное давление барометрического и избыточного, (или вакуумметрического), выше абсолютного вакуума;

- вакуумметрическое Р_вак – разность давлений абсолютного и барометрического, имеет отрицательное значение

Р_вак = Р_аб – Р_бар .

Абсолютное давление в сосуде рассчитывается:

- при давлении выше атмосферного

Р’_аб = Р_из + Р_бар;                                           (1.7)

- при давлении ниже атмосферного

Р’’_аб = Р_бар + Р_вак                                                                    (1.8)

С повышением глубины погружения в водной среде повышается давление. Избыточное давление на глубине h (м) рассчитывается по следующей зависимости (Па)

                                                            (1.9)

где ρ – плотность воды, кг/м³; g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Приближенно это давление можно рассчитывать по зависимости

                                                           (1.10)

т.е. на каждые 10 м глубины давление повышается на 100 кПа = 1 ат.

Температура – показатель нагретости тела. При этом различают термодинамическую (абсолютную) температуру, измеряемую в [К], также используются другие температурные шкалы, широко применяемые в практике: Цельсия [⁰C], Фаренгейта [F]. Формулы пересчета различных температурных шкал имеют вид

.                                      (1.11)

Температура атмосферного воздуха (К) измеряется по высоте (км) в диапазоне от 0 до 50 км по следующему закону

 .                         (1.12)

Плотность рабочего тела – величина, определяемая отношением массы вещества m (кг) к его объему V (м³)

.                                                     (1.13)

Обратная величина называется удельным объемом

.                                                       (1.14)

Задача № 1.1

Рассчитать избыточное давления в морской воде на глубине (м)

а) h = (500 + 100·n);       б) h = (2000 + 200·n),         в) h = (1000 + 150·n), по точной (1.9) и приближенной (1.10) формулам, сравнить данные. Рассчитать абсолютное давление для результатов по точной формуле. Результаты расчетов привести в различных размерностях: ат (кГ/см²), кПа (МПа), бар. Плотность морской воды ρ=1035 кг/м³ , барометрическое давление Р_бар =  760 мм рт.ст.

Рекомендации: Избыточное давление рассчитывается по зависимостям (1.9) и (1.10), абсолютное давление – по зависимости (1.7), размерности пересчитываются по (1.2 – 1.5).

Задача № 1.2

Рассчитать избыточное давление, (давление, которое надо подать в салон) для самолета, летящего на высоте h (м), если абсолютное давление в салоне самолета Р_аб надо поддерживать на уровне: