Материал: Д6901 Митропов ВВ Расчет и сопостановление основных термодин процессов
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
УНИВЕРСИТЕТ ИТМО
В.В. Митропов
РАСЧЕТ И СОПОСТАВЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ИДЕАЛЬНОГО И РЕАЛЬНЫХ РАБОЧИХ ТЕЛ
Учебно-методическое пособие
Санкт-Петербург
2016
1
УДК 621.564
Митропов В.В. Расчет и сопоставление основных термодинамических процессов для идеального и реальных рабочих тел: Учеб.-метод. пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2016. 49 с.
Содержит задания, теоретические сведения, описание метода, хода выполнения и отчета о проделанной работе.
Предназначен для бакалавров направлений: 14.03.01 по дисциплине «Термодинамика»; 15.03.04, 16.03.03, 23.03.03 – «Основы термодинамики и теплопередачи»; 15.03.02 – «Термодинамика и тепломассообмен»; 19.03.01 – «Основы термодинамики и тепломассопереноса»; 19.03.02, 19.03.03 – «Теоретические основы тепло- и хладотехники»; 18.03.02 – «Основы тепло- и хладотехники» очной и заочной форм обучения.
Рецензент: кандидат техн. наук, проф. А.А. Малышев
Рекомендовано к печати Советом факультета холодильной, криогенной техники и кондиционирования, протокол № 2 от 30.10.2016 г.
Университет ИТМО – ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий, один из немногих российских вузов, получивших в 2009 году статус национального исследовательского университета. С 2013 года Университет ИТМО – участник программы повышения конкурентоспособности российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров, известной как проект «5 – 100». Цель Университета ИТМО – становление исследовательского университета мирового уровня, предпринимательского по типу, ориентированного на интернационализацию всех направлений деятельности.
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, 2016
Митропов В.В., 2016
2
СПИСОК ОСНОВНЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
V |
– объем, м3, или объемный расход, м3/с |
v |
– удельный объем, м3/кг |
M |
– масса, кг, или массовый расход, кг/с |
p |
– давление, Па, МПа |
B |
– атмосферное давление, гПа, мм рт. ст. |
pабс |
– абсолютное давление, Па |
– |
– плотность, кг/м3 |
T – |
– температура по шкале Кельвина, К |
t |
– температура по шкале Цельсия, оС |
R |
– удельная газовая постоянная, кДж/(кг∙К) |
Q, q |
– теплота, кДж, кДж/кг |
U, u |
– внутренняя энергия, кДж, кДж/кг |
L, l |
– работа, кДж, кДж/кг |
H, h |
– энтальпия, кДж/кг |
S, s |
– энтропия, кДж/(кг∙К) |
h’, u’, s’ |
– энтальпия, внутренняя энергия и энтропия насыщен- |
|
ной жидкости, кДж/кг, кДж/(кг∙К) |
h”, u”, s” |
– энтальпия, внутренняя энергия и энтропия сухого |
|
насыщенного пара, кДж/кг, кДж/(кг∙К) |
x |
– степень сухости пара |
r |
– удельная теплота парообразования, кДж/кг |
с |
– удельная массовая теплоемкость, кДж/(кг∙К) |
k |
– показатель адиабаты |
n |
– показатель политропы |
N |
– мощность, Вт, кВт |
|
– холодильный коэффициент цикла |
|
– отопительный коэффициент цикла |
z |
– коэффициент сжимаемости |
a |
– скорость звука, м/с |
f |
– площадь, м2 |
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Известно, что обратимый цикл Карно обладает максимально возможной эффективностью в сравнении с любым другим циклом, осуществляемым в том же интервале температур источников.
Для реализации изотермических процессов подвода и отвода теплоты в цикле реальной холодильной машины используются процессы кипения и конденсации рабочего тела. Таким образом, рабочее вещество в цикле паровой холодильной машины изменяет свое агрегатное состояние, а сам цикл располагается в области параметров состояния, включающей область влажного пара. Поэтому в качестве рабочих тел холодильных машин используются вещества, имеющие критическую температуру более высокую, чем температура окружающей среды, например аммиак.
Давления, при которых совершается цикл паровой холодильной машины, лежат обычно в интервале от 0,1 до 0,3 МПа. При указанных ранее давлениях термодинамические свойства хладагентов значительно отличаются от свойств идеального газа.
В циклах глубокого охлаждения так же, как и в цикле паровой холодильной машины, ряд процессов происходит в области газообразного состояния рабочего тела. Но и здесь вещество может находиться в состояниях, существенно отличающихся от идеального газа. Например, в цикле Линде дросселирование сжатого воздуха приводит к понижению его температуры, что используется для ожижения воздуха. Напротив, дросселирование идеального газа, как известно, не изменяет его температуры.
В связи с вышеизложенным понятна важность для будущего инженера подробного ознакомления с процессами реальных газов, сравнения этих процессов с процессами идеальных газов. Именно эту цель и преследует настоящее издание.
4
ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ
Под идеальным газом понимают такой воображаемый газ, между молекулами которого не действуют силы взаимного притяжения, а объем, занимаемый молекулами, исчезающе мал по сравнению с объемом межмолекулярного пространства, т. е. молекулы рассматриваются как материальные точки. Все газообразные вещества, в том числе и хладагенты, при исчезающе малых давлениях полностью подчиняются законам и уравнениям идеального газа.
Параметры термодинамического состояния тела
Удельный объем (v) – это объем единицы массы данного вещества [м3/кг]
V v m ,
где V – объем, м3; m – масса, кг.
Плотность ( ) – это масса единицы объема вещества [кг/м3]:
ρ |
1 |
|
m |
. |
|
|
|||
|
v |
|
V |
|
Давление (p) – это сила воздействия вещества на ограничивающую его поверхность, отнесенная к единице этой поверхности [Па = Н/м2]. Термодинамическим параметром состояния является только абсолютное давление. Под ним понимают давление, отсчитываемое от нуля.
Абсолютное давление выше атмосферного определяется как
pабс pбар pизб ,
а абсолютное давление ниже атмосферного –
pабс pбар pвак ,
5