Техническая термодинамика - Ульяновский государственный

ТЕХНИЧЕСКАЯ
ТЕРМОДИНАМИКА
Методические указания
н
Лабораторные и расчетно-грасрические работы
Ульяновск
2006
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ульяновский государственный технический университет
ТЕХНИЧЕСКАЯ
ТЕРМОДИНАМИКА
Методические указания к выполнению лабораторных
и расчетно-графических работ
Составители: П . Б . П а з у ш к и н ,
М. А. Готова
Ульяновск
2006
УДК 621:671.052 (076)
ББК31.31я7
Т38
Рецензент
заведующий
кафедрой
«Теоретические
основы
теплотехники»
Южно-Российского
государственного технического
университета, канд. техн. наук, доцент В. А. Луконин.
Одобрено секцией методических пособий научно-методического
совета университета.
Т38
Техническая
термодинамика:
методические
указания
к
выполнению лабораторных и расчетно-графических работ / сост. П. Б.
Пазушкин, М. А. Ротова. - Ульяновск: УлГТУ, 2006. - 38 с.
Предназначены для выполнения лабораторных работ по курсу «Техническая
термодинамика». Содержат задания на расчетно-графические работы и указания к
их выполнению.
Составлены в соответствии с программой курса «Техническая термодинамика»
для
студентов
высших
учебных
заведений
специальности
270109
«Теплогазоснабжение и вентиляция».
В основу положены работы 3. Ф. Немцева и Д. Л. Жуховицкого, а также
собственные разработки авторов по мультимедийным комплексам для изучения
процессов в идеальных газах.
Подготовлены на кафедре ТГВ.
УДК 621:671.052 (076)
ББК 31.31я7
© Пазушкин П. Б., Ротова М. А., составление, 2006
© Оформление. УлГТУ, 2006
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
4
Лабораторная работа № 1.
«Исследование работы шарикового предохранительного клапана».... 4
Лабораторная работа № 2.
«Определение объемной изобарной теплоемкости воздуха»
7
Лабораторная работа № 3.
«Исследование термодинамических процессов идеального газа»
10
Лабораторная работа № 4.
«Изучение свойств и процессов воды и водяного пара»
21
Лабораторная работа № 5.
«Определение степени сухости водяного пара»
23
2. РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
Общие требования к выполнению и оформлению
расчетно-графических работ
Расчетно-графическая работа № 1.
«Расчет и анализ газового цикла»
Расчетно-графическая работа № 2.
«Расчет и анализ пароводяного цикла»
2.1. Исходные данные для расчета и задание
2.2. Расчетные формулы
31
31
34
ПРИЛОЖЕНИЕ
36
.,
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
3
29
29
29
38
1. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Лабораторная работа № 1.
«Исследование работы шарикового предохранительного клапана»
Цель работы: изучение устройства и принципа работы шарикового
предохранительного клапана, широко применяемого в технике в качестве
предохранительного и регулирующего. Кроме того, при выполнении работы
студент знакомится с приборами и единицами измерения давления.
Экспериментальная установка
Принципиальная схема лабораторной установки представлена на рис. 1.1.
Воздух с помощью насоса 3 с электроприводом нагнетается в сосуд 5. При этом
кран 4 на подводящей трубе должен быть открыт, а кран 8 на выпускающей
трубе - закрыт. На сосуде 5 установлен предохранительный клапан 6
и манометр 7, позволяющий измерять избыточное давление воздуха в сосуде.
Рис. 1.1. Схема лабораторной установки: 1 -- выключатель; 2 - электродвигатель;
3 - насос воздушный; 4, 8 - краны запорные; 5 - сосуд; 6 - предохранительный клапан;
7 - манометр
Устройство шарикового клапана показано на рис. 1.2.
Основным элементом клапана является шарик 3, плотно прижимаемый
к коническому седлу корпуса 1 пружиной 5 через упор 4. Благодаря высокой
чистоте обработки металла, между шариком и седлом образуется достаточно
надежное уплотнение, и воздух из сосуда не выходит до тех пор, пока сила
давления воздуха на шарик не станет больше, чем сила действия пружины.
Тогда шарик приподнимается, и воздух через образующуюся кольцевую щель
начинает выходить внутрь корпуса клапана, а затем в атмосферу. По мере
4
выхода воздуха из сосуда давление в нем падает, и пружина опускает шарик на
седло. Таким образом, в результате повторяющихся открытий и закрытий
клапана в сосуде устанавливается некоторое постоянное давление, зависящее
от силы сжатия пружины, которая регулируется винтом 6. Положение винта
фиксируется контргайкой 7.
Итак, шариковый клапан может работать как регулирующий орган,
устанавливающий в сосуде постоянное, заранее выбранное с помощью винта 6
давление. Если же назначение шарикового клапана - ограничить давление
в сосуде некоторой предельной величиной (с целью безопасности), то клапан
выступает как предохранительный.
Рис. 1.2. Шариковый предохранительный клапан: 1 - корпус; 2 - прокладка;
3 - шарик; 4 - упор; 5 - пружина; 6 - винт регулировочный; 7 - контргайка
Проведение опыта и обработка данных
Открыть кран 4 и закрыть кран 8 (рис. 1.1) Включить электродвигатель
насоса выключателем 1 и фиксировать показания манометра через каждую
минуту в протоколе (табл. 1.1). После того, как в течение 5-7 минут показания
манометра будут неизменными, отключить двигатель насоса и выпустить
воздух из сосуда, открыв кран 8.
Далее необходимо построить график изменения абсолютного давления
в сосуде во времени. Абсолютное давление рассчитывается по формуле
где
- избыточное давление в сосуде;
давление.
5
- атмосферное (барометрическое)
Таблица 1.1
Протокол опыта
№ и/и
1
2
3
4
...
р б, делений
Ю
Ризб,
кгс/см
2
Ризб, Па
Рабе, Па
Полученное значение абсолютного давления выразить в паскалях,
миллиметрах ртутного и водяного столба, барах. Для этого можно использовать
соотношения:
1 ат = 1 кгс/см = 735,5 мм рт. ст. = 10 мм вод. ст. = 98066 Па = 0,98 бар.
1 бар= 10 Па.
1 атм = 760 мм рт. ст.
1 мм рт. ст. = 13,6 мм вод. ст.
5
Контрольные вопросы
1. Объясните принцип работы шарикового клапана.
2. В чем различается назначение регулирующего и предохранительного
клапана?
3. Как определяется абсолютное давление в сосуде, если известно
показание вакуумметра, присоединенного к сосуду?
4. Найти абсолютное давление и выразить его в МПа, если
Ризб =
0,4
м вод.
ст.,
а
р
б
а
р
=
755
мм рт.
ст.
5. В чем физическая сущность абсолютного давления с точки зрения
молекулярно-кинетической теории газов?
6. Какие термодинамические параметры относятся к основным?
7. Какие
физические
условия
в
термодинамике
называются
нормальными?
8. Объясните принцип работы, достоинства и недостатки манометра
(пружинного, U-образного, микроманометра).
9. Какие
типы
манометров,
кроме
пружинного,
U-образного,
микроманометра, используются для измерения давления?
10. Приведите примеры использования в технике предохранительных
клапанов.
11. Какие единицы измерения давления используются при решении задач
с помощью уравнения состояния идеального газа?
12. Какие единицы измерения являются основными в СИ и МКГСС?
13. В чем различие между технической и физической атмосферой?
14. Приведите пример из техники, когда нужно поддерживать постоянное
давление.
6
Цель работы: экспериментальное определение объемной изобарной
теплоемкости воздуха
Как видно из единицы измерения, объемная теплоемкость оценивает
количество теплоты, необходимое для нагрева 1 м газа. Индекс р означает, что
нагрев газа происходит при р = const. В одном кубическом метре газа
в зависимости от давления и температуры может содержаться различная масса
газа, поэтому объемную теплоемкость принято относить к одному кубическому
метру газа при так называемых нормальных условиях, т.е. при T=273 К
и p — 760 мм рт. ст.
б
Экспериментальная установка
• Схема экспериментальной установки изображена на рис. 1.3. Вентилятор
1 нагнетает воздух в металлическую трубу 2, в которой установлен
электрический нагреватель 7. Мощность, потребляемая нагревателем,
измеряется с помощью амперметра 4 и вольтметра 5.
Рис. 1.3. Схема экспериментальной установки: 1 - вентилятор; 2 - т р у б а ; 3 - термо­
метры; 4 - амперметр; 5 - вольтметр; 6 - реостат; 7 - электронагреватель; 8 - микро­
манометр; 9 - трубка полного давления; 10 - трубка статического давления
Термометры 3 служат для измерения температуры воздуха до и после
нагревателя. Динамический напор измеряется с помощью пневмометрических
трубок 9, 10 и микроманометра 8. Мощность нагревателя можно изменять при
помощи реостата 6.
7
Определение
объемной
изобарной
теплоемкости
воздуха
осуществляется методом нагрева воздуха, движущегося в канале постоянного
сечения при р = const.
Количество теплоты, аккумулированной воздухом за секунду Q, Вт,
находится по формуле
(1.1)
где V
- объемный расход воздуха, приведенный к нормальным условиям,
шям,
- температура воздуха до и после нагревателя, К.
Искомая теплоемкость
равна
HopM
(1.2)
жого
Количество теплоты, подведенной к воздуху от электрического
нагревателя за секунду Q, Вт, равно потребляемой нагревателем мощности,, т.е.
(1.3)
где /- сила тока, A; U- разность потенциалов на зажимах нагревателя, В.
Секундный расход воздуха, приведенный к нормальным условиям V
,
определяется по формуле
HnnM
(1.4)
где d - д и а м е т р трубы, м; w - средняя по сечению скорость воздуха в трубе,
м/с; p - барометрическое давление, мм рт. ст.
Величина средней скорости определяется по осевой скорости
(1.5)
где w -осевая скорость в трубе, м/с; m - скоростной коэффициент,
определяемый по графику (рис. 1.4) в зависимости от критерия Рейнольдса Re .
cp
б
0
0
Рис. 1.4. Зависимость скоростного коэффициента т от числа Рейнольдса
8
Критерий Рейнольдса вычисляется по формуле
(1.6)
где v - кинематический коэффициент вязкости, м /с, определяемый по табл. П2
(см. приложение) в зависимости от Т .
Осевая скорость w , м/с, находится по динамическому напору
2
0
(1.7)
где р - плотность воздуха, кг/м , определяется по табл. П2 в зависимости от Т ;
-динамический напор, Н/м , определяемый как
измеряемый в опыте динамический напор в мм вод. ст.
2
Порядок проведения опыта и обработки результатов измерений
Включить вентилятор и электронагреватель. После достижения
стационарного теплового режима, о наступлении которого судят по
постоянству показаний термометров, измеряются температура воздуха до
нагревателя Т после нагревателя Т , U, I в цепи нагревателя, а также
динамический напор р' . Показания термометров контролируются несколько
ь
2
д
раз через равные промежутки времени. Результаты измерений заносятся
в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Таблица данных эксперимента
№
п/п
т ,к
Ti,K
и, В
/,А
2
Р' ,
мм вод. ст.
д
Примечание
1
2
После окончания опыта прежде всего определяют осевую скорость w .
Затем находят критерий Рейнольдса Re . При этом надо учитывать, что
в табл. П2
значение
коэффициента
кинематической
вязкости
даны
увеличенными в 10 раз, поэтому при подстановке в формулу для определения
Re табличные значения v умножают на 10 . Найдя затем lgRe , по графику
(рис. 1.4.) определяют коэффициент m, а затем и среднюю скорость w . Далее
определяют V
Q и с' . В заключении находят погрешность определения с'
0
0
6
-6
0
0
cp
норм,
р
р
по формуле
где
Значения
берут из табл. П2 по значению Т .
2
9
Контрольные вопросы
1. Что такое теплоемкость газа и от чего она зависит?
2. Что такое средняя теплоемкость?
3. Что больше: изобарная или изохорная теплоемкость и почему?
4. Какие единицы измерения имеют массовая, объемная и мольная
теплоемкости?
5. Как найти объемную теплоемкость, если известна соответствующая
массовая?
6. Как определить количество сообщенной телу теплоты при с Ф const
с использованием таблиц теплоемкости?
7. Как зависит теплоемкость газа от температуры?
Лабораторная работа № 3.
«Исследование термодинамических процессов идеального газа»
Цель
работы:
экспериментальное
определение
показателя
п
политропного процесса, знакомство с различными термодинамическими
процессами и их изображением в диаграммах pv и Ts.
В
ходе
выполнения
работы
производится
анализ
процессов
с определением таких характеристик процесса, как работа, количество
подведенной или отведенной теплоты.
Экспериментальная установка
Принципиальная схема установки показана на рис. 1.5. Сосуд 1 соединен
с воздушным нагнетателем 2 через кран 3, С помощью крана 5 сжатый воздух
из сосуда подается на турбинку 6, ротор которой, вращаясь, поднимает грузик 7
на высоту Н, отсчитываемую по шкале 8. Давление воздуха в сосуде
(избыточное) измеряется с помощью манометра 4. Атмосферное давление
определяется при помощи барометра-анероида, имеющегося в лаборатории.
Шкала барометра градуирована в миллиметрах ртутного столба.
Порядок проведения опыта
С помощью нагнетателя 2 (рис. 1.5) при открытом кране 3 и закрытом
кране 5 нагнетается воздух в сосуд 1. Давление р отсчитывается по манометру
4. Пределы, в которых должна находиться величина р , указаны на стенде возле
манометра. При работе нагнетателя осуществляется политропный процесс
сжатия воздуха 0-1 (рис. 1.6 — 1.7), во время которого давление поднимается от
р до р , а температура растет с Т до Т
Давление р в конце сжатия необходимо зафиксировать в протоколе
(табл. 1.3).
1
1
о
1
0
1
1
10
Рис. 1.5. Схема экспериментальной установки: 1 - сосуд; 2 - нагнетатель; 3 - кран;
4 - манометр; 5 - кран; 6 - турбинка; 7 - грузик; 8 - шкала
Во время проведения лабораторной работы, находящаяся в сосуде масса
рабочего тела воздуха несколько изменяется. Для упрощения расчетов мы
будем в дальнейшем пренебрегать изменением массы и считать, что все
процессы протекают при неизменной массе рабочего тела.
В конце сжатия закрывают кран 3, и тогда начинается изохорный процесс
1-2, во время которого воздух при постоянном объеме (краны 3 и 5 закрыты)
охлаждается (благодаря теплообмену с окружающей средой), т. е. температура
Т падает до температуры T , а давление - с р до р . Значение давления р
также записывают в протокол.
Для осуществления процесса истечения воздуха из сосуда 1 нужно
быстро открыть кран 5. При истечении воздух политропно расширяется
(процесс 2-3) и совершает работу по вращению ротора турбинки 6.
Для определения этой работы фиксируют в протоколе высоту Н подъема
грузика 7, вес которого известен. При расширении воздуха давление падает от
р до давления окружающей среды p а температура понижается от T (в начале
процесса 2-3) до температуры T . Как только давление воздуха в сосуде станет
равным ро («0» - по манометру), кран 5 закрывают.
После закрытия крана 5 начинается процесс изохорного нагрева воздуха
от температуры T до температуры окружающей среды T (процесс 3-4).
Во время этого процесса давление воздуха растет от р до р . Значение р
заносят в протокол.
Затем,
постепенно
открывая
кран
5,
осуществляют
процесс
дросселирования 4-0, при котором давление падает до р , а энтальпия остается
постоянной, что характерно вообще для процесса дросселирования.
Температура в этом. процессе практически также не изменяется, так как
в данном случае газ можно считать идеальным.
1
о
1
2
2
2
0
0
3
3
0
0
0
11
4
4
Процесс
дросселирования
замыкает
термодинамический
цикл,
осуществляемый на лабораторной установке.
Опыт проделывают 3-4 раза, заполняя протокол, и для наиболее удачного
опыта (по указанию преподавателя) выполняют затем расчеты.
Рис. 1.6. Изображение термодинамических процессов в диаграмме pv
12
s
Рис. 1.7. Изображение термодинамических процессов в диаграмме Ts
Таблица 1.3
Протокол испытаний
№
опыта
Ро
То
Pi
Pi
И
Pi
Примечание
ед. изм.
1
2
Выполнение расчетов
. В ходе выполнения лабораторной работы студент встречается
с различными термодинамическими процессами идеального газа. Для того
чтобы познакомиться с каждым из них, необходимо определить расчетом для
каждого процесса показатель политропы, изменение параметров, количество
теплоты и т.д. Для выполнения расчетов используют только абсолютное
давление газа:
13
где р - избыточное давление в сосуде (измеряемое манометром).
Расчеты студент выполняет в системе СИ. Необходимые справочные
данные указаны на стенде установки.
Уравнение политропного процесса, как известно, имеет вид
(1.8)
где п - показатель политропы, который в различных процессах может
до
принимать значения от
Из анализа политропного процесса следует, что он характеризуется
постоянной величиной теплоемкости с (хотя и различной для разных
политропных процессов), а показатель
политропы выражается
через
теплоемкости формулой
изб
п
(1.9)
где
с - теплоемкость данного
политропного
процесса;
с - изобарная
теплоемкость; c - изохорная теплоемкость.
Показатель политропы может быть определен с помощью уравнения
(1.8), если для данного политропного процесса известны параметры р , v
в начальном состоянии рабочего тела и р , v в конечном состоянии. Тогда,
записывая для этих состояний p v = p v , получаем после логарифмирования
п
р
v
1
2
n
1
1
2
n
2
2
(1.10)
При обработке результатов эксперимента следует иметь в виду, что
различают
техническую
(полезную
или
располагаемую)
работу
термодинамического процесса 1-2
(1.11)
и работу изменения объема (работу расширения или сжатия) этого же процесса
(1.12)
В соответствии с этим имеются две формы уравнения первого закона
термодинамики для процесса 1-2'
(1.13)
(1.14)
где
- изменение энтальпии рабочего тела в процессе 1-2;
- изменение
внутренней энергии раОочего тела в этом же процессе.
Из анализа этих уравнений и уравнения состояния идеального газа
следует следующее соотношение между указанными видами работы дш;
политропного процесса 1-2:
(1.15)
14
При выполнении расчетов студент подсчитывает значения энтальпии
и внутренней энергии в различных состояниях рабочего тела, а также
изменения этих функций в процессах. При этом следует пользоваться
формулами:
(1.16)
(1.17)
Теплоемкость политропного процесса с через показатель политропы п,
адиабаты к и изохорную теплоемкость c определяют следующим Образом:
п
v
(1.18)
В расчетах теплоемкости принимаются постоянными, тогда количество
теплоты процесса следует подсчитывать по формуле
(1.19)
которая для политропного, изобарного и изохорного процессов принимает вид
(1.20)
Изменение энтропии в любом термодинамическом
идеального газа можно определить по формуле
процессе
1-2
(1.21)
где R - газовая постоянная для 1 кг рабочего тела в Дж/кг·К.
Величину энтропии s в каком-либо состоянии рабочего тела следует
находить по формуле
(1.22)
где Т, v - температура и удельный объем рабочего тела в данном состоянии; v удельный объем рабочего тела при нормальных условиях (р = 760 мм рт. ст.,
T =273 К).
Процесс 0-1. Если в точке 0 параметры рабочего тела р , T известны, то
с помощью уравнения состояния идеальных газов
можно найти
H
0
0
удельный объем и плотность в точке 0:
(1.23)
(1.24)
где R - газовая постоянная для воздуха.
Уравнение процесса 0-1 записывается в виде
(политропное сжатие)
Из этого уравнения следует:
, оттуда
lb-
и
(1.25)
Точки 0 и 2 лежат на изотерме
(рис. 1.6 и 1.7). Уравнение
поэтому для точек 0 и 2 можно записать:
изотермического процесса
или
После подстановки в выражении (1.25) получаем:
(1.26)
Поскольку отношения
близки к единице, то при не очень
и
точном определении логарифмов более точные результаты дает формула
(1.27)
Определив значение показателя политропы n
температуру Т в конце процесса сжатия и работу сжатия:
0-1
,
можно
найти
1
, откуда
(1.28)
(1.29)
(1.30)
(1.31)
(1.32)
где l - техническая работа, совершаемая над 1 кг газа в процессе 0-1; l работа изменения объема, совершаемая над 1 кг газа в процессе 0-1; L' , L соответствующие работы, совершаемые над М кг газа в процессе 0-1; V- объем
сосуда установки (рис. 1.5).
Теплоту процесса легко определить с помощью формулы (1.19),
а изменение энтальпии и внутренней энергии - с помощью формул (1.16)
и (1.17), полагая теплоемкость постоянной, т.к. ее изменение в пределах
эксперимента невелико.
Процесс 1-2. В этом процессе происходит изохорное (v = const)
охлаждение воздуха от температуры Т до температуры окружающей среды Т .
С учетом этого из выражения (1.12)
В изохорном процессе
следует, что
(1.33)
А из уравнений (1.14), (1.17) с учетом этого следует, что
(1.34)
0-1
0-1
0-1
1
0-1
0
16
Это же следует из уравнения (1.19).
Из уравнения (1.11) имеем
(1.35)
Процесс 2-3. В этом процессе при истечении воздуха происходит его
политропное расширение (показатель политропы n ) с совершением полезной
(положительной) работы. Из уравнения процесса
следует
2-3
Учитывая, чт p =p , получаем:
3
0
(1.36)
Следующий процесс 3-4 является изохорным, причем точки 2-4 лежат на
изотерме Т . Поэтому можно записать:
0
Затем, подставляя вместо v /v отношение давлений p /p в выражение
(1.36), получаем
3
2
2
4
(1.37)
Последнее равенство по той же причине, что и выражение (1.26) для n
записываем в виде
0-1
(1.38)
Зная показатель политропы п
процесса 2-3
2-3
, можно найти температуру T в конце
3
(1.39)
Количество теплоты, сообщаемое телом окружающей среде, легко
определить с помощью (1.19).
Располагаемую (без учета потерь от необратимости процесса)
техническую работу политропного процесса 2-3 по аналогии с (1.29) можно
определить по формуле
(1.40)
а работу изменения объема - с помощью формулы (1.30).
Располагаемая работа (всей массы газа) равна
(1.41)
Работа
L
полученная с помощью турбинки грузиком,
определяется как произведение веса грузика G на высоту подъема
действ.
легко
гр
(1.42)
17
Разница между этими величинами представляет собой потери. Сюда
следует отнести:
1. Потери от необратимости процесса расширения в сопле, результатом
которого является истечение газа с некоторой скоростью из сопла. При этом
имеем превращение части энергии теплового (хаотического) движения молекул
в кинетическую энергию истекающей струи газа (упорядоченное, направленное
движение). Эти потери связаны, в частности, с трением при движении потока
газа в сопле. Сюда же можно отнести потери от дросселирования в кране 3;
2. Потери от необратимости процесса в рабочих лопатках турбинки (где
кинетическая энергия струи газа передается ротору турбинки, в результате
имеем опять кинетическую энергию, только уже вращательного движения
ротора);
3. Потери от утечек газа (часть газа течет мимо рабочих лопаток
турбинки);
4. Потери от трения в подшипниках;
5. Прочие потери.
Потери по п.п. 1-3 относятся к так называемым внутренним
относительным
потерям
и
учитываются
с
помощью
внутреннего
относительного КПД.
КПД получения работы с помощью процесса 2-3 можно определить
с помощью формулы
(1.43)
Процесс 3-4. В этом процессе, по аналогии с процессом 1-2 работа
равна 0 (v = const), и теплота равна изменению внутренней энергии. Но,
в отличие от процесса 1-2, процесс 3-4 идет с подводом теплоты, температура
и внутренняя энергия газа возрастают.
Процесс 4-0. Процесс замыкает цикл (изменением количества газа
в данном
случае
опять
пренебрегаем).
Этот
процесс
адиабатного
дросселирования. Следовательно
а поскольку газ считаем идеальным, то и
По окончании анализа процессов студент составляет сводную таблицу
результатов расчета (табл. 1.4) и изображает процессы (цикл) графически
в диаграмме pv (два раза, т.к. нужно изобразить на одном графике l', а на
другом - l) и диаграмме Ts.
Далее студент делает выводы и оформляет отчет начисто, ответив на
контрольные вопросы.
18
Таблица 1.4
Сводная таблица результатов расчетов
к=
; V=
с -
м;R=
3
кДж/кг·К; М =
кДж/кг·К; c =
р
кДж/кг·К.
v
Параметр
Единица
состояния
измерения
(процесса)
1
Ризб
Рабc
т
V
S
и
h
2
кг;
газ
Номер точки цикла
0
1
2
3
4
0
J
4
5
6
7.
8
Па
Па
К
м /кг
кДж/кг·К
кДж/кг
кДж/кг
3
Номера процессов
0-1
п
Я
V
1
1-2
2-3
3-4
4-0
—
кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
На кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» УлГТУ разработан
мультимедийный обучающий комплекс по исследованию термодинамических
процессов идеального газа [10]. Мультимедийный комплекс содержит следую­
щие разделы: «Цель работы», «Схема установки», «Постановка опыта»,
«Теория» и «Тестирование».
Раздел «Постановка опыта» состоит из двух подразделов: «Порядок
проведения опыта» и «Выполнение опыта». Изучение сущности проводимых
экспериментов выполняется по материалу, изложенному в подразделе
«Порядок проведения опыта». Для простоты восприятия материал изложен по
шагам, дополнен поясняющим анимационным сопровождением. Каждый шаг
подразумевает под собой короткое теоретическое описание действия, после
прочтения которого учащийся путем нажатия на кнопку «Анимация шага»
включает короткий анимационный ролик, в котором одновременно и на схеме,
и на двух графиках выполняются действия.
19
Для выполнения опытов на виртуальной лабораторной установке,
являющейся составной частью созданного мультимедийного комплекса,
разработана математическая модель работы действующей лабораторной
установки. Ввод исходных данных и получение результатов осуществляется
в подразделе «Выполнение опыта».
Блок контроля знаний введен в состав комплекса с целью
индивидуального самоконтроля степени усвоения теоретического материала
(раздел «Тестирование»). Выбрана следующая форма контроля - форма
моноальтернативного
тестового
вопроса
с единственным
правильным
вариантом ответа и ограничением времени на ответ (25 секунд). К тесту
приведена инструкция и список вопросов.
Основным преимуществом разработанной программы является ее
наглядность, вследствие чего усиливается восприятие студентом учебного
материала.
Контрольные вопросы
1. Какой процесс называется политропным? Как записывается уравнение
политропного процесса?
2. Почему процесс 0-1 в условиях данного эксперимента следует считать
политропным?
3. Какое давление следует использовать при расчете термодинамических
процессов: абсолютное или избыточное? Почему?
4. В каких единицах должна быть измерена температура при расчетах
с помощью уравнения состояния? Почему?
5. Чему равно значение показателя политропы соответственно для
адиабатного, изотермического, изобарного и изохорного процесса?
6. Чему равна площадь под кривой процесса в диаграммах pv и Tsl
7. Как изображаются адиабатные процессы сжатия и расширения
в диаграммах pv и Ts (сравнить с аналогичными изотермическими)?
8. Как изображаются изобарные процессы сжатия и расширения
в диаграммах pv и Ts (сравнить с аналогичными изохорными)?
9. Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля, уравнение состояния.
10. Как записывается математическое выражение первого закона термо­
динамики для неподвижной массы газа?
11. Чему равна работа газа при адиабатном расширении?
12. Как подсчитывается работа политропного расширения (сжатия)?
13. Как учитываются различные виды потерь при совершении, газом
работы?
14. Понятие «энтропия», способы определения энтропии.
20
Лабораторная работа № 4.
«Изучение свойств и процессов воды и водяного пара»
Цель работы: изучение свойств воды и водяного пара; определение
и графическое изображение связи между давлением и температурой пара
в состоянии насыщения.
Свойства воды и водяного пара студент изучает с помощью установки,
предназначенной, главным образом, для определения зависимости между
давлением и температурой водяного пара в состоянии насыщения.
Важность данной работы заключается не только в том, что вода
(и водяной пар) является наиболее распространенным рабочим телом
и теплоносителем в технике, но и в том, что все вещества имеют подобные
закономерности в изменении своих свойств в жидком и парообразном
состоянии. Поэтому, в принципе, достаточно изучить эти свойства на примере
одного вещества.
Кипение воды происходит при давлении выше атмосферного. В этом
случае абсолютное давление пара р , ат, находят по формуле
абс
где
Рбар -
р - избыточное давление пара, измеряемое
барометрическое давление, мм рт. ст.
изб
по
манометру,
ат;
Экспериментальная установка
Толстостенный металлический сосуд 1 (рис. 1.8) заполнен примерно на
2/3 своего объема водой. Количество воды в "сосуде контролируется
водомерным стеклом 2. Сосуд имеет электронагреватель 5, и его паровое
пространство соединено с манометром 7 через сифонную трубку 9
(для конденсации пара). Температура кипящей воды измеряется ртутным
термометром 4, помещенным в латунную гильзу 3 с машинным маслом
(для улучшения теплообмена). Сосуд может сообщаться с атмосферой через
кран 8, на сосуде имеются два предохранительных клапана 6, выпускающих
пар в атмосферу при чрезмерном увеличении его давления в сосуде.
Порядок проведения опыта
1. Включить электронагреватель 5 и довести воду до кипения при
открытом кране 8, т. е. при атмосферном давлении. Начало кипения
сопровождается интенсивным истечением пара через кран. Отметить
температуру насыщения (кипения) t при атмосферном давлении.
2. Закрыть кран 8 и через каждые 0,2 или 0,25 ат (в зависимости от типа
манометра) заносить показания манометра 7 и термометра 4 в протокол
наблюдений (табл. 1.5).
3. Опыт вести до давления р = 2,5 - 3,0 ат. При достижении этого
давления выключить электронагреватель установки.
H
абс
21
Примечание: опыт можно вести и при остывающей установке
(электронагреватель выключен). При давлении пара в сосуде р > О кран 8 не
открывать!
изб
Рис. 1.8. Схема экспериментальной установки: 1 - сосуд; 2 - водомерное стекло;
3 - гильза;
4 - термометр;
5 - электронагреватель;
6 - предохранительный
клапан;
7 - манометр; 8 - кран; 9 - сифонная трубка
Таблица 1.5
Протокол наблюдений
берутся из табл. П4
(см.
приложение) для
Значения
соответствующих значений давления. После окончания эксперимента
и выполнения расчетов строится график зависимости
как по данным
своих опытов, так и по табличным данным, производят сравнение своих
данных с табличными, делают вывод о причинах несовпадения и определяют
относительную ошибку
Контрольные вопросы
1. Почему с помощью обычно применяемых в технике манометров
измеряется избыточное давление, а не абсолютное?
2. Как определяется абсолютное давление на основе измеренного
избыточного?
22
3. Какое
давление
(абсолютное
или
избыточное)
приводится
в диаграммах и таблицах воды и водяного пара?
4. Как по диаграмме hs определить температуру насыщения по заданному
давлению?
5. Как связан знак относительной ошибки с условиями эксперимента?
6. Может ли вода кипеть при 20 °С? При 400 °С?
7. Может ли происходить парообразование при 0 °С? При -20 °С?
8. Что такое критическое состояние вещества? Каковы параметры воды
в критическом состоянии?
9. Рассказать устройство лабораторной установки. Каково назначение
водомерного стекла, предохранительного клапана, сифонной трубки, гильзы?
Лабораторная работа № 5.
«Определение степени сухости водяного пара»
Цель работы: продолжение изучения свойств воды и водяного пара,
начатое в предыдущей лабораторной работе. Кроме экспериментального
определения степени сухости, студент приобретает навыки в использовании
таблиц водяного пара и осваивает термодинамические диаграммы hs и Ts.
Экспериментальная установка
Схема экспериментальной установки приведена на рис. 1.9. В паровом
котле образуется влажный насыщенный водяной пар, степень сухости х
которого надо определить. Манометр 2 указывает давление пара (избыточное).
Через открытый кран 3 пар может через шланг 4 поступать в бачок 6, где
конденсируется. Образующийся конденсат смешивается с водой, находящейся
в бачке. Температура этой воды измеряется термометром 5. Бачок
для конденсации пара помещен в калориметрическую баню, чтобы уменьшить
потери теплоты в окружающую среду. Для определения количества
образующегося конденсата в состав установки входят весы 8.
Проведение эксперимента
В данной работе для определения степени сухости применяется
калориметрический метод.
Работу необходимо проводить в следующей последовательности.
1. Бачок для конденсации пара заполняется водой примерно на 2/3,
взвешивается на весах и помещается в калориметрическую баню. Помешивая
воду, определяют ее температуру до опыта. Термометр, закрепленный
в державке, остается в воде до конца опыта.
2. По манометру, установленному в котле, определяют давление р , а по
барометру - р б а р - Абсолютное давление пара р а б с определяют по формуле
изб
23
Рис. 1.9. Схема экспериментальной установки: 1-паровой котел; 2 - м а н о м е т р ;
3 - кран; 4 - шланг; 5 - термометр; 6 - бачок; 7 - калориметрическая баня; 8 - весы
3. Резиновый шланг надевается на кран котла. Кран медленно
открывается, и пар по шлангу выпускается в атмосферу. Это необходимо для
прогрева шланга с тем, чтобы уменьшить потери теплоты в окружающую
среду.
После прогрева шланг опускают в бачок с водой, и начинается
конденсация пара. При этом необходимо непрерывно следить за температурой.
Когда температура воды в бачке повышается на 50-60 °С от первоначальной,
опыт заканчивается. Шланг вынимают из бачка, и закрывают кран на котле
(желательно делать одновременно). 4. Термометр вынимают из бачка, а бачок - из калориметрической бани
для взвешивания на весах.
Результаты эксперимента вносят в протокол испытаний (табл. 1.6).
Таблица 1.6
Протокол испытаний
24
Обработка результатов эксперимента
1. Определяем абсолютное давление пара в котле
2. По таблицам насыщенного пара, зная p а б с , находим h и r (энтальпию
кипящей воды и теплоту парообразования).
3. По табл. ПЗ (см. приложение) определяем в зависимости от
температуры воды t и t соответствующие теплоемкости воды с и с .
4. Определяем энтальпии воды до и после опыта:
(1.44)
1
2
р1
р2
(1.45)
5. Изменение энтальпии в опыте равно
(1.46)
6. Определяем энтальпию влажного насыщенного пара
(1.47)
7. Находим степень сухости пара
(1.48)
откуда
(1.49)
8. Проверяем найденное значение х по диаграмме hs, где также находим
t , V , s и заполняем итоговую табл. 1.7.
H
x
x
Таблица 1.7
Сводная таблица результатов расчетов
Индивидуальное задание к лабораторной работе
Освоение таблиц и диаграмм водяного пара
Каждый студент работает по индивидуальному заданию,
выбирает в соответствии со своим номером п:
которое
где п , п - номера фамилии студента в списке группы и самой группы на
данном курсе.
Определив п, студент находит давление (ата), степень сухости
и температуры (°С) по формулам:
ст
гр
25
Далее студент строит левую и правую ветви пограничной кривой
в координатах hs и Ts, наносит критическую точку К (рис. 1.10, рис. 1.11). Для
одного значения х (заданного в индивидуальном задании) строится кривая
постоянной степени сухости. Значения энтальпии и энтропии при построении
этой кривой студент подсчитывает по формулам:
(1.50)
(1.51)
Перед выполнением построений удобно заполнить табл. 1.8, куда вносят
данные из таблиц насыщенного пара [6,7]. Давления, выраженные
в ата (кгс/см ) необходимо перевести в кПа или МПа, учитывая, что
1 кгс/см = 98 066 Па.
Таблица 1.8
2
2
Построения лучше выполнять. на миллиметровой бумаге стандартного
формата. Рекомендуемые масштабы:
в 1 см: 200; 400; 500 кДж/кг - энтальпия; 1,0; 0,5 кДж/кг-К - энтропия;
25, 50, 100 К - температура.
Следующим этапом студент, используя таблицы перегретого пара, строит
кривые двух изобар (р и р ) и двух изотерм (t и t ). Эти изобары и изотермы
следует строить в пределах своего графика. При построении заполняют
табл. 1.9.
• Далее студент изображает в этих же диаграммах процесс нагрева от t до
t по изобаре p , определяет энтальпию и энтропию в начальной и конечной
точках; а также определяет и изображает количество теплоты в результате
этого процесса, теплоту нагрева воды, теплоту парообразования и теплоту
перегрева пара, имея в виду, что
(1.52)
(1.53)
(1.54)
(1.55)
2
4
н2
н4
a
c
4
26
Рис. 1.10. Построение диаграммы водяного пара Its и процессов а-с, c-d, е-т
Таблица 1.9
На следующем этапе студент изображает обратимый адиабатный процесс
расширения пара в тех же двух диаграммах от точки с до точки d, в которой
давление равно р , определяет параметры в конце этого процесса (температуру,
степень сухости, энтальпию). Определяет и изображает на обеих диаграммах
количество располагаемой работы, полученной в результате осуществления
процесса, имея в виду, что l' = -(h -h ).
1
cd
d
c
27
Рис. 1.11. Построение диаграммы водяного пара Ts и процессов а-с, c-d
Затем студент изображает в диаграмме hs процесс дросселирования е-т
из точки е с давлением 300 ата и температурой 400 °С до давлений р', р , р , р",
Р и дает таблицу значений степени сухости и температуры в конечных точках.
4
3
2
Контрольные вопросы
1. Какой пар называется насыщенным, перегретым?
2. Что такое влажный насыщенный пар, сухой насыщенный пар?
3. Что такое степень сухости?
4. На что расходуется подводимая теплота при парообразовании?
5. Как изображается процесс парообразования (р = const) в диаграммах pv
и T-sl
6. Как определяются параметры влажного пара и воды с помощью
диаграммы h-sl
7. Как определяются параметры влажного пара с помощью таблиц?.
8. В чем заключается удобство диаграмм h-sl
9. Каков характер изотерм, изохор, изобар в координатах T-s, h-s, p-vl
10. Как исследовать процесс дросселирования с помощью диаграммы h-sl
28
2. РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
Общие требования к выполнению и оформлению
расчетно-графических работ
Работа выполняется на листах формата 210x297. Графический материал
вычерчивают на миллиметровой бумаге того же формата. Текст пояснительной
записки пишется с одной стороны листа, на листе располагается рамка
с полями: слева - 20 мм, остальные - 5 мм, текст размещается внутри указанной
рамки с полями от края листа: слева - 30 мм, сверху и снизу - 20 мм, справа 10 мм. Пояснительная записка должна быть переплетена.
В начале пояснительной записки приводится текст задания с указанием
всех численных величин. В расчетной части работы следует приводить
следующее:
- основную используемую расчетную формулу;
- подстановку численных величин в эту формулу;
- окончательный числовой результат с указанием единицы измерения;
- необходимые пояснения к расчету.
В сводных таблицах должны быть указаны заданные величины и все
величины, которые требуется определить в соответствии с заданием. Расчеты
следует выполнять в единицах СИ.
Расчетно-графическая работа № 1.
«Расчет и анализ газового цикла»
1.1. Исходные данные для расчета и задание
Каждый студент по номеру своего варианта из табл. П5 (см. приложение)
выписывает состав газовой смеси, масса смеси - 1 кг.
В процессе работы теплового двигателя эта газовая смесь совершает
цикл, начинающийся в точке 1 с параметрами р = 760 мм рт. ст., t = 20 °С
и состоящий из пяти процессов:
- адиабатный 1-2 (р2 =10 ат);
- изохорный 2-3 (рЗ = 14 бар);
- изотермический 3-4 (v4/vl = 0,8);
- политропный (v5/vl = 1,5);
- изобарный 5-1.
При выполнении расчетно-графической работы (РГР) требуется:
1. Определить значения параметров (р, v, Т, и, h и s) в характерных точках
цикла 1, 2, 3, 4 и 5, заполнить табл. 2.1;
2. Рассчитать характеристики процессов, составляющих цикл (q, l, l', Дм,
Ah и As), а также характеристики цикла и заполнить итоговую табл. 2.2;
1
1
v
29
3. Построить цикл в координатах pv и Ts (с соблюдением масштабов),
показать q и Г для процессов.'
4. Определить термический КПД цикла
5. Оформить отчет и подготовиться к защите.
При расчетах считать газовую смесь идеальным газом, все процессы обратимыми, а теплоемкость - постоянной величиной, не зависящей от
температуры. Все расчеты проводить для 1 кг рабочего тела (смеси).
Таблица 2.1
Киломольные теплоемк ости газов
Таблица 2.2
Параметры и функ ции состояния рабочего тела
в харак терных точк ах цик ла
№
p,
точки Па (кПа)
т,
К
v,
м /кг
3
1
2
3
4
5
и,
кДж/кг
h,
кДж/кг
s
кДж/кг-К
-
В начале работы определяют для заданной смеси молекулярную массу
и R . Далее, используя данные табл. 2.1, находят
и газовую постоянную теплоемкость с и c , а также показатель адиабаты к. Значения с и c проверяют
по уравнению Майера.
Затем, используя уравнения Клапейрона и термодинамических процессов,
определяют в характерных точках цикла 1, 2, 3, 4 и 5 основные параметры
р, v и T, а также функции состояния и (внутреннюю энергию), h (энтальпию)
и s (энтропию). Результаты расчетов сводят в табл. 2.2.
Следующим
этапом
работы
является
определение
основных
характеристик процессов цикла: q (количества теплоты), l (работы изменения
объема), l' (технической работы) и изменений функций состояния Δи, Δh и Δs.
Результаты расчетов сводят в табл. 2.3. Далее находят q , l и Т для всего
цикла, суммируя в табл. 2.3. значения по графам 2, 3 и 4. Для проверки нужно
провести суммирование и в графах 5, 6 и 7.
CM
р
v
р
ц
30
ц
v
ц
Таблица 2.3
Основные характеристики процессов цикла
Далее необходимо построить цикл в координатах p-v и T-s
(с соблюдением масштабов), изобразив q и l' для процессов, образующих цикл.
В заключение работы определяется термический КПД цикла
где l - р а б о т а цикла, кДж/кг; q
- теплота, подводимая к рабочему телу
в цикле, кДж/кг.
Для нахождения q
необходимо из графы 2 табл. 2.3 выбрать
положительные значения и сложить их.
Н
noдe
noдe
Расчетно-графическая работа № 2.
«Расчет и анализ пароводяного цикла»
2.1. Исходные данные для расчета и задание
При выполнении РГР требуется:
1. Изучить
схему
простейшей
конденсационной
паротурбинной
электростанции (рис. 2.1) и сущность процессов, происходящих с рабочим
телом и составляющих цикл станции (рис. 2.2). Схему электростанции
представить в отчете с указанием основных элементов и параметров
в характерных точках цикла;
2. С помощью таблиц и диаграммы hs водяного пара определить
параметры p, v, Т, h и s в характерных точках цикла, заполнить табл. 2.4;
3. Построить цикл в координатах h-s (в масштабе);
4. С помощью рекомендуемой литературы изучить сущность
, N™ ,
yp
такжет\ г,;, Л*, Л , , Л , Л™, Л™, <Г, лГ
К>
*Г , " » N , а атакже
и рассчитать эти величины с помощью формул, приведенных в п. 2.2;
5. Оформить отчет.
ас
Р
N
a c
3
п
31
г
D
Рис. 2.1. Схема простейшей конденсационной паротурбинной электростанции:
КА - котельный агрегат; СК - собственно котел; ПП - пароперегреватель; ВЭ - водяной
экономайзер; РК - регулирующий клапан; Т - турбина; ЭГ - электрический генератор;
К - конденсатор; ПБ - питательный бак; ПН - питательный насос; D - расход пара
Исходные данные для расчета и анализа пароводяного цикла получают
в соответствии с номером п своего варианта, который определяется по формуле
п = 20п + п , где п - номер группы (1, 2, 3, 4), п - номер студента по списку
группы.
Давление и температура пара перед регулирующим клапаном турбины
гр
ст
гр
ст
Давление пара перед турбиной (после дросселирования в регулирующем
клапане)
Давление в котельном агрегате
Температура пара на выходе из котельного агрегата
Давление воды на выходе из питательного насоса
Температура циркуляционной воды на входе и выходе из конденсатора
соответственно равна (°С)
Температура конденсации пара в конденсаторе
32
Относительный внутренний КПД турбины и питательного насоса
= 0,800 - 0,002и.
= 0,860 - 0,002и;
Паропроизводительность котельного агрегата
D= 1500- 10п, т/час.
Рис. 2.2. Упрощенное изображение конденсационного цикла в диаграмме h-s.
Таблица 2.4
Параметры в характерных точках цикла
33
Располагаемые мощности турбины
кВт, насоса
и цикла
определяются по формулам:
Внутренние (индикаторные) мощности турбины, насоса и цикла, кВт
КПД теплового потока, учитывающий потери теплоты на пути пара от
котельного агрегата до турбины
Коэффициент собственных нужд, учитывающий затраты энергии
(теплоты) на собственные нужды электростанции (в нашем идеальном случае
это затраты на привод питательного насоса)
"
Цс
h -h
0
Н™ +Н '
УР
2
КМ
Термический КПД цикла определяется из выражения
Внутренний (индикаторный) КПД цикла
Относительный внутренний КПД цикла
Проверка:
Электрическая мощность генератора
где
= 0,98 - механический КПД турбины;
34
= 0,97- КПД генератора
2.3. Методические указания
Для выполнения расчетно-графической работы № 2 необходимы таблицы
и диаграмма h-s водяного пара, обычно прилагаемая к таблицам [6, 7]. Книга
таблиц содержит таблицы двух видов: таблицы насыщенного пара (ТНП)
и таблицы перегретого пара (ТПП).
Работу начинают с вычисления исходных данных. Затем определяются
параметры р, v, Т, h и s в характерных точках цикла Ко, О, 0' и т. д., заполняя
табл. 2.4. Параметры в точках Ко и 0 находят с помощью ТПП (при
необходимости значения р и t округляют). Температуру и энтропию в точке О'
определяют по h-s диаграмме или ТПП из условия h = ho (рис. 2.2). Далее,
зная температуру конденсации пара t , по ТНП определяют давление
конденсации p , энтальпию h и энтропию s (h = h', s - s' при давлении p ).
Энтальпию h
в точке K находят по диаграмме h-s из условия
0
SK
SK
2
K
2
2
2
SK
t
s > = s (рис. 2.2). Аналогично определяется энтальпия h , но используются
0
K{
n
ТПП и условия s -s , р„ = p
n
2
KOm
и v - v . Энтальпию в точках К и п находят
n
2
В точке К энтропию и удельный объем находят с помощью диаграммы h-s,
а в точке п с помощью ТПП (для воды при давлении р ). Параметры точек I
и II находятся по ТНП: h', s' и h", s" при давлении р . Следует иметь в виду,
что если р > р , то изобара р не пересекает пограничные линии и точки I
я II в цикле отсутствуют (вся изобара р
находится в области воды
и перегретого пара).
Далее необходимо построить цикл в координатах h-s (в масштабе). Для
этого сначала наносится критическая точка К , а затем верхняя и нижняя
пограничные линии. Для этого надо задаться 3-4 произвольными давлениями
и с помощью ТНП выписать значения h', s' и h", s" для этих давлений (на
рис. 2.2 - точки А и В, например). Затем строятся изобары р и p , которые
в области насыщенного пара имеют вид прямых линий. При необходимости
в области перегретого пара наносят промежуточные точки, координаты h, s
которых определяют по ТПП, задаваясь температурами. В заключении наносят
характерные точки цикла по данным таблицы и теплоперепады (т. е. разности
энтальпий) Н , H и т. д. в соответствии с рис. 2.2. Рекомендуемые масштабы
для построения цикла: в 1 см 200 кДж/кг (энтальпия) и 0,5 кДж/(кгК)
(энтропия).
В заключении работы следует рассчитать мощности и коэффициенты
(п. 2.2) для заданной энергетической установки.
кот
кот
кот
кр
кот
кот
р
кот
о
1
35
sk
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица П. 1
Соотношения между единицами давления
Величина
Н/м =Па
бар
2
ат
1 Н/м = Па
1 бар
1
1 ат
1 атм
98,0665-10
1 мм рт. ст.
133,33
133,33-10
1 мм вод. ст.
9,80665
9,80665-10
2
10
10
1,013-10
атм
-5
9,87-10
-6
мм рт. ст.
мм вод. ст.
7,5-10
0,102
-3
1
1,02
0,987
750
1,02-10
0,980665
1
0,968
735,6
10
1,013
1,0332
1
760
1,0332-10
5
3
1,02-10
-5
5
1,36-10
-5
10
-5
-3
1,31-10
0,968-10
-4
1
-3
-4
4
4
4
13,6
7,356-10
1
-2
Таблица П.2
Физические параметры сухого воздуха
(при Ратм 760 ММ рт. СТ.)
=
t,
°с
Ср,
кДж/(кгК)
v*lO ,
м /с
Р,
кг/м
0
10
20
30
40
50
60
70
1,005
1,005
1,005
1,005
1,005
1,005
1,005
1,009
13,28
14,16
15,06
16,00
16,96
17,95
18,97
20,02
1,293
1,247
1,205
1,165
1,128
1,093
1,060
1,029
6
2
3
t,
°С
Ср,
кДж/(кгК)
v*10 ,
м /с
Р,
кг/м
80
90
100
120
140
160
180
200
1,009
1,009
1,009
1,009
1,013
1,017
1,022
1,026
21,09
22,10
23,13
25,45
27,80 '
30,09
32,49
34,85
1,000
0,972
0,946
0,898
0,854
0,815
0,779
0,746
6
2
3
Таблица П.З
Теплоемкость воды (по кривой насыщения)
t,°C
с , кДж/(кг-К)
t,°C
с , кДж/(кг-К)
t,°С
с , кДж/(кг-К)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
4,2370
4,2345
15
16
17
18
19
20
30
40
50
51
52
53
54
55
56
4,2090
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
4,2025
р
4,2320
4,2295
4,2270
4,2245
4,2220
4,2195
4,2170
4,2155
4,2120
4,2115
4,2110
4,2105
4,2100
р
4,2080
4,2070
4,2060
4,2050
4,2040
4,1990
4,1990
4,1990
4,1995
4,2000
4,2005
4,2010
4,2015
4,2020
36
р
4,2030
4,2035
4,2040
4,2045
4,2055
4,2050
4,2060
4,2070
4,2080
4,2090
4,2100
4,2110
4,2120
Таблица П. 4
Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры
Давление
насыщенного
пара />„.„, кгс/см
Температура
Давление
насыщенного
пара рн.л, кгс/см
насыщения, °С
2
99,09
101,76
104,25
106,56
108,74
110,79
112,73
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
Температура
насыщения, °С
2
114,57
116,33
118,01
119,62
121,16
122,65
124,08
1,7
1,8
1,9
2,0
2Д
2,2
2,3
Таблица П. 5
Варианты составов смеси для выполнения
расчетно-графической работы №1
Проценты по объему
М
вар
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
N
2
10
10
о
н
90
80
20
20
70
2
2
со
2
10
20
10
70
80
20
10
10
10
20
40
50
50
30
50
20
45
70
10
40
so
2
20
80
80
25
50
но
2
70
20
-25
30
55
45
70
55
30
10
30
60
30
30
60
60
40
40
5
Проценты по массе
25
40
60
60
40
70
70
5
25
80
10
10
20
37
№
вар
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
N
2
20
70
10
о
н
10
90
80
К)
2
20
10
80
80
20
90
10
10
90
25
15
2
25
40
15
со
2
so
но
70
20
20
20
20
10
10
60
70
80
10
10
50
25
25 '
60
40
2
50
60
70
30
30
70
25
75
30
60
10
40
70
10
45
75
25
60
10
30
10
10
80
45
10
2
50
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача / В. В.
Нащокин. - М.: Высшая школа, 1980. - 468 с.
2. Кириллин В. А. Техническая термодинамика / В. А. Кириллин, В. В.
Сычев, А. Е. Шейндлин. - М: Энергия, 1968. - 472 с.
3. Лариков Н. Н. Общая теплотехника: учеб. пособие для вузов / Н. Н.
Лариков. - изд. 2-е, перераб. и доп. - М. : Стройиздат, 1975. - 559 с.
4. Дрыжаков Е. В. Техническая термодинамика / Е. В. Дрыжаков и др. М.: Высшая школа, 1981. - 450 с.
5. Кушнырев В. И. Техническая термодинамика / В. И. Кушнырев и др. М.: Стройиздат, 1986. - 462 с.
6. Ривкин С. Л. Термодинамические свойства воды и водяного пара /
С. Л. Ривкин, а. А. Александров. - М.: Энергия, 1980. - 423 с.
7. Александров А. А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного
пара: справочник: рек. Гос. службой стандартных справочных данных. ГСССД
Р-776-98 / А. А. Александров, Б. А. Григорьев. - М.: Издательство МЭИ, 1999.
-168 с.
8. Ротова М. А. Техническая термодинамика: методические указания и
контрольные вопросы / М. А. Ротова. - Ульяновск: УлГТУ, 2000.
9. Жуховицкий Д. Л. Термодинамика и теплопередача: лабораторный
практикум / Д. Л. Жуховицкий. - Ульяновск: УлГТУ, 2000.
10. Свидетельство № 2006610537 о регистрации программы для ЭВМ.
Мультимедийный обучающий комплекс «Исследование термодинамических
процессов идеального газа» / П. Б. Пазушкин, А. Ф. Арефьев: Официальный
бюллетень «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топология интегральных
микросхем» / Российское агентство по патентам и товарным знакам, 2006.
38
Учебное издание
Техническая термодинамика
Методические указания к выполнению лабораторных и расчетно-графических работ
Составители: ПАЗУШКИН Павел Борисович,
РОТОВА Марина Александровна
Редактор О. С. Бычкова
Подписано в печать 26.12.2006. Формат 60^84/16. Бумага офсетная.
Усл. печ. л. 2,21. Тираж 100 экз. Заказ Ц JQ
Ульяновский государственный технический университет
432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32.
Типография УлГТУ, 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32.
Для заметок