Тепловые явления
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
м. рис.). - S диаграмма широко используется при исследовании термодинамических процессов и циклов, так как позволяет видеть изменения температуры рабочего тела и находить количество тепла в процессе. Недостатком данной диаграммы является то, что при определении количества теплоты приходится измерять соответствующие площади.
Достоинством h - S диаграммы является то, что техническая работа и количество тепла в процессах, изображаются отрезками линий.
Согласно объединённому уравнению первого и второго законов термодинамики:
Рис.
В расчетах состояний вещества и процессов в области влажного пара с помощью таблиц (см. таблицу №4 приложения) используются формулы вида:
Более простым и наглядным, но менее точным, является графический метод расчета процессов по h - S диаграмме, как в области насыщенных, так и в области перегретых паров.
Процессы движения газа, происходящие в различных теплосиловых установках, связаны с преобразованием энергии в газовом потоке.
Уравнение первого закона термодинамики для газового потока при отсутствии сил тяжести и сил трения в газе примет вид:
При адиабатном течении газа (?q = 0) уравнение после интегрирования будет:
Из сравнения уравнений и следует, что для обратимого процесса течение газа:
Равенство показывает, что при движении рабочего тела по каналу знаки dw и dp противоположны. Если dP > 0, то газ сжимается, а его скорость будет уменьшаться dw 0, то такие устройства (каналы) называются соплами. Из уравнения при условии, что w1 << w2, можно определить скорость на выходе из канала:
Некоторые качественные заключения могут быть сделаны на основании анализа уравнений массового расхода и скорости при стационарном течении газа:
? = Gv = Fw = const.
Так, для получения максимального расхода газа G, необходимо в уравнение подставить значение располагаемой работы для идеального газа и найти экстремум, в результате чего получается соотношение, называемое критическим и его значение зависит только от свойств газа, и для двухатомных газов оно равно:
Оно показывает, что в суживающемся канале давление газа на выходе не может быть меньше, чем P2 ? 0,53P1, а из этого следует, что скорость газа будет критической, равной местной скорости звука.
Скорость потока газа может быть больше скорости звука (сверхзвуковой) при условии, что P2 < 0,53P1, если канал будет комбинированный (Сопло Ловаля), состоящий из суживающейся и расширяющейся частей. В суживающейся части канала поток газа движется с дозвуковой скоростью, в узком сечении скорость равна местной скорости звука и в расширяющейся части она становится сверхзвуковой.
Расчет процесса истечения паров производят, используя h - S диаграмму. Дросселированием (или мятием) называется необратимый процесс при ?q = 0, в котором давление уменьшается при прохождении газа через суживающееся отверстие, а полезной работы не производится. Уравнение процесса дросселирования получается из уравнения (8.4) при условии w1 = w2, тогда h1 = h2. В процессе дросселирования всегда dP 0 что следует из анализа уравнения для эффекта Джоуля - Томсона:
и это явление широко используется в холодильной технике.
Задача
В помещении компрессорной станции объемом V произошла разгерметизация трубопровода, по которому транспортируется горючий газ под давлением P1 при температуре Т1. через образовавшееся в трубопроводе сквозное отверстие площадью f газ выходит в помещение. Рассчитать, через какое время ? во всем объеме компрессорной станции может образоваться взрывоопасная смесь, а также среднюю молекулярную массу, плотность, удельный объем и изобарную удельную массовую теплоемкость смеси, если ее температура Т = 293 К, а давление Р = 100 кПа. Коэффициент расхода отверстия ? = 0,7. воздухообмен не учитывается. Рассчитаем время образования взрывоопасной концентрации по формуле:
? = М1/G1,
где М1 - масса газа в помещении при концентрации, равной нижнему концентрационному пределу воспламенения (НКПВ), кг;
G1 - расход газа через отверстие в трубопроводе, кг/с
? =3\1,61
? = 1,863
Из уравнения состояния:
М1 = pr1V/R1T
Здесь p, V, T - соответственно, давление, объем и температура смеси (данные по условию); r1 - значение НКПВ газа в объемных долях; R1 = 8314/?1 - газовая постоянная, Дж/(кг*К); ?1 = молекулярная масса газа.
М1 = 1,0* 3*40\296,3*293= 0,0014
G1 = ?fv2kp21[(p/p?)2/k - (p/p1)(k+1)/k]/(k-1)R1T1
если
p/p1 > ? = [2/(k+1)]k/(k-1)
G1 = ?fvkp21[2/(k+1)](k+1)/(k-1)/R1T1
если
p/p1 ? = [2/(k+1)]k/(k-1)
где , k - показатель адиабаты G1= 0,86
Тогда молекулярная масса смеси будет равна :
?см = r? + r1?1,
где ? - молекулярная масса воздуха;
r = 1- r1 - объемная доля воздуха в смеси
?см=28,995
Удельная газовая постоянная смеси будет равна:
Rсм = 8314\28,995=286,73
Плотность смеси:
?см = p/RсмT
?см=0,011
Удельный объем смеси
?см = RсмT/p
?см =286,73*293\100=838,59
Изобарная теплоемкость смеси
Сpсм = Cpg - Cp1g1
где Cp и Cp1 - соответственно, массовая удельная теплоемкость воздуха и газа, Дж/(кг*?/p>