Физика. Примеры решения задач контрольной работы

Примеры решения задач по физике
Кинематика
Движение материальной точки
Основное уравнение динамики
Законы сохранения импульса и энергии
Динамика вращательного движения
Механические колебания
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ
МОЛЕКУЛЯРНАЯ  ФИЗИКА
Механика
Молекулярная физика и термодинамика
Электричество
Электромагнетизм
Атомная и ядерная физика
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ
Термодинамические процессы
Описание теплопроводности
Теплоотдача в жидкостях и газах
Теплоотдача при фазовых переходах
Тепловое излучение
Теплообменные аппараты
  Кинематика поступательного движения
Электростатика

 

Пример 11. Определить состояние и калорические параметры водяного пара при  и .

 При заданном давлении по таблицам насыщения находим , т.е. . Следовательно, пар перегретый. По таблицам перегретого пара:

 Внутренняя энергия пара

 По  - диаграмме (Рисунок А2):

 Таким образом расчеты по  - диаграмме менее точны по сравнению с табличными данными. По этой причине рабочую часть  - диаграммы строят в сравнительно большом масштабе.

 Парогазовые смеси (влажный воздух). Парогазовые смеси – это смеси газов с парами, которые при определенных условиях легко конденсируются, например атмосферный воздух, в котором всегда находятся пары воды. Влажным воздухом называют смесь сухого воздуха с водяным паром. Пар обычно находится под небольшим парциальным давлением в перегретом состоянии, и поэтому влажный воздух можно рассматривать как смесь идеальных газов. Согласно закону Дальтона, давление влажного воздуха представляет собой сумму парциальных давлений сухого воздуха Рсв и водяного пара Рп, т.е.

  (67)

 Если при неизменной температуре t воздуха увеличивать количество водяного пара, то его парциальное давление будет возрастать до давления насыщения Рн, соответствующего этой температуре; пар станет сухим насыщенным. Смесь сухого воздуха с сухим насыщенным паром называется насыщенным влажным воздухом. Процесс дальнейшего увеличения количества водяного пара при t=const будет сопровождаться частичной конденсацией пара. Процесс насыщения может происходить и за счет охлаждения

насыщенного влажного воздуха, когда его температура станет равной температуре насыщения, соответствующей парциальному давлению пара Рп. Температура, до которой необходимо охладить сжатый воздух при постоянном давлении, чтобы он стал насыщенным, называется температурой точки росы tp.

 О составе влажного воздуха судят по его влажности. Отношение парциального давления  воздуха к давлению насыщения  при его температуре t называют относительной влажностью (%), т.е. .

 Масса водяного пара, приходящаяся на 1кг сухого воздуха, называется влагосодержанием

 . (68)

 Плотность влажного воздуха, кг/м3

 . (69)

 Энтальпию сухого воздуха относят к 1кг сухого воздуха и определяют как сумму энтальпий 1кг сухого воздуха и d кг водяного пара ():

 . (70)

Для температур и давлений, применяемых в сушильной и вакуумной технике, в системах кондиционирования и др., можно считать теплоемкость сухого воздуха , а для перегретого водяного пара .

 Определение параметров и расчет процессов влажного воздуха удобно проводить с помощью -диаграммы (рис.А1). Состояние влажного воздуха (точка А) можно определить по каким либо двум параметрам , после чего – найти энтальпию  и влагосодержание d. Для этого же состояния можно найти и температуру точки росы: из точки А проводят вертикаль  до пересечения с линией  и определяют изотерму . Процесс нагревания воздуха соответствует вертикальной линии  (линия АВ).

 Процесс охлаждения воздуха (линия CD, CE, или CF) сопровождается повышением степени его насыщения: в точке Е на линии  достигается полное насыщение воздуха (). Дальнейшее охлаждение воздуха ниже точки росы (линия EF) приводит к осушению влажного воздуха. При этом количество сконденсированной влаги будет определяться разностью влагосодержания в точках E и F.

 Процесс адиабатного увлажнения (насыщения) воздуха при испарении влаги, имеющей температуру , протекает без внешнего теплообмена, т.е. адиабатно. В этом процессе влагосодержание d увеличивается, а температура воздуха снижается, так что энтальпия I остается неизменной, т.к. часть ее, затрачиваемая на испарение влаги, возвращается обратно во влажный воздух с паром. Следовательно, процесс адиабатного увлажнения при условии при испарении влаги с температурой   протекает при условии   (процесс СК; в точке К достигается полное насыщение воздуха). Температура насыщенного воздуха в точке К называется температурой адиабатного насыщения  (или температурой мокрого термометра ). Если температура испаряющейся влаги , то процесс адиабатного насыщения протекает не по линии , а по линии , которая располагается более полого.

 Подмешивание воды к влажному воздуху в стационарном потоке приводит к следующим балансовым уравнениям:

 , (71)

 , (72)

где  − расход сухого воздуха, кг/с;  − массовый расход воды, кг/с;  − энтальпии влажного воздуха в процессе адиабатного насыщения 12, ;  − энтальпия влаги, (определяется по таблице насыщения А4:  или .

 Из уравнений (71) и (72) следует, что влагосодержание возрастает на величину

 , (73)

а энтальпия повышается на величину

 . (74)

 При  и  процесс адиабатного насыщения протекает при условии .

 Пример 12. В конвективной сушилке атмосферный воздух с температурой  и  подогревается в калорифере до температуры  и поступает в сушильную камеру, откуда выходит с температурой . Температура влажного материала, подаваемого в сушильную камеру . Определить конечное влагосодержание воздуха, расход теплоты и воздуха на 1кг испаренной влаги.

 Находим начальное состояние воздуха по -диаграмме: ,  

 Состояние воздуха после подогрева: .

 Пренебрегая вкладом энтальпии влаги  в материале, т.е. считая, что , находим точку 3 в конце адиабатного насыщения при условии  и : , , .

 Таким образом, на 1кг с.в. испаряется влаги  На испарение 1кг влаги потребуется

 Расход теплоты в калорифере: на 1кг с.в.  Расход теплоты на 1кг испаренной влаги

 С учетом энтальпии влаги (при  ) линия адиабатного насыщения более пологая (см. формулы (72), (73)).

 Состояние влажного воздуха в точке 3 при : , ,

 Численное значение соответствующих параметров: , , ,

 За счет неучета энтальпии влаги расход тепла на сушилку завышен примерно на 10%.

На главную