Введение. Большинство газов, применяемых в технике, содержит пары тех или иных жидкостей

Большинство газов, применяемых в технике, содержит пары тех или иных жидкостей. Наиболее распространенными являются смесь воздуха или какого-либо другого газа с водяным паром, смесь воздуха с парами бензина, керосина и т. п.

Смесь, состоящая из сухого газа и перегретого пара, называется ненасыщенным влажным газом, а смесь из сухого газа и насыщенного пара – насыщенным влажным газом.

При охлаждении влажного газа до определенной температуры (температуры точки росы) пар становится насыщенным, а в дальнейшем может и сконденсироваться.

Состояние парогазовой смеси определяется сравнительно узким диапазоном температуры и давления. Значительное повышение температуры или понижение давления приводит к тому, что влажный газ превращается в простую газовую смесь.

Полагая, что перегретый пар любой жидкости, входящий в состав влажного газа, приближается по своим свойствам к газам, можно рассматривать влажный газ как газовую смесь.

По закону Дальтона давление смеси идеальных газов рравно сумме парциальных давлений

, (11.43)

где p_v— парциальное давление сухого газа;

р_п– парциальное давление пара.

Равным образом можно записать

(11.44)

Равенство (11.44) показывает, что плотность влажного газа выше плотности сухого тогда, когда давление влажного газа по уравнению (11.43) выше сухого.

Относительная влажность j, определяет степень насыщения газа паром

, (11.45)

где р_п и р_н — плотности перегретого и насыщенного пара;

и — соответствующие парциальные давления.

Соотношение (11.45) справедливо только тогда, когда можно считать, что пар жидкости является идеальным газом вплоть до состояния насыщения. При этом

; ,

где R_п = R_н— газовая постоянная пара;

Абсолютная влажность D определяет массу пара, содержащегося в 1 м³газа,

кг/м³_.

Влагосодержание d— это масса пара, содержащегося в 1 кгсухого газа,

или, определяя р_п и р_г из уравнения состояния, получим

(11.46)

Рассматривая влажный газ как газовую смесь, выведем соотношения, связывающие параметры влажного газа. Пусть состояние, влажного газа определяется его давлением р, температурой t, плотностью r и относительной влажностью j. По таблицам сухого насыщенного пара определяем для данной температуры значения r_н и р_н.

Плотность пара в смеси по уравнению (11.45) равна

,

а плотность сухого газа

(11.47)

Парциальное давление сухого газа можно определить из уравнения состояния

.

Парциальное давление пара в смеси

.

Если заданы для влажного газа р, t, , а плотность его неизвестна, то, найдя по таблицам насыщенного пара р_ни для данной температуры, определим

.

Парциальные давления пара и сухого газа вычислим по формулам

, .

Плотность сухого газа найдем из уравнения состояния

, (11.48)

а плотность влажного газа вычислим по формуле (11.44).

Влагосодержание на 1 м³ и на 1 кг сухого газа определяют по формулам:

; . (11.49)

Если газ насыщен паром, то j = 1 и

, . (11.50)

Массовые доли сухого газа и пара во влажном газе соответственно равны:

(11.51)

Используя выражение газовой постоянной для смеси газов, получим

(11.52)

Теплоемкость влажного газа можно определить, зная массовый состав его и теплоемкости сухого газа и пара,

(11.53)

Так же, как и теплоемкость, энтальпия влажного газа равна сумме энтальпий сухого газа и пара. Следовательно,

(11.54)

Энтальпия 1 кг сухого газа

.

Энтальпия водяного пара, который находится в перегретом состоянии, определяется по формуле

, (11.55)

где i₀+ct_н – энтальпия сухого насыщенного пара в газе;

t_н– температура кипения при определенном парциальном давлении);

с_рт– средняя теплоемкость перегретого пара.

Для водяного пара i_п может быть взята из таблиц водяного пара. Таким образом, энтальпия влажного насыщенного пара равна

. (11.56)

Тепловые процессы парогазовой смеси имеют ряд особенностей, их можно разделить на:

- процессы, идущие без фазовых превращений, в этом случае относительная влажность j < 1, пар в смеси находится в перегретом состоянии и только в крайнем случае достигает состояния насыщения j = 1;

- процессы, идущие с фазовыми превращениями; насыщенный пар при дальнейшем протекании процесса начнет конденсироваться, при этом j остается равной единице.

Процессы, идущие при наличии фазового перехода, сильно усложняют математическое описание этих процессов и требуют специальной методики расчета.

11.4 i–s-диаграмма влажного воздуха

Для проведения расчетов, связанных с влажным воздухом, пользуютсяi – d-диаграммой, предложенной Рамзиным. На диаграмме по оси ординат откладываются значения энтальпии влажного воздуха из расчета на 1 кг сухого газа, а по оси абсцисс – влагосодержание в граммах на 1 кгсухого воздуха. Диаграмма построена только для давления 745 мм. рт. ст.В основном диаграмма служит для определения параметров процесса во время сушки.

Рассмотрим i-s-диаграммудля влажного воздуха. С помощью этой диаграммы можно определить состояние как влажного насыщенного, так и ненасыщенного воздуха, т. е. для процессов, идущих с любыми значениями относительной влажности.

В этой диаграмме (рисунок 11.10) по оси ординат откладывается энтальпия насыщенного воздуха

, (11.57)

где с_рв – теплоемкость сухого воздуха;

— энтальпия сухого насыщенного пара при температуре t;

а по оси абсцисс – энтропия паровоздушной смеси

,(11.58)

где с_рп— теплоемкость сухого насыщенного пара;

р_ви р_п— соответ­ственно парциальные давления сухого воздуха и пара;

р_0ви р_0п—начальные давления сухого воздуха и пара;

s_0ви s_0п— началь­ные энтропии сухого воздуха и пара.

На диаграмме наносятся изобары (р₁ > р₂ > р₃и т. д.), изохоры (u₁ > u₂ > u₃и т. д.), изотермы (t₁ < t₂ < t₃и т. д.) и линии постоянного влагосодержания (d₁ < d₂ < d₃ и т. д.).

Несмотря на то, что диаграмма построена для насыщенного влажного воздуха, по ней можно определить и параметры ненасыщенного влажного воздуха.

Для этого должно быть заменено отношением

(11.59)

где р– действительное давление влажного воздуха;

– условное давление, при котором влажный воздух заданного влагосодержания (d = const) становится насыщенным в изотермическом процессе сжатия.

При такой замене давление р'определяется изобарой, проходящей через данную точку диаграммы, для которой известно действительное значение давления р. Зная действительное давление влажного воздуха, можно определить значение по формуле (11.59).

Объем влажного воздуха может быть определен из следующих соотношений:

, (11.60)

откуда

.

На i – s-диаграмме в связи с тем, что изобары насыщенного воздуха в данной точке не соответствуют действительному давлению, энтропия в этой точке не будет соответствовать действительному значению энтропии. Для определения энтропии ненасыщенного воздуха на i-s-диаграмме проведены кривые . Действительное значение энтропии влажного воздуха равно

, (11.61)

где s' - значение энтропии в данной точке;

Ds – поправка к действительному значению энтропии.

Погрешность расчетов для ненасыщенного воздуха не превышает 4 — 5%.

Диаграмма i – s позволяет производить расчеты процессов, связанных с расширением и сжатием влажного воздуха, увлажнением его, с впрыском в камеру сгорания или компрессор двигателя и т. п.

Введение

В настоящее время подавляющая часть электроэнергии производится на тепловых электростанциях при помощи паротурбинных установок с использованием водяного пара.

Принципиальная схема паротурбинной установки показана на рисунке 13.1. Её работа осуществляется следующим образом.