Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Транспортная энергетика (хладотранспорт) Минимаркер Тепловые диаграммы (энтропийная и энтальпийная)

Тепловые диаграммы (энтропийная и энтальпийная)

Страница 4 из 13

Адиабатический процесс сжатия или расширения пара (газа) происходит без теплообмена с внешней средой, то есть без притока тепла извне и без отдачи его наружу. Процесс протекает так быстро, что не может происходить выравнивание температур. Такой процесс может быть, например, при сжатии или расширении паров хладагента в цилиндре компрессора, стенки которого идеально изолированы.

При адиабатическом расширении пар (газ) совершает работу за счет внутренней тепловой энергии и поэтому одновременно с понижением давления будет уменьшаться его температура. При адиабатическом сжатии вместе с увеличением давления будет повышаться температура пара (газа) и его внутренняя тепловая энергия за счет работы, совершенной внешними силами. В обоих случаях один из параметров состояния пара (газа) остается постоянным. Таким параметром является энтропия, которой пользуются как одной из осей координат. Чтобы дать энтропии рабочего тела определенное числовое значение, мы должны начать отсчет от некоторого произвольного состояния, при котором энтропия тела принимается равной нулю. В дальнейшем нас будет интересовать лишь изменение энтропии, так как ее нулевое значение выбирается исключительно из соображения удобства пользования диаграммой.

В качестве примера, в котором использована энтропия, можно привести изменение состояния, претерпеваемого рабочим телом в обратном цикле Карно. Все четыре процесса данного цикла обратимы, то есть они могут быть проведены в обратном направлении через все промежуточные состояния прямых процессов. Все действительные процессы перехода тепла в реальных холодильных машинах не являются вполне обратимыми.

Наряду с энтропией большое значение при расчетах холодильных машин имеет энтальпия (теплосодержание) i, то есть количество энергии (тепла и механической работы), которое должно быть подведено к телу, чтобы перевести его из начального состояния в заданное. Эта величина определяется по формуле

i = U + L.

Из этого уравнения видно, что энтальпия равна сумме внутренней энергии U и внешней работы L, которая была бы произведена, если бы рабочее тело расширялось от нулевого объема до действительного V при постоянном давлении р. Так как объем, давление и внутренняя энергия являются функциями заданного состояния, то теплосодержание i можно считать функцией этого состояния.

Для определения параметров хладагента при расчетах циклов холодильных машин пользуются тепловыми диаграммами и таблицами, составленными на основании опытов и расчетов. Тепловые диаграммы (энтропийная и энтальпийная) представляют собой совокупность свойства кривых, выражающих термодинамические процессы, и позволяют весьма просто находить значения параметров в любой точке рассматриваемого процесса. Изменение энтропии при переходе хладагента из одного состояния в другое, близкое к нему, численно равно отношению количества подведенной теплоты к абсолютной температуре тела. Для изучения большинства термодинамических процессов не требуется абсолютное значение энтропии, нужны лишь данные об ее изменении в ходе процесса. Поэтому чаще всего принимают, что энтропия насыщенной жидкости с температурой 0°С равна единице (на некоторых диаграммах энтропию принимают равной нулю).

В энтропийной диаграмме Тs (рис. 1) по оси абсцисс откладывают значения энтропии и проводят вертикальные линии s = const (адиабаты), по оси ординат откладывают значения абсолютной температуры Т и проводят горизонтальные линии Т = const (изотермы). На полученную сетку из адиабат и изотерм наносят пограничные кривые, характеризующие состояние соответственно насыщенной жидкости (паросодержание х = 0) и сухого насыщенного пара (х = 1). Между обеими пограничными кривыми находится область влажного пара. В этой области расположены линии постоянного паросодержания (х = const), т. е. линии с постоянным количеством пара в парожидкостной смеси. На диаграмме имеются также линии: постоянной энтальпии – изоэнтальпы (i = const), постоянного давления – изобары (р = const) и постоянного объема – изохоры (V = const).

Энтропийная диаграмма Т – s

Рис. 1 – Энтропийная диаграмма Тs

Левая пограничная кривая насыщенной жидкости отделяет область влажного пара от области переохлажденной жидкости. На этой кривой паросодержание равно нулю (х = 0). Правая пограничная кривая насыщенного пара отделяет область влажного пара от области перегретого пара. На этой кривой паросодержание равно единице (х = 1).

Правая и левая пограничные кривые сходятся в критической точке К. Эта точка диаграммы характеризует такое состояние, выше которого тело может быть только в парообразном состоянии. Ниже критической точки тело может находиться одновременно в двух состояниях – жидком и парообразном, а при определенных параметрах и в трех состояниях – твердом, жидком и парообразном (тройная точка). Ниже тройной точки тело может находиться одновременно только в двух состояниях – твердом и газообразном.

У многих хладагентов критическая точка характеризуется высокой температурой, а тройная точка – очень низкой температурой. В этом случае диаграмму вычерчивают только для того интервала температур, в котором используется хладагент.

Изобары в области влажного пара расположены параллельно горизонтальной оси и таким образом совпадают с изотермами, а в области перегретого пара они круто поднимаются вверх.

Подведенное и отведенное тепло, а также тепловой эквивалент работы, затраченной на сжатие хладагента, можно представить на диаграмме площадями.

Структура тепловой диаграммы p – i

Рис. 2 – Структура тепловой диаграммы pi

На (рис. 2) показана структура тепловой диаграммы lg рi, где на горизонтальной оси отложены значения теплосодержания (изоэнтальпия), а на вертикальной – давление. Сетка диаграммы образована изобарами (р = const) и изоэнтальпами (i = const). На диаграмме нанесены пограничные кривые и между ними те же линии, что и на диаграмме Тs, но расположение некоторых из них другое. В области влажного пара изотермы (Т = const) совпадают с изобарами (р = const). В области перегретого пара кривые изотермы круто падают вниз, а в области жидкости круто поднимаются вверх. Адиабаты (s = const) расположены под углом к горизонтальной оси.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика