Теплопередача через плоскую многослойную стенку при стационарном режиме. Вывод выражения для коэффициента теплопередачи

Ответ 2

Билет 22

Процессы изменения состояния водяного пара, их анализ с помощью диаграммы h, s (показать на примере одного из процессов p=const, T=const, dq=0)

Ответ 1

Основные процессы с водяным паром в рабочей части sh—диаграммы схема­тично показаны

Изобарный процесс 1_р2_р является процессом расширения и протекает с подводом теплоты. В области влажного пара его степень сухости X постепенно увеличивается, достигая на верхней пограничной кривой значения х=1. При дальнейшем подводе теплоты вплоть до точки 2_Р пар перегревается. Во всех состояниях, Отображаемых точками, расположенными ниже верхней пограничной кривой, температура пара одинакова и равна температуре насыщения T_s при давлении, при котором осуществляется процесс. Выше погра­ничной кривой температура пара повышается. Разность Т_2р - T_s ха­рактеризует степень перегрева пара. При протекании процесса в обратном направлении удельный объ­ем пара уменьшается, т.е. происходит его сжатие. В результате отво­да теплоты пар, сначала перегретый, становится сухим насыщенным, а затем и влажным. При расчете этого процесса теплоту определяют по выражению q=h₂—hi. Изотермный процесс 1_Т2_Т также является процессом расшире­ния и идет с подводом теплоты. В области влажного пара он сов­падает с изобарным. На рис. 2.14 его начальная точка совмещена с начальной точкой изобарного процесса. Она обозначена 1рд\ На верхней пограничной кривой изотерма круто уходит вправо в об­ласть меньших давлений. В состоянии 2_Т пар является перегретым, но находится при меньшем давлении, чем то, которое отвечает точке 2р. При изотермическом сжатии 2_Т1_Х все изменения состоя­ния проходят в обратном порядке, т.е. перегретый пар становится сперва сухим насыщенным, а затем влажным; Теплота процесса подсчитывается по уравнению q=T(s₂-s,).В изотермическом процессе с водяным паром его внутренняя энергия не остается постоянной. Изохорный процесс 1_у2_у идет с подводом теплоты и повыше­нием давления и температуры пара. В точке l_v пар является влаж­ным, а в точке 2_у — перегретым. Обратный процесс 2_у1_у требует отвода теплоты, и изменение состояния пара происходит в обратном порядке. В изохорном процессе работа расширения не совершается и q = Ли, которое подсчитывают, как обычно, т.е. по уравнению u₂-u₁=h₂-h₁-v(p₂-p₁). Второе слагаемое правой части этого равенства дает величину располагаемой работы 1₀. Изоэнтропный процесс 1,2_S представляет собой адиабатное сжа­тие. Из рисунка видно, что в этом процессе энтальпия и температура пара растут. Удельный объем пара в состоянии точки 2_S меньше, чем в состоя­нии точки l_s, a p_2s > pi_s. Так как процесс идет без теплообмена с окружающей средой, то затраченная на сжатие работа идет на изме­нение внутренней энергии пара, которое по-прежнему определяется по (2.40). В соответствии с (2.42) и (2.41) для этого процесса справед­ливы равенства l = -Δu и l ₀ = -Δh. На практике часто приходится рассчитывать процесс адиабатного расширения 2_S1_S, в ходе которого перегретый пар становится вначале сухим насыщенным, а затем и влажным. При адиабатном расширении энтальпия, температура и давление пара уменьшаются, а его удель­ный объем увеличивается. Хотя при переходе через пограничную кривую показатель адиа­баты к изменяется скачком, а в области влажного пара зависит не только от температуры, но и от степени сухости (в области 0,7<х<1,0 к_х= 1,03 5+0,1х (формула Цейнера)), в sh—диаграмме обратимая адиа­бата всегда представляет собой прямую линию, параллельную оси ординат.

Процесс парообразования начинается при достижении жидкостью температуры кипения, которая называется температурой насыщения t_н и на протяжении всего процесса остается неизменной. Температура кипения, или температура насыщения, t_н зависит от природы вещества и давления, причем с повышением давления t_н увеличивается. Давление, соответствующее t_н называется давлением насыщения р_н.

Насыщенным паром называют пар, который образовался в процессе кипения и находится в динамическом равновесии с жидкостью. Насыщенный пар по своему состоянию бывает сухим насыщенным и влажным насыщенным.

Сухой насыщенный пар представляет собой пар, не содержащий капель жидкости и имеющий температуру насыщения (t=t_н) при данном давлении.

Влажный насыщенный пар – это равновесная смесь, состоящая из капель жидкости, находящейся при температуре кипения, и сухого насыщенного пара. Отношение массы сухого насыщенного пара m_с.п. к массе влажного насыщенного пара m_в.п. называется степенью сухости х влажного пара, то есть

Очевидно, что для жидкости х=0, для сухого насыщенного пара х=1.

Если к сухому насыщенному пару продолжать подводить теплоту, то его температура увеличится. Пар, температура которого при данном давлении больше, чем температура насыщения (t>t_н), называется перегретым. Другими словами говоря перегретый пар – это пар, находящийся при температуре, превышающей температуру кипения жидкости при давлении, равном давлению перегретого пара. Величина превышения температурой пара температуры кипения жидкости называется степенью перегрева пара. Водяной пар является реальным рабочим телом и может находиться в трёх состояниях: влажного насыщения, сухого насыщения и в перегретом состоянии. Для технических нужд водяной пар получают в паровых котлах (парогенераторах), где специально поддерживается постоянное давление.