W8 40. Para. Równanie Van der Waalsa Temperatura krytyczna ci Przemiany pary. Termodynamika techniczna

Transkrypt

1 W8 40 Równanie Van der Waalsa Temperatura krytyczna Stopień suchości ci Przemiany pary 1

2 p T 1 =const T 2 =const 2

3 Oddziaływanie międzycz dzycząsteczkowe jest odwrotnie proporcjonalne do odległości (liczonej od środka) między cząstkami Przy skończonych rozmiarach cząstek (objęto tość cząstki) wartość oddziaływania takŝe e będzie b skończona Dla odpowiednio duŝej energii kinetycznej cząstek (temperatura) sił przyciągania międzycz dzycząsteczkowego nie będąb miały wpływu na zachowanie cząstek 3

4 Uwzględnienie tych poprawek zmienia równanie stanu gazu doskonałego w równanie Van der Waalsa p p + p a 2 + b a 2 ( b) = R T 4

5 Równanie Van der Waalsa p p = + a 2 R T b ( b) a 2 = R T 5

6 Istnieje pewna temperatura, poniŝej której siły y przyciągania międzycz dzycząsteczkowego mogą związa zać ze sobą cząstki (ciecz) PowyŜej tej temperatury mamy do czynienia z gazem 6

7 Izoterma dla tej temperatury nazywana izotermą krytyczną. Izoterma krytyczna (linia czerwona) ma punkt przegięcia i nie ma maksimum i minimum 7

8 p K T g =const T k =const T p1 =const T p2 =const 8

9 Punkt przegięcia izotermy krytycznej nazywany punktem krytycznym (K) p T k k k = = = 3 b a 2 27 b 8 a 27 b R 9

10 Maksima i minima dotyczą izoterm o temperaturze niŝszej od temperatury krytycznej. Tworzą one linie, nazywane krzywymi granicznymi (linia przerywana). Obie krzywe graniczne (minimów w i maksimów) łącz czą się w punkcie krytycznym 10

11 Izoterma krytyczna i krzywe graniczne dzielą wykres na cztery obszary: - gaz przejść w obszar cieczy niemoŝliwe bez obniŝenia temperatury - para przejście w obszar cieczy moŝliwe przez zwiększenie ciśnienia (spręŝ ęŝenie) - ciecz + para współistnienie obu stanów - ciecz energia kinetyczna cząstek nie wystarcza do swobodnego ruchu cząstek 11

12 p ciecz K gaz para ciecz + para 12

13 p ciało stałe punkt potrójny ciecz skraplanie wrzenie para punkt krytyczny T=const T 13

14 Linia wrzenie-skraplanie nie jest przemianą termodynamiczną Linia ta określa zakres temperatur i ciśnie nień, dla których moŝna przeprowadzić proces wrzenia lub skraplania Wzrost ciśnienia wywołuje wzrost temperatury wrzenia i odwrotnie 14

15 Wrzenie-skraplanie jako przemiana termodynamiczna jest izobarycznym i izotermicznym procesem wymiany ciepła metrami ulegającymi zmianie w procesie wrzenie-skraplanie są: s objęto tość,, entalpia, entropia i energia wewnętrzna 15

16 ciecz wrząca p K para mokra para sucha para przegrzana izoterma krytyczna 16

17 0,01 0, skala logarytmiczna skala liniowa 17

18 - dolna krzywa graniczna jest to linia występowania cieczy wrzącej. - górna krzywa graniczna jest to linia występowania pary suchej. - dolna krzywa graniczna i górna g krzywa graniczna łącz czą się w punkcie krytycznym. 18

19 19

20 - para nasycona jest to para o temperaturze wrzenia (przy danym ciśnieniu). - ciecz wrząca jest to ciecz o temperaturze wrzenia (przy danym ciśnieniu). - para nasycona sucha (para sucha) jest para nasycona nie zawierająca cieczy. - para nasycona mokra (para mokra) jest to mieszanina pary suchej i cieczy wrzącej. - para przegrzana jest to para o temperaturze wyŝszej od temperatury wrzenia. 20

21 Podczas przemiany fazowej wrzenie- skraplanie objęto tość jest trudnym do pomiaru parametrem termodynamicznym Stan zawansowania przemiany fazowej dla procesu wrzenie-skraplanie określamy przy pomocy stopnia suchości ci pary x 21

22 x = m '' m + '' m indeks ( bis) para sucha indeks ( prim) ciecz wrzącą ' 22

23 - ciecz wrząca x = 0 - para mokra 0 < x < 1 - para sucha x = 1 23

24 = pary cieczy = cieczy ' = = '' ' + pary ( 1 x) x ( ) ( ) 1 x + '' x = x '' ' + ' 24

25 25 25 w8 ( ) ( ) ( ) ' ' '' ' ' ' '' ' ' ' '' u u u x u s T r x s s s x s i r x i i i x i + = + = + = + = + =

26 Wartości i,, i, i, r, s,, s s są podawane w tabelach w zaleŝno ności ciśnienia i temperatury wrzenia 26

27 Tablice podają następuj pujące parametry w układzie uporządkowanie według ciśnienia (temperatura jest parametrem wtórnym) lub uporządkowanie według temperatury (ciśnienie jest parametrem wtórnym): - objęto tość właściwa cieczy - objęto tość właściwa pary - entalpia właściwa w cieczy i i - entalpia właściwa w pary i i - entalpia parowania (ciepło o parowania) r - entropia właściwa w cieczy s s - entropia właściwa w pary s s 27

28 28 28 w8 7,6711 1, ,2 2636,8 317,65 3,9949 0, ,04 0,04 7,7695 0, ,3 289,31 5,2308 0, ,27 0,03 7,8321 0, ,1 2618,1 271,99 6,206 0, ,14 0,025 7,9092 0, ,1 2609,6 251,46 7,6515 0, ,24 0,02 8,0089 0, ,9 2598,9 225,98 10,025 0, ,15 0,015 8,0867 0, ,9 206,94 12,364 0, ,6 0,012 8,1505 0, ,6 2584,4 191,84 14,676 0, ,98 0,01 8,2289 0, ,8 2576,7 173,87 18,06 0, ,68 0,008 8,3305 0, ,6 2567,1 151,5 23,742 0, ,33 0,006 8,3952 0, ,4 2561,2 137,77 28,196 0, ,05 0,005 8,4747 0, ,7 2554,1 121,41 34,803 0, ,131 0,004 8,5776 0, ,2 2545, ,668 0, ,248 0,003 8,7236 0, ,8 2533,2 73,45 67,006 0, ,661 0,002 8,8278 0, , ,71 87,982 0, ,184 0,0015 8,9756 0, ,5 2513,8 29,33 129,208 0, ,132 0,001 kj/(kg*k) kj/kg m 3 /kg K MPa pary s cieczy s pary i cieczy i pary cieczy Entropia właściwa Entalpia Parowania r Entalpia właściwa Objętość właściwa Temperatura T Ciśnienie p

29 Podstawowymi wykresami pary mokrej są: s - wykres p - wykres T s 29

30 p x = 1 x = 0 x = 0,25 x = 0,5 x = 0,75 30

31 T x = 0 x = 0,25 x = 0,5 x = 0,75 s 31

32 Przemiana pary moŝe e odbywać się w zakresie pary mokrej i pary przegrzanej. Jeśli para podczas przemiany przekracza temperaturę krytyczną,, to staje się gazem. Nie to wpływu na przebieg przemiany 32

33 p T,p=const T=const p=const T s 33

34 W obszarze pary mokrej przemiana izobaryczna i przemiana izotermiczna się pokrywają W obszarze pary przegrzanej izoterma i izobara stanowią odrębne linie 34

35 p 1 i = const 2 T s

36 Dławienie obniŝa a temperaturę i zwiększa stopień suchości ci pary Jeśli w wyniku dławienia d stopień suchości ci osiągnie wartość 1, to dalsze dławienie d pary przegrzewa parę 36

37 Jeśli w wyniku dławienia d otrzymamy parę przegrzaną,, to temperatura i ciśnienie umoŝliwiaj liwiają wyznaczenie entalpii pary Pozwala to z kolei na określenie stopnia suchości ci pary mokrej 37

38 p 1 s=const 2 T =const 1 s 1 s 2 2 s 38

39 Dla nieduŝych wartości stopnia suchości ci rozpręŝ ęŝanie adiabatyczne zwiększa wartość stopnia suchości ci pary mokrej Dla duŝych wartości stopnia suchości ci rozpręŝ ęŝanie adiabatyczne obniŝa a jego wartość Dla pary przegrzanej rozpręŝ ęŝanie adiabatyczne obniŝa a temperaturę pary i po osiągni gnięciu obszaru pary mokrej obniŝa wartość stopnia suchości. ci. 39

40 p T,p=const T=const p=const i=const =const s=const 2 T s 40