ГР 34 ГМ - Ф ОСНОВИ ГІДРАВЛІКИ І ТЕПЛОТЕХНІКИ ПРАКТИЧНА РОБОТА № 4

 ПРАКТИЧНА РОБОТА № 4

 

Тема: Визначення параметрів водяної пари

Мета: Сформувати уміння самостійно розв’язувати задачі із застосуванням довідкової літератури та таблиць водяної пари.

 

Теоретичні відомості

Теплофізичні властивості води та водяної пари в широкому діапазоні температур та тисків необхідні для виконання технічних розрахунків та моделювання процесів та обладнання, яке використовується у різних галузях промисловості. «Термодинамічні властивості води та водяної пари» є довідником, який складається з трьох таблиць та h-s -діаграми водяної пари і містить термічні (тиск, температури, питомий об’єм) та калоричні (ентальпія, ентропія) параметри води. Наведені завдання розв’язуються за допомогою таблиць «Термодинамічні властивості води та водяної пари» (далі - таблиці) [Додаток 1].

Основні позначення параметрів та їх розмірність:

 

p -	тиск,	бар, кПа
t -	температура,	°С
ts -	температура насичення,	°С
v -	питомий об’єм,	м3 /кг
h(i) -	ентальпія,	кДж/кг
s -	ентропія	кДж/(кг*К)
u -	внутрішня енергія,	кДж/кг
х -	ступінь сухості,	-

Завдання 1. За таблицями визначити параметри води, що кипить (тиск, питомий об’єм, ентальпію, ентропію і внутрішню енергію) при температурі насичення t_s - 120 °С.

Рішення.

За «Таблицею 1. Стан насичення (за температурою)» знаходимо в першому стовпчику температуру t_s—120 °С і виписуємо з відповідного рядка таблиці тиск насичення p і значення параметрів з одним штрихом: v', h' (і'), s'; значення внутрішньої енергії розраховуємо за формулою:

 

u=h-pv

За температурою t_s=120 °С виписуємо:

 

p=1,9854 бар=1,9854 10²кПа; v’= 0,0010603 м³/кг, h’(i’) = 503,7кДж/кг, s’=1,5277 кДж/(кгК),

за формулою (23) розраховуємо:

u’=h’-pv’= 503,7- 1,9854 ·10²· 0,0010603 = 503,5 кДж/кг

Завдання 2. За таблицями визначити параметри сухої насиченої пари (температуру, питомий об’єм, ентальпію, ентропію і внутрішню енергію) при тиску насичення p=4 бар.

Рішення.

За «Таблицею 2. Стан насичення (за тиском)» знаходимо в першому стовпчику тиск p = 4,0 бар і виписуємо з відповідного рядка таблиці температуру t_s,°C, і значення параметрів з двома штрихами: v”, h” (і”), s”; значення внутрішньої енергії розраховумо за формулою.

За тиском p = 4,0 бар виписуємо:

t_s=143,62 °С; v”= 0,4624 м³/кг,

h”(і”)=2738 кДж/кг,

s”=6,897 кДж/(кг К),

за формулою розраховуємо:

u”=h”-pv”= 2738- 4 ·10²· 0,4624 = 2553,04 кДж/кг .

 

Завдання 3. За таблицями визначити параметри вологої насиченої пари
(v_x питомий об’єм, h_x (і_х) ентальпію, s_x ентропію) при тиску насичення p = 4,0 бар, ступені сухості пари х=0,8.

Рішення.

За «Таблицею 2. Стан насичення (за тиском)» знаходимо в першому стовпчику тиск p = 4,0 бар і виписуємо з відповідного рядка таблиці значення параметрів з одним штрихом v’, h’ (і’), s’ та двома штрихами v”, h” (і ”), s”:          v’=0,0010836 м³/кг, v”=0,4624 м³/кг, h’ (і’) =604,7 кДж/кг, h”(і”)=2738 кДж/кг, s’=1,777 кДж/(кг-К), s”=6,897 кДж/(кг К).

Розрахунок параметрів вологої насиченої пари (в.н.п.) відбувається за формулами:

V_X = V' + X(V"- V')

h_x =h' + x(h"- h')

s_x =s' + x(s''-s')

Питомий об’єм: v_x=0,0010836+0,8(0,4624-0,0010836)=0,37 м³/кг;

ентальпія: h_x= 604,7+ 0,8(2738-604,7)=2311 кДж/кг;

Завдання 4.

Суха насичена пара, тиском р₁=20 бар перегрівається у пароперегрівнику до температури t₁= 400°С, після чого розширюється у турбіні до стану вологого насичення з х₂= 0,95. Визначити кількість теплоти, підведену у пароперегрівнику та наявну роботу у турбіні. Вирішити з використанням h-s-діаграми водяної пари.                          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                   ^{s - кДж/(кг*К)}

Рис.5 Процеси в h-s діаграмі

 

Рішення.

Дано: х₆=1 (с.н.п.)

р₁=20 бар

t₁ = 400°C

х₂=0,95

Визначити: q_m, і_н . ?

 

Процеси нагріву пари (6-1) та розширення пари у турбіні (1-2) показані на h-s діаграмі водяної пари (рис.5). Точка 6 (т.6) знаходиться на лінії сухого насичення при р₁=20 бар, за діаграмою на перетині цих ліній визначаємо точку     6 та відповідну ентальпію h₆ = 2800 кДж/кг, процес нагріву пари проходить ізобарно, тобто із т.6 рухаємося по ізобарі р₁=20 бар до перетину з ізотермою    t₁—400°C, визначаємо т.1 і ентальпію в цій точці h₁= 250 кДж/кг. Теплота, підведена у процесі 6-1:

q_m =  h₁- h₆= 3250-2800 =  450 кДж/кг.

Із точки 1 проводимо лінію адіабатного процесу розширення пари у турбіні 1-2 до перетину з лінією х₂—0,95. Знаходимо т.2. Для точки 2 визначаємо         h₂—2550 кДж/кг. Наявна робота процесу:

L_н = h₁- h₂ = 3250-2550 =700 кДж/кг.

 

Таблиця вологого повітря

 

Температура t, оC	Параметри	Відносна вологість повітря φ, %
		5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
-10	Pпар ρпар	13,04 0,11	25,98 0,21	51,97 0,43	77,96 0,64	103,9 0,86	129,9 1,07	155,9 1,28	181,9 1,50	207,8 1,71	233,8 1,93	259,8 2,14
0,0	Pпар ρпар	30,5 0,24	61,1 0,48	122,2 0,97	183,2 1,45	244,3 1,94	305,4 2,42	366,4 2,91	427,5 3,39	488,5 3,87	549,6 4,36	610,6 4,84
10	Pпар ρпар	61,4 0,47	122,9 0,94	245,7 1,88	368,5 2,82	491,3 3,76	614,1 4,76	736,9 5,64	859,7 6,58	982,3 7,52	1105 8,46	1228 9,4
20	Pпар ρпар	117,0 0,86	233,7 1,73	467,9 3,46	701,9 5,19	935,8 6,92	1170 8,64	1403 10,37	1637 12,1	1871 13,83	2104 15,56	2338 17,29
30	Pпар ρпар	212,5 1,52	424.9 3.04	849.6 6.07	1274 9,11	1699 12,14	2123 15,18	2547 18,21	2971 21,25	3395 24,29	3819 27,32	4243 30,36
40	Pпар ρпар	369,6 2,56	739.2 5.11	1478 10.23	2217 15,34	2955 20,45	3693 25,56	4430 30,68	5198 35,79	5904 40,9	6640 46,02	7376 51,13
50	Pпар ρпар	6,17 4,15	1237 8.29	2474 16.59	3709 24,88	4944 33,17	6178 41,47	7411 49,76	8643 58,06	9874 66,35	11104 74,64	12334 82,94
60	Pпар ρпар	1000,5 6,50	2000.4 13.01	3998.9 26.02	5995,5 39,03	7790 52,04	9963 65,05	11973 78,05	13962 91,06	15949 104,07	17933 117,08	19917 130,00
70	Pпар ρпар	1567,8 9,90	3134.5 19.80	6264.8 39.59	9557,6 59,39	12513 79,18	15610 98,98	18744 118,77	21853 138,57	24958 158,36	28060 178,16	31156 197,95
80	Pпар ρпар	2387,7 14,65	4773.3 29.3	9537.9 58.6	14294 87,9	19041 117,2	23780 146,5	25810 175,79	33232 205,9	37945 234,39	42650 263,69	47346 292,9
90	Pпар ρпар	3544,3 21,15	7084.3 42.31	14152 84.61	21203 126,92	28237 169,23	35255 211,54	42247 253,84	49241 296,15	56210 338,46	63162 380,76	70097 423,07
Продовження додатку 1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
99,4	Pпар ρпар	5040,0 29,31	10072 58,63	20113 117,25	30122 175,88	40100 234,5	50047 293,13	59964 351,75	69847 410,38	79701 469,0	89529 527,63	99320,7 586,26
100	Pпар ρпар	5036,3 29,26	10065,3 58,56	20100,6 117,05	30105,9 175,57	40081,4 234,1	50028,2 292,62	59945,7 351,15	69842,3 409,67	79690,0 468,20	89518,2 526,72	99320,7 585,24
110	Pпар ρпар	5028,5 28,45	10050,9 56,90	20082,5 113,80	30071,8 170,69	40042,2 227,59	49987,4 284,49	59905,3 341,39	69798,9 398,28	79664,2 455,18	89504,8 512,08	99320,7 568,98
120	Pпар ρпар	5021,6 27,68	10037,4 55,37	20051,2 110,73	30041,5 166,1	40007,7 211,47	49957,5 276,84	5983,0 332,2	69770,0 387,57	79643,1 422,84	89492,0 498,3	99320,7 553,67
130	Pпар ρпар	5015,7 26,69	10025,9 53,92	20030,9 107,85	30014,7 161,77	39977,5 215,69	49920,0 269,61	59842,1 323,54	69741,8 377,46	79622,7 431,38	89492.0 485.31	99320,7 539,23
140	Pпар ρпар	5010,4 26,28	10016,1 52,56	20013,4 105,12	29992,0 157,67	39951,3 210,23	49892,9 262,79	59814,9 315,35	69720,5 367,9	79604,2 420,46	89472.5 473.02	99320,7 525,58
150	Pпар ρпар	5005,66 25,63	10007,2 51,26	19997,5 102,53	29971,3 153,79	39927,7 205,05	49868,3 256,32	59791,2 307,58	69699,1 358,85	79588,5 410,11	89465.1 461.37	99320,7 512,64
160	Pпар ρпар	5001,6 25,02	9999,5 50,04	19984,0 100,07	29953,4 150,11	39907,9 200,14	49846,7 250,18	59771,7 300,21	69682,3 350,25	79574,4 400,28	89454.4 450.32	99320,7 500,36
170	Pпар ρпар	4998,1 24,43	992,8 48,87	19971,9 97,73	29937,7 146,60	39889,8 195,47	49829,0 244,34	59753,0 293,20	69665,8 342,07	79564,0 390,94	89454.4 439.81	99320,7 488,67
180	Pпар ρпар	4995,1 23,88	9987,1 47,76	19961,9 93,39	29924,5 143,27	39874,8 191,02	49812,9 233,78	59738,8 286,53	69653,0 334,29	79554,0 382,04	89442.8 429.8	99320,7 477,55
190	Pпар ρпар	4992,2 23,35	9981,7 46,96	19952,3 93,39	29911,7 140,08	39860,5 186,78	49798,0 2389,47	59725,0 280,17	69640,6 326,86	79544,5 373,55	89436.4 420.25	99320,7 466,94
200	Pпар ρпар	4989,8 22,84	9977,0 45,68	19943,9 91,36	29900,9 137,04	39847,4 182,73	49784,8 228,41	59711,9 274,09	69628,7 319,77	79535,4 365,45	89434.6 411.13	99320,7 456,81

Параметри водяної пари Р_п – парціальний тиск водяної пари, Па; ρ_пар - густина водяної пари, або абсолютна вологість повітря, г/м³; барометричний тиск Р_б – 99360 Па (745 мм рт.ст.)