Термодинамика теплофизических свойств воды и водяного пара (стр. 1 из 3)
Условие и содержание задания
Идеальный газ (μ – 18,0 г/моль, к = 1,33) при V1; P1; T1 изохорно нагревается до T2, а затем изотермически до Р3. После изобарного и изоэнтропного сжатия рабочее тело возвращается в начальное состояние.
1. Определить термические и удельные калорические характеристики рабочего тела в переходных точках цикла (P; V; T; h; s; u).
2. Вычислить изменения калорических характеристик в каждом из составляющих циклов изопараметрических процессов (ΔH; ΔS; ΔU).
3. Вычислить количество теплоты, деформационной работы, работы перемещения для каждого из изопараметрических процессов (Q; L; Lп).
4. Выяснить энергетические особенности этих процессов и цикла в целом, составить для них схемы энергобаланса и кратко прокомментировать их особенности
5. Оценить эффективность тепломеханического цикла и эквивалентного ему цикла Карно.
Таблица 1
| № варианта | Начальный объем рабочего тела, V1, м3 | Начальное давление, P1, кПа | Начальная температура, T1, К | Конечная температура в изохорном процессе, T2, К | Конечное давление в изотермическом процессе, P3, кПа |
| 9 | 2,6 | 4000 | 573 | 723 | 100 |
1 Рабочее тело - идеальный газ
1.1 Предварительные вычисления
Удельная газовая постоянна
Удельная изобарная теплоемкость газа при к = 1,33
Удельная изохорная теплоемкость
Масса идеального газа
1.2 Определение характеристик термодинамического состояния идеального газа в переходных точках
На рис. 1 и 2 показан тепломеханический цикл в диаграммах Pv и Ts.
Расчет характеристик термодинамического состояния выполняется в соответствии с исходными данными табл.1 по следующему плану:
Состояние (точка) 1.
Известны: V1; P1; T1.
Определяется удельный объем
Удельные калорические характеристики для каждого из состояний вычисляются по расчетным соотношениям при Тб = 273,15 К и Рб = 100 кПа.
Удельная энтальпия
Удельная внутренняя энергия
Удельная энтропия
Состояние (точка) 2.
Известны: T2;
V2 = V1 (процесс 1-2 изохорный);
v2 = v1
Определяются:
Давление
Удельная энтропия
Удельная внутренняя энергия
Удельная энтропия
Состояние (точка) 3.
Известны: Р3;
Т3 = Т2 (процесс 2-3 изотермический).
Определяются:
Удельный объем
Объем
Удельная энтальпия
Удельная внутренняя энергия
Удельная энтропия
Состояние (точка) 4.
Известны: Р4 =Р3 (процесс 3-4 изобарный);
s4 = s1 (процесс 4-1 изоэнтропный).
Определяются:
Термодинамическая температура
Удельный объем
Объем
Удельная энтальпия
Удельная внутренняя энергия
Результаты расчета сведены в табл.2
Таблица 2
| Номер точки | Р, кПа | Т, К | t°, °С | V, м3 | v,  | h,  | u, | s,  |
| 1 | 4000 | 573 | 300 | 2,6 | 0,066 | 560 | 295 | -0,325 |
| 2 | 5061 | 723 | 450 | 2,6 | 0,066 | 837 | 502 | -0,0002 |
| 3 | 100 | 723 | 450 | 131,2 | 3,34 | 837 | 502 | 1,812 |
| 4 | 100 | 230 | -43 | 41,73 | 1,062 | -80 | -186 | -0,325 |
Характеристики термодинамического состояния идеального газа в переходных точках цикла
1.3 Вычисление изменения калорических характеристик в процессах с идеальным газом
Изменение калорических характеристик при переходе рабочего тела из начального состояния Н в конечное К определяется на основе следующих соотношений:
Изменение энтальпии
Изменение внутренней энергии
Изменение энтропии
По данным табл.2 получаем
Процесс 1-2 (V = const)
Процесс 2-3 (Т = const)
Процесс 3-4 (Р = const)
Процесс 4-1 (S = const)
1.4 Определение количества теплоты, деформационной работы и работы перемещения в процессах с идеальным газом
Характеристики термодинамических процессов (Q; L; Lп) определяются на основании Первого и Второго законов термодинамики. Деформационную работу и работу перемещения при равновесном изменении состояния от начального (Н) до конечного (К) можно вычислить также путем интегрирования выражений.
По данным 1.3 получим
Процесс 1-2 (V = const)
Процесс 2-3 (Т = const)
; 
Процесс 3-4 (Р = const)
; 
Процесс 4-1 (S = const)
; 
Результаты расчетов, выполненных в 1.3 и 1.4, сведены в табл.3
Таблица 3
| Некруговые процессы | ΔН, кДж | ΔU, кДж | ΔS, кДж | Q, кДж | L, кДж | Lп, кДж |
| 1-2 | 10960 | 8238 | 12,77 | 8238 | 0 | -2722 |
| 2-3 | 0 | 0 | 71,17 | 51458 | 51458 | 51458 |
| 3-4 | -36066 | -27108 | -83,94 | -36066 | -8958 | 0 |
| 4-1 | 25105 | 18869 | 0 | 0 | -18869 | -25105 |
| цикл | 0 | 0 | 0 | 23630 | 23630 | 23630 |
Характеристики термодинамических процессов и изменения калорических свойств идеального газа
1.5 Оценка эффективности тепломеханического цикла с идеальным газом