Уравнения термодинамических свойств воды и водяного пара

Видео:Термодинамические процессы водяного параСкачать

Термодинамические процессы водяного пара

Основные свойства воды и водного пара. Термодинамические диаграммы воды и водного пара. Первый закон термодинамики. Цикл Карно. Второй закон термодинамики.

Термодинамика — наука об энергии и ее свойствах — представляет собой важнейшую отрасль естествознания. Основой термодинамики служат два экспериментально установленных закона, называемых иначе первым и вторым началом термодинамики. Термодинамика как самостоятельная наука получила развитие, когда были открыты эти два закона. Первый из них рассматривается как приложение к тепловым явлениям всеобщего закона сохранения и превращения энергии, а второй характеризует направление протекающих в окружающей нас природе процессов.

В технической термодинамике рассматривают частный случай общего закона сохранения и превращения энергии, устанавливающий эквивалентность между теплотой и механической работой. По этому закону теплота может превращаться в механическую работу или, наоборот, работа в теплоту в строго эквивалентных количествах. Это означает, что из данного количества теплоты в случае ее полного превращения в работу получается строго определенное и всегда одно и то же количество ра-

боты, точно так же, как и из данного количества работы при ее полном превращении в тепло получается строго определенное и всегда одно и то же количество теплоты.

Поскольку в системе СИ теплота и работа выражаются в одних и тех же единицах, приведенное выше положение может быть записано следующим образом:

Уравнения термодинамических свойств воды и водяного пара(31)

где Q — тепло; L — полученная в результате его использования работа.

Первый закон термодинамики устанавливает взаимозависимость между количеством сообщенного рабочему телу или отведенного от него тепла, величиной изменения его внутренней энергии и совершенной рабочим телом работы изменения объема.

Из первого закона термодинамики следует, что полная энергия термодинамической системы в конце любого термодинамического процесса равна алгебраической сумме энергий ее в начале процесса и количества энергий, подведенных к системе и отведенных от нее в ходе процесса. Применительно к рассматриваемым в технической термодинамике процессам энергия к рабочему телу подводится или отводится от него лишь в форме тепла или механической работы. Поэтому

Уравнения термодинамических свойств воды и водяного пара(32) гдеЈ? — суммарное количество подведенного к термодинамической системе тепла; АС/ — изменение внутренней энергии термодинамической системы; L — суммарная работа изменения объема термодинамической системы.

Применительно к 1 кг рабочего тела уравнение (32) принимает вид

Уравнения термодинамических свойств воды и водяного пара(32′) или в дифференциальной форме

Уравнения термодинамических свойств воды и водяного пара(32″)

Выражения (32), (32′), (32″) представляют собой общее уравнение первого закона термодинамики и означают, что в общем случае все подводимое к термодинамической системе тепло расходуется на изменение ее внутренней энергии и на работу изменения объема системы.

Уравнения термодинамических свойств воды и водяного параВ развернутом виде уравнения (32), (32′) и (32″) записывают следующим образом:

Уравнения термодинамических свойств воды и водяного пара(33) (33′) (33″)

Второй закон термодинамики представляет собой обобщение изложенных выше положений и заключается в том, что: 1) самопроизвольное протекание естественных процессов возникает и развивается при отсутствии равновесия между участвующей в процессе термодинамической системой и окружающей средой; 2) самопроизвольно происходящие в природе естественные процессы, работа которых может быть использована человеком, всегда протекают лишь в одном направлении от более высокого потенциала к более низкому; 3) ход самопроизвольно протекающих процессов происходит в направлении, приводящем к установлению равновесия термодинамической системы с окружающей средой, и по достижении этого равновесия процессы прекращаются; 4) процесс может протекать в направлении, обратном самопроизвольному процессу, если энергия для этого заимствуется из внешней среды.

Формулировки второго закона термодинамики, данные различными учеными, вылились в форму постулатов, полученных в результате развития положений, высказанных французским ученым Сади Карно.

В частности, постулат немецкого ученого Клаузиуса состоит в том, что теплота не может переходить от холодного тела к теплому без компенсации. Сущность постулата английского ученого Томсона заключается в том, что невозможно осуществить цикл теплового двигателя без переноса некоторого количества теплоты от источника теплоты с более высокой температурой к источнику с более низкой температурой.

Уравнения термодинамических свойств воды и водяного параИз определения термического КПД следует, что понятие об этой величине тесно увязывается с сущностью второго закона термодинамики. Вопрос о максимальной доле теплоты, которая может быть при заданных условиях превращена в механическую энергию, решил Сади Карно, который предложил цикл, получивший название цикла Карно (рис. 18).

Рис. 18. Цикл Карно.

Выбор для цикла Карно двух изотерм и двух адиабат вполне обоснован, ибо процессы подвода и отвода теплоты в цикле могут осуществляться только по изотермам, так как изотермический процесс — это единственный обратимый процесс, который может находиться под воздействием одного источника теплоты.

Очевидно, работа в цикле Карно Ац в pv-диаграмме измеряется площадью 1-2-3-4, ограниченной двумя изотермами 1-2 и 3-4 и двумя адиабатами 2-3 и 4-1, а полезная теплота qw в Ts-диаграмме измеряется площадью прямоугольника 1-2-3-4.

Уравнения термодинамических свойств воды и водяного параТермический КПД для рассмотренного обратимого цикла Карно можно выразить так:

Водяной пар чрезвычайно широко применяется в различных отраслях промышленности главным образом в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах и как рабочее тело в паросиловых установках. Это

объясняется повсеместным распространением воды, ее дешевизной и безвредностью для здоровья человека.

Имея высокое давление и относительно низкую температуру, пар, используемый в тепловых агрегатах, близок к состоянию жидкости, поэтому пренебрегать силами сцепления между его молекулами и их объемом, как в идеальных газах, нельзя. Следовательно, не представляется возможным использовать для определения параметров состояния водяного пара уравнения состояния идеальных газов, т. е. для napapv Ф RT, ибо водяной пар является реальным газом.

Уравнения термодинамических свойств воды и водяного параОсобую роль для пара имеет уравнение, предложенное Ван-дер-Ваальсом в 1873 году:

Являясь приближенным при количественных расчетах, уравнение Ван-дер-Ваальса качественно хорошо отображает физические особенности газов, так как позволяет описать общую картину изменения состояния вещества с переходом его в отдельные фазовые состояния. В этом уравнении а и b для данного газа являются постоянными величинами, учитывающими: первая — силы взаимодействия, а вторая — размер молекул.

Учеными М. П. Вукаловичем и И. И. Новиковым в 1939 году было получено уравнение для реальных газов с учетом ассоциации и диссоциации их молекул.

Это уравнение можно применять к любому реальному газу, и в частности к перегретому водяному пару. Но в связи с тем, что практически это сложное уравнение использовать трудно, с его помощью были вычислены основные физические величины перегретого водяного пара при различных р и Т, составлены таблицы и построена диаграмма в is-координатах, на основании которых и проводятся расчеты процессов изменения состояния водяного пара.

Пары бывают насыщенные и перегретые. Насыщенные пары разделяются на сухие насыщенные (или просто сухие) и влажные насыщенные (или просто влажные).

Испарением называется парообразование, происходящее только с поверхности жидкости и при любой температуре. Процесс, обратный парообразованию, называется конденсацией. Этот процесс превращения пара в жидкость также происходит при постоянной температуре, если давление остается постоянным. Жидкость, образующаяся при конденсации пара, называется конденсатом.

При испарении жидкости в ограниченное пространство (а это бывает в паровых котлах) одновременно происходит и обратное явление -конденсация пара, обусловленная тем, что некоторые из молекул пара, движущиеся в паровом пространстве по всем направлениям, ударяясь о поверхность жидкости, попадают в сферу влияния ее молекул и остаются в ней. Если скорость конденсации станет равной скорости испарения, то в системе наступает динамическое равновесие. Пар в этом состоянии имеет максимальную плотность и называется насыщенным. Следовательно, под насыщенным понимают пар, находящийся в равновесном состоянии с жидкостью, из которой он образуется. Основное свойство этого пара состоит в том, что он имеет температуру, являющуюся функцией его давления, одинакового с давлением той среды, в которой происходит кипение.

Если объем пара уменьшается, то часть пара переходит в жидкость (конденсация больше испарения). Но в обоих случаях давление пара остается постоянным. Пар образуется до тех пор, пока не испарится последняя капля жидкости.

Видео:Урок 187. Испарение и конденсация. Насыщенный пар и его свойстваСкачать

Урок 187. Испарение и конденсация. Насыщенный пар и его свойства

Теплофизические свойства воды и водяного пара

Автор: С.Л. Ривкин. .

Тип документа: Справочник .

Год издания: 1980 .

Уравнения термодинамических свойств воды и водяного пара

Введение
Часть первая. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ ТАБЛИЦ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОДЫ И ВОДЯНОГО ПАРА
Раздел первый. Термодинамические свойства
1-1. Международная система уравнений для точного описания термодинамических свойств воды и водяного пара
1-2. Описание таблиц термодинамических
свойств воды и водяного пара
Раздел второй. Коэффициенты переноса, число Прандтля и поверхностное натяжение
2-1. Динамическая вязкость воды н водяного пара
2-2. Теплопроводность воды и водяного пара
2-3. Число Прандтля для воды и водяного пара
2-4. Поверхностное натяжение воды
Раздел третий. Единицы величин, входящих в таблицы. Соотношения между единицами теплофизических величин
3-1. Единицы величин, входящих в таблицы
3-2. Соотношения между единицами тепло-физических величин
Список литературы
Часть вторая. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ И ВОДЯНОГО ПАРА (таблицы в Международной системе единиц)
Таблица II-I. Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по температурам)
Таблица II-II. Термодинамические ‘ свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по давлениям)
Таблица II-III. Термодинамические свойства воды и перегретого пара
Таблица II-IV. Истинная изобарная теплоемкость воды и водяного пара
Таблица II-IV. Динамическая вязкость воды и водяного пара
Таблица II-VI. Теплопроводность воды н водяного пара
Таблица II-VII. Число Прандтля для воды и водяного пара
Таблица II-VIII. Поверхностное натяжение воды, изобарная теплоемкость, теплопроводность, динамическая вязкость, число Прандтля воды и водяного пара в состоянии насыщения
Часть третья. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ И ВОДЯНОГО ПАРА (таблицы, составленные с применением килокалории в качестве единицы теплоты)
Таблица Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по температурам)
Таблица III-II. Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по давлениям)
Таблица III-II. Термодинамические свойства воды и перегретого пара
Таблица III-IV. Истинная изобарная теплоемкость воды- и водяного пара
Таблица III-V. Динамическая вязкость воды и водяного пара
Таблица III-VI. Теплопроводность воды и водяного пара
Таблица III-VII. Число Прандтля для воды и водяного пара
Таблица III-VIII. Поверхностное натяжение воды, изобарная теплоемкость, теплопроводность, динамическая вязкость, число Прандтля воды и водяного пара в состоянии насыщения
Приложение 1. Международные скелетные таблицы (1963)
П-1-1. Термодинамические свойства воды и водяного пара на линии насыщения
П-1-2. Удельный объем воды и перегретого водяного пара, см3/г
П-1-3. Удельная энтальпия воды и перегретого водяного пара, Дж/г
Приложение 2. Международная таблица усредненных экспериментальных значений динамической вязкости, мкПа-с, воды и водяного пара (1975)
Приложение 3. Международные таблицы усредненных экспериментальных значений теплопроводности, мВт/(м-К), (1977)
П-3-1. ВоДа и водяной пар в состоянии насыщения
П-3-2. Вода и водяной пар
Приложение 4. Международная таблица усредненных экспериментальных значений поверхностного натяжения воды, Н/м, (1976)
Приложение 5. Изобарная теплоемкость, ккал/(кг-°С), воды при параметрах, близких к критическим.

Видео:Работа с диаграммой воды и водяного параСкачать

Работа с диаграммой воды и водяного пара

Уравнения термодинамических свойств воды и водяного пара

Вода — однородное химическое соединение, молекула которой состоит из трех атомов, принадлежащих двум химическим элементам — водороду и кислороду. Вода является прекрасным растворителем, поэтому все природные воды представляют собой растворы, содержащие разнообразные вещества — соли, газы.

Вода и водяной пар как рабочее тело и теплоноситель получили наибольшее применение в промышленности. Это объясняется широким распространением воды в природе, а также тем, что вода и водяной пар обладают относительно хорошими термодинамическими характеристиками.

Так, теплоемкость воды выше теплоемкости многих других жидкостей и твердых тел и в пределах от 0 до 100 °С при атмосферном давлении она равна 4,19 кДж/(кг- К), или 4,19 кДж/(кг °С). Теплопроводность воды Вт/(м-К), в отличие от теплопроводности других жидких и твердых тел с повышением температуры до 120. 140°С увеличивается, а при дальнейшем повышении температуры — уменьшается. Плотность воды изменяется с температурой. Наибольшей плотностью вода обладает при 4 °С.

Процесс перехода воды из жидкого состояния в газообразное (пар) называется испарением, а из газообразного в жидкое — конденсацией. Превращение воды в пар может протекать как при испарении, так и при кипении. Испарение — это процесс образования пара, происходящий с поверхности жидкости при любой температуре. При испарении молекулы воды отрываются от поверхности жидкости, имея относительно большие скорости. Вследствие этого средняя скорость движения молекул в массе воды уменьшается и температура жидкости понижается.

При подводе теплоты в процессе нагревания температура жидкости и интенсивность ее испарения увеличиваются, и при определенных температуре и давлении жидкость закипает.

Кипение — это процесс интенсивного парообразования во всей массе жидкости, который получает развитие при ее нагревании, т.е. подводе к системе определенного количества теплоты. При атмосферном давлении температура кипения составляет приблизительно 100 °С. С повышением давления температура кипения возрастает и, наоборот, в условиях пониженного давления (высоко в горах) температура кипения снижается.

Количество теплоты, которое необходимо сообщить воде для превращения ее из жидкого состояния в парообразное при температуре кипения, называется скрытой теплотой парообразования г. С повышением давления скрытая теплота парообразования уменьшается (табл. 1.1).

Ранее было отмечено, что конденсация — это процесс превращения пара в жидкость, называемую конденсатом.

Таблица 1.1 Свойства воды и сухого насыщенного пара

💡 Видео

Основы теплотехники. Реальные газы. Уравнение Ван дер Ваальса. Решение задач.Скачать

Основы теплотехники. Реальные газы. Уравнение Ван дер Ваальса. Решение задач.

Насыщенный и ненасыщенный пар. Влажность воздуха. 10 класс.Скачать

Насыщенный и ненасыщенный пар. Влажность воздуха. 10 класс.

Основы теплотехники. Термодинамические процессы. Изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный.Скачать

Основы теплотехники. Термодинамические процессы. Изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный.

Насыщенный пар. Зависимость давления пара от температуры | Физика 10 класс #35 | ИнфоурокСкачать

Насыщенный пар. Зависимость давления пара от температуры | Физика 10 класс #35 | Инфоурок

Пар водяной. Насыщенный и перегретый пар. Обучение персонала. Часть 1Скачать

Пар водяной. Насыщенный и перегретый пар. Обучение персонала. Часть 1

ОЛИМПИАДНАЯ ФИЗИКА Водяной пар Влажный воздухСкачать

ОЛИМПИАДНАЯ ФИЗИКА  Водяной пар  Влажный воздух

Олимпиадная физика 2023 | Водяной пар, влажность - с ЛЕГКИМ паром!Скачать

Олимпиадная физика 2023 | Водяной пар, влажность - с ЛЕГКИМ паром!

Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.Скачать

Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.

Урок 189. Влажность воздуха. Абсолютная и относительная влажностьСкачать

Урок 189. Влажность воздуха. Абсолютная и относительная влажность

12. Основы теплотехники. Паросиловые установки. Цикл Ренкина. Диаграмма водяного пара.Скачать

12. Основы теплотехники. Паросиловые установки. Цикл Ренкина. Диаграмма водяного пара.

Термодинамика Объяснение критической точкиСкачать

Термодинамика   Объяснение критической точки

ФИЗИКА ЗА 5 МИНУТ - ТЕРМОДИНАМИКАСкачать

ФИЗИКА ЗА 5 МИНУТ - ТЕРМОДИНАМИКА

Урок 172. Применение 1 закона термодинамики для различных процессовСкачать

Урок 172. Применение 1 закона термодинамики для различных процессов

Основные уравнения движенияСкачать

Основные уравнения движения

Урок 170. Количество теплоты. Первый закон термодинамикиСкачать

Урок 170. Количество теплоты. Первый закон термодинамики

Давление водяных паровСкачать

Давление водяных паров

Физика 8 класс (Урок№8 - Испарение и конденсация. Насыщенный пар. Кипение.)Скачать

Физика 8 класс (Урок№8 - Испарение и конденсация. Насыщенный пар. Кипение.)
Поделиться или сохранить к себе: