Дросселирование газов и паров

Уравнения термодинамики

Характеристические функции: Химический потенциал и его свойства. Характеристики и условия термодинамического равновесия. Условия взаимодействия системы, стремящейся к равновесию с окружающей средой.

Уравнения Максвелла. Дифференциальные уравнения внутренней энергии, энтальпии, энтропии в независимый переменных v и Т, р и Т, Р и v. Дифференциальные уравнения удельных теплоемкостей. Значение и использование дифференциальных соотношений. Вычисление функций состояния реальных рабочих тел с использованием дифференциальных соотношений.

Тема 7. Термодинамика реального газа

Термодинамическая поверхность состояния реальных газов. Фазовые переходы. Правило фаз Гиббса. Фазовые диаграммы р, Т; р, v; Т, s. Уравнение Клайперона—Клаузиуса. Условие устойчивости фаз. Условия фазового равновесия при плоской границе раздела фаз. Фазовые переходы при неодинаковых давлениях фаз. Уравнение Пойнтинга. Фазовые переходы при искривленных поверхностях раздела фаз.

Кипящая жидкость и сухой насыщенный пар. Влажный пар. Степень сухости пара. Критические условия. Перегретый пар. Перегретая жидкость и переохлажденный пар. Термические и калорические свойства твердых тел и жидкостей. Вода и водяной пар. Аномалии воды. Термические и калорические свойства реальных газов. Диаграммы h- р, h - Т, h - s реальных газов. Уравнение Ван-дер-Ваальса. термодинамическое подобие веществ и закон соответственных состояний. Уравнение состояния Майера -Боголюбова. Эмпирические уравнения состояния. Теплоемкости с_р и с_v водяного пара. Т,s- и h,s - диаграммы водяного пара. Расчет изобарного, изотермического, изохорного, адиабатного процесса и процесса дросселирования по термодинамическим таблицам и диаграммам. Расчет термодинамических свойств веществ в двухфазных системах.

Тема 8. Термодинамика потока. Истечение и

Основные понятия и определения. Уравнение неразрывности. Уравнение движения. Уравнение первого закона термодинамики для стационарного потока массы. Располагаемая работа потока. техническая работа в потоке и подведенное к потоку тепло. Скорость звука. Понятие о сопловом и диффузорном течении газа. Адиабатное истечение газов и паров из суживающихся сопл. Зависимость скорости потока и расхода газа (пара) через сопло от отношения давлений. Адиабатное течение с трением. Коэффициенты скорости и расходы. Принцип обращения внешних воздействий. Условия перехода через скорость звука. Сопло Лаваля. Методика термодинамического расчета различных типов сопл при истечении газа и перегретого пара. Особенности истечения сухого насыщенного и влажного пара. Параметры торможения.

Процессы адиабатного и изотермического дросселирования и их техническое применение. Эффект Джоуля- Томсона. Интегральный дроссель-эффект. Температурные эффекты адиабатного дросселирования реальных газов. Практическое исполь­зование процесса дросселирования. Точка инверсии. Кривые инверсии в диаграммах T,p - h,p - h,s -T,s. Смешение газов и паров в потоке и при заполнении объема. Потеря эксергии при смешении. Процессы в эжекторах. Коэффициент инжекции.

Циклы и термические к.п.д. турбокомпрессорных и прямоточных бескомпрессорных воздушно-реактивных двигателей, пульсирующих бескомпрессорных ВРД, жидкостных ракетных двигателей, ядерных ракетных двигателей.

Тема 9. Влажный воздух

Парогазовые смеси. Влажный воздух насыщенный и ненасыщенный. Температура точки росы. Абсолютная и относительная влажность. Массовое и мольное влагосодержание. энтальпия и энтропия влажного воздуха. Степень насыщения. Газовая постоянная влажного воздуха. Плотность влажного воздуха. Температура мокрого термометра. h,d - и h,s- диаграммы влажного воздуха. Термодинамические процессы в h,d - диаграмме (нагрев, охлаждение, смешение без подогрева и с подогревом, испарение). Процесс кондиционирования воздуха. Психрометр.

Тема 10. Циклы паросиловых установок

Принципиальная схема паросиловой установки. Цикл Ренкина, его термический к.п.д. Влияние начальных и конечных параметров на к.п.д. цикла паротурбинной установки. Изображение цикла в pu-, Ts- и hs- диаграммах. Кратность охлаждения.

Цикл паротурбинной установки при необратимом протекании процесса расширения. Абсолютный внутренний к.п.д. относительный внутренний к.п.д. турбины. Эффективный абсолютный к.п.д. паротурбинной установки. Удельные расходы пара, тепла и топлива. Промежуточный перегрев пара и причины его применения. Теоретический и действительный циклы со вторичным перегревом пара. Регенерация в цикле ПТУ. Схемы регенеративного подогрева с отборами пара. Оптимальная температура подогрева питательной воды и максимальный к.п.д. регенеративного цикла. Коэффициент недовыработки отбора. Удельные расходы пара, тепло, топлива регенеративных ПТУ. тепловой и эксергетический балансы паротурбинной установки.

Преимущества и недостатки водяного пара как рабочего тела в ПТУ.

Комбинированная выработка электроэнергии и теплоты на ТЭЦ. Термодинамические основы теплофикации. Удельная выработка электроэнергии на единицу отпущенной теплоты и коэффициент использования тепла. Циклы ПТУ с противодавлением, с ухудшенным вакуумом, с теплофикационными отборами пара.

Тема 11. Циклы трансформаторов тепла
(обратные термодинамические циклы)

Трансформаторы тепла. Классификация трансформаторов тепла: холодильные машины, тепловые насосы, комбинированные. Холодильный коэффициент. Холодопроизводительность. теоретические и действительные циклы газовых холодильных установок. Теоретический и действительный циклы парокомпрессионных холодильных установок. Цикл пароэжекторной холодильной установки (ПЭХУ). Цикл абсорбционной холодильной установки (АХУ). Коэффициенты теплоиспользования и эксергетические к.п.д. ПЭХУ и АХУ. Цикл термоэлектрической холодильной установки. Методы ожижения газов. Цикл теплонасосной установки. Отопительный коэффициент. Применение теплонасосных установок в системах теплоснабжения, теплохладоснабжения и кондиционирования воздуха.

Тема 12. Комбинированные циклы и циклы атомных электростанций

Бинарные циклы. Термодинамический анализ паро-паровых, паро-газовых и газо-паровых циклов (изображение в, - и, - диаграммах, расчет термического к.п.д.) Применение магнитогидродинамического генератора в цикле МГД-установки, термический к.п.д. цикла. Термодинамические циклы атомных электростанций (АЭС). Схемы и циклы одноконтурных, двухконтурных и трехконтурных АЭС. Цикл насыщенного пара с промежуточной сепарацией. Цикл с сепарацией и перегревом пара.

Тема 13. Основы химической термодинамики

Уравнения первого и второго законов термодинамики для процессов с химическими превращениями. Химическое равновесие. тепловые эффекты экзотермических и эндотермических реакций. Зависимость теплового эффекта от температуры, от агрегатного состояния веществ. Закон Гесса. Константа равновесия. Зависимость константы равновесия от температуры. Степень диссоциации. Закон действующих масс. Правило Ле-Шателье - Брауна. Тепловая теорема Нернста. Третий закон термодинамики. Абсолютное значение энтропии. Расчеты с помощью таблиц стандартных величин и таблиц полных энтальпий и энтропий. Определение параметров состояния и состава рабочих тел и продуктов сгорания.

Тема 14. Прямые преобразователи энергии (основные понятия)

Топливные элементы. Солнечные батареи. Термоэлектрические генераторы. Термоэмиссионные преобразователи. Магнитогидродинамичеcкие (МГД) генераторы.

2.2. Примерный перечень практических занятий

2.2.1. Параметры состояния. Уравнение состояния рабочего тела.

2.2.2. Первый закон термодинамики.

2.2.3. Второй закон термодинамики. Изменение энтропии.

2.2.4. Термодинамические процессы идеального газа.

2.2.5. Термодинамические свойства газовых смесей.

2.2.6. Расчет циклов ГТУ.

2.2.7. Расчет циклов ДВС.

2.2.8. Расчет потерь эксергии в необратимых процессах.

2.2.9. Термодинамические свойства и процессы водяного пара.

2.2.10. Расчет геометрических сопл и адиабатного дросселирования.

2.2.11. Расчет процессов во влажном воздухе.

2.2.12. Расчет циклов ПСУ.

2.2.13. Расчет комбинированных циклов.

2.2.14. Расчет циклов холодильных установок и теплонасосных установок.

2.2.15. Термодинамика химических процессов.

2.3. Примерный перечень лабораторных занятий

2.3.2. Экспериментальное и расчетное определение термодинамических параметров состояния.

2.3.1. Экспериментальное определение объемной изобарной теплоемкости воздуха.

2.3.2. Определение универсальной газовой постоянной.

2.3.3. Определение показателя адиабаты для воздуха.

2.3.4. Исследование процессов в идеальных газах.

2.3.5. Определение зависимости температуры кипения воды от давления.

2.3.6. Изохорное нагревание воды и водяного пара.

2.3.7. Изучение цикла холодильной установки.

2.3.8. Изучение цикла теплонасосной установки.

2.3.9. Исследование процессов во влажном воздухе.

2.4. Примерное содержание курсового проектирования,
расчетно-графических работ

2.4.1. Расчет газовых циклов (ГТУ) с применением таблиц термодинамических свойств идеального газа.

2.4.2. Расчет цикла паросиловой установки с применением термодинамических таблиц и диаграмм водяного пара.

2.5. Примерная тематика контрольных работ

2.5.1. Расчет термодинамических процессов идеального газа.

2.5.2. Расчет циклов газовых тепловых двигателей.

2.5.3. Расчет термодинамических процессов водяного пара.

2.5.4. Расчет циклов паросиловых установок.

2.5.5. Расчет геометрических сопл.

2.5.6. Расчет циклов холодильных и теплонасосных установок

2.5.7. Расчет процессов во влажном воздухе.

3. ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

3.1. Основная литература

3.1.1. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. Учебник.-4-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 416 с.

3.1.2. Крутов В.И., Исаев С.И., Кожинов И.А. и др.; Под ред. В.И. Крутова техническая термодинамика. Учебник.- 3-е изд.. перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1991.-384 с.

3.1.3. Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика.: Учебное пособие.- М.: Машиностроение, 1972.-672 с.

3.1.4. Андрющенко А.И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок.: Учебное пособие.- 3-е изд. перераб.- М.: Высшая школа, 1985.- 319 с.

3.1.5. Сборник задач по технической термодинамике. Учебное пособие./Андрианова Т.Н., Дзампов Б.В., Зубарев В.Н., Ремизов С.А.- 3-е изд., перераб.- М.: Энергоиздат, 1981.- 240 с.

3.1.6. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике.- М.: машиностроение, 1973.- 344 с.

3.1.7. Зубарев В.Н., Александров А.А. Охотин В.С. Практикум по технической термодинамике: Учебное пособие.- 3-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1986.- 304 с.

3.1.8. Ривкин С.Л. Термодинамические свойства газов: Справочник.- 4-е изд.- М.: Энергоатомиздат, 1987.- 288 с.

3.1.9. Ривкин С.Л., Александров А.А. Tеплофизические свойства воды и водяного пара: Справочник.- М.: Энергоатомиздат, 1980.- 424 с.

3.1.10. Хутская Н.Г., Погирницкая С.Г. Расчет термодинамических процессов идеального газа:Методическое пособие.- Минск, БГПА, 1998.-28 с.

3.1.11. Хутская Н.Г., Погирницкая С.Г. Расчет термодинамических процессов в водяном паре: Методическое пособие.- Минск, БГПА, 1998.-18 с.

3.1.12. Кудимов В.А., Карташев Э.М. Техническая термодинамика. – М.: Высшая школа, 2000.

3.1.13. Исаев С.И. Термодинамика:Учеб. для ВУЗов.- 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МВТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.- 416с.

3.2. Дополнительная литература

3.2.1. Исаев С.И. Курс химической термодинамики: Учеб. пособие.-2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1986.-272 с.

3.2.2. Базаров И.П. Термодинамика: Учебник- 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1986.-272 с.

3.2.3. Бэр Г.Д. Техническая термодинамика. Теоретические основы и технические приложения. -М.: Мир, 1977.- 518 с.

3.3. Компьютерные программы и
другие научно-методические материалы

1. Хутская Н.Г., Кривошеев Ю.К. Лабораторный практикум по термодинамике. Методическое пособие для студентов специальности Т 22.01"Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент" - Минск, БНТУ, 2001.

2. h,s –диаграмма водяного пара

3.h,d –диаграмма влажного воздуха.

4.Ривкин С.Л., Александров А.А. Tеплофизические свойства воды и водяного пара: Справочник.- М.: Энергоатомиздат, 1980.- 424 с.

5.Компьютерные программы лабораторных работ по термодинамике и теплопередаче.

Дата добавления: 2014-01-20