96526

Процеси з робочими тілами

Курсовая

Физика

Калоричні параметри. Визначення параметрів у кінцевому стані. Термічні параметри. Калоричні параметри. Зміна калоричних параметрів у процесі. Обчислення зміни калоричних параметрів за наближеними формулами. Обчислення зміни калоричних параметрів за уточненими формулами. Визначення характеристик процессу. Схема енергобалансу процесу.

Украинкский

2015-10-07

785.01 KB

0 чел.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Кафедра теоретичної та промислової теплотехніки

ПРОЦЕСИ З РОБОЧИМИ ТІЛАМИ

Пояснювальна записка до розрахунково-графічної роботи з дисципліни

«Технічна термодинаміка»

Виконав :

Студент ІІ курсу

ТЕФ, ТП-21

Очеретянко М. Д.

Перевірив :

Трокоз Я. Є.


Завдання:

Зм.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

2

ТП 21 87 00 10 ПЗ

Студент

Очеретянко  

Керівник

Н.контр

 

Прийняв

Трокоз Я.Є.

Процеси з робочими тілами.

Пояснювальна записка

Лит.

Аркушів

30

НТУУ КПІ, ТЕФ

  водяної пари (ІГ, ) при тискові   і температурі    здійснює ізоентропний процес до тиску . Визначити всі початкові і кінцеві параметри робочого тіла, роботу і кількість теплоти в процесі. Як зміняться результати розрахунку, якщо при тих же вихідних даних цей процес здійснюється з газом при теплоємностях, що залежать від температури  ?

 


Зміст

  1.  Розрахунок в припущенні, що водяна параідеальний газ.
  2.  Визначення параметрів у початковом устані.
    1.  

Зм.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

3

ТП 21 87 00 10 РГР

Термічні параметри.

  1.  Калоричні параметри.
  2.  Визначення параметрів у кінцевому стані.
    1.  Термічні параметри.
    2.  Калоричні параметри.
  3.  Зміна калоричних параметрів у процесі.
    1.  Обчислення зміни калоричних параметрів за наближеними формулами.
    2.  Обчислення зміни калоричних параметрів за уточненими формулами.
  4.  Визначення характеристик процессу .
  5.  Схема енергобалансу процесу.
  6.  Зображення процесу в і діаграмах.
  7.  Розрахунок в припущенні, що водяна пара – реальний газ
  8.  Визначення параметрів у початковому та кінцевому станах та характеристик процессу за допомогою таблиць водяної пари.
    1.  Визначення параметрів у початковому стані (в т. 1).
    2.  Визначення параметрів у кінцевому стані (в т. 2).
    3.  Зміна калоричних параметрів в процесі.
    4.  Характеристики процесу.
    5.  Схема енергобалансу процесу.
  9.  Визначення параметрів у початковому такінцевому станах за ентропійними діаграмами ( и ).
    1.  Діаграма .
    2.  Діаграма .
  10.  Діаграма (зображення процесу).
  11.  Порівняння параметрів, знайдених за таблицями і діаграмами.
  12.  Порівняння характеристики процесу, знайдених при обчисленні параметрів за уточненими формулами (водяна пара - ідеальний газ) та з такими, що знайдені для випадку обчислення параметрів за таблицями (водяна пара – реальний газ).
  13.  Висновки.
  14.  Список використаних джерел

Розділ №1

Розрахунок в припущенні, що водяна параідеальний газ

§ 1. Визначення параметрів у початковому стані.

  1.  Термічні параметри ()

За умовою задачі в точці 1 задані два незалежних термічних параметри: абсолютний тиск (

Зм.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

4

ТП 21 87 00 10 РГР

) і термодинамічна температура (). Третій термічний параметр – питомий об’єм – обчислюємо з термічного рівняння стану ідеального газу :

.

У цьому рівнянні питома газова стала обчислюється за формулою:

,

де – універсальна газова стала;

– молярна маса водяної пари.

Маса водяної пари, що бере участь у процесі:

  1.  Калоричні параметри ()

Випадок(за молекулярно-кінетичною теорією)

1. З таблиць молярних теплоємностей, отриманих на основі молекулярно-кінетичної теорії, для водяної пари (), як трьохатомного ідеального газу, знаходимо:

а) молярна ізобарна теплоємність

б) молярна ізохорна теплоємність

1)Питомі теплоємності обчислюємо за формулами перерахунку:

а) Питома ізобарна теплоємність

б) Питома ізохорна теплоємність

 

2)Питома ентальпія

початок відліку ;

початок відліку ;

Зм.

.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

 5

ТП 21 87 00 10 РГР

3)Питома внутрішня енергія

початок відліку ;

початок відліку ;

5)Питома ентропія   ,

початок відліку,.

 Випадок (за квантово-статистичною теорією).

1.За допомогою таблиць «Термодинамічні властивості газів» (Ривкін С.Л.) для водяної пари () як ідеального газу, при  знаходимо:

1)Питома ентальпія     

, початок відліку;

2)Питома внутрішня енергія    

, початок відліку ;

3)Питома ентропія розраховується за формулою,   де , початок відліку, .

2.Задопомогою таблиць середніх теплоємностей для водяної пари () як ідеального газу при , знаходимо:

1)Середня питома ізобарна теплоємність  

2)Середня питома ізохорна теплоємність   

;

Зм.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

6

ТП 21 87 00 10 РГР

3)Питома ентальпія  

 початок відліку;

4)Питома внутрішня енергія

 початок відліку;

5)Питома ентропія за допомогою середніх теплоємностей точно не обчислюється.


§ 2. Визначення параметрів у кінцевому стані

1.2.1Термічні параметри ()

 Випадок(по молекулярно-кінетичній теорії):

За умовою задачі в точці 2 задано один параметр: абсолютний тиск (). Другий  параметр(якого не вистачає до двох незалежних)- - питомий об’єм знайдемо з рівняння зв’язку, що випливає з рівняння ізоентропного процесу для ІГ в змінних .

- показник ізоентропи для ІГ у випадку;

звідси  

Третій термічний параметр - термодинамічну температуру - обчислюємо з  термічного рівняння стану ідеального газу

,  ();

Випадок (за квантово-статистичною теорією)

1)Термодинамічну температуру визначаємо, використовуючи рівняння зв'язку:

,   де   ,     - функції температури для даного ІГ і  знаходяться в таблицях «Термодинамічні властивості газів» (Рівкін С.Л.);

Зм.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

7

ТП 21 87 00 10 РГР

За допомогою таблиць «Термодинамические свойства газов» (Рівкін С.Л.)

для   водяної  пари () , як ідеального газу при  знаходимо:

,   ().

2). Питомий об'єм знаходимо, використовуючи рівняння зв'язку для параметрів:  

,   де    ,    --  функції температури для даного  ІГ, які  знаходяться в таблицях  «Термодинамические свойства газов» (Рівкін С.Л.);

.

Похибка спрощеного підрахунку  в порівнянні з уточненим ()  рівна:

.

1.2.2 Визначення калоричних параметрів  ()

Зм.

.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

8

ТП 21 87 00 10 РГР

 Випадок(за молекулярно-кінетичною теорією)

З пункту 1.1.2 відомо, що  

2)Питома ентальпія

початок відліку ;

початок відліку ;

3)Питома внутрішня енергія

початок відліку ;

початок відліку ;

5)Питома ентропія   ,

початок відліку,.

Випадок (за квантово-статистичною теорією).

1. За допомогою таблиць «Термодинамічні властивості газів» (Ривкін С.Л.) для водяної пари () як ідеального газу при , знаходимо:

1) Питома ентальпія

, початок відліку ;

2) Питома внутрішня енергія

 , початок відліку ;

3) Питома ентропія розраховується за формулою

, де

, початок відліку, .

2.За допомогою таблиць середніх теплоємностей для водяної пари ()як ідеального газу при  знаходимо:

1) Середня питома ізобарна теплоємність

Зм.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

9

ТП 21 87 00 10 РГР

2)Середня питома ізохорна теплоємність   

;

3)Питома ентальпія

 початок відліку;

4)Питома внутрішня енергія

 початок відліку;

5)Питома ентропія за допомогою середніх теплоємностей точно не обчислюється.

§ 3 Зміна калоричних параметріву процесі

1.3.1 Обчислення зміни калоричних параметрів за наближеними формулами (випадок )

Зм.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

10

ТП 21 87 00 10 РГР

1)Зміна питомої ентальпії

, початок відліку ;

, початок відліку ;

(Перевірка:

, початок відліку;, початок відліку);

2)Зміна питомої внутрішньої енергії, початок відліку;, початок відліку;

еревірка:

, початок відліку;, початок відліку);

   З пунктів 1 і 2 ми бачимо, що зміна параметрів не залежить від початку відліку і шкали, за якою ми вимірюємо температуру (Цельсія чи Кельвіна).

3)Зміна питомої ентропії,

(Перевірка:    ).

4)Зміни калоричних параметрів() в повних величинах:

;

;

.

1.3.2 Обчислення зміни калоричних параметрів за уточненими формулами (випадок)

1.Користуючись значеннями, отриманими з таблиць «Термодинамічні властивості газів» (Ривкін С.Л.) для водяної пари () як ідеального газу, знаходимо:

1)Зміна питомої ентальпії  

;

2)Зміна питомої внутрішньої енергії

;

(Перевірка:    З рівняння зв’язку

).

3)Зміна питомої ентропії

Зм.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

11

ТП 21 87 00 10 РГР

(Перевірка:  )

Зміни калоричних параметрів() в повних величинах:

;

;

2.Користуючись значеннями, отриманими з таблиць середніх теплоємностей для водяної пари () як ідеального газу, знаходимо:

1)Зміна питомої ентальпії

,

2)Зміна питомої внутрішньої енергії

,

3) Питома ентропія(а отже і її зміна) за допомогою середніх теплоємностей точно не обчислюється.

Зміни калоричних параметрів() в повних величинах:

;

.

 

Зм.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

12

ТП 21 87 00 10 РГР

Зм.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

13

ТП 21 87 00 10 РГР

§ 4.Визначення характеристик процесу (, , , , , )

4.1  Так, як в ізоентропних процесах згідно 2му закону ТТД в рівноважних процесах , маємо: В повних величинах:

4.1.1.  Випадок(по молекулярно-кінетичній теорії):

1) З рівняння енергобалансу  через деформаційну роботу в питомих величинах:  ,  у випадку маємо:  

Питому деформаційну роботу знаходимо з формули:

(Перевірка:      

У повних величинах:

.

2)  З рівняння першого закону ТТД через роботу переміщення в питомих величинах:  , у випадку ізоентропного процесу маємо:   .

(Перевірка: );

У повних величинах:

.

4.1.2 Випадок (по квантово-статистичній теорії):   

1) З рівняння енергобалансу  через деформаційну роботу в питомих величинах:  ,  у випадку маємо:  

Питому деформаційну роботу знаходимо з формули:

У повних величинах:

.

2)  З рівняння першого закону ТТД через роботу переміщення в питомих величинах:  , у випадку ізоентропного процесу маємо:   .

У повних величинах:

.

§ 5.Схема енергобалансу процесу

Зміна внутрішньої енергії в ізоентропному процесі  витрачається на виконання деформаційної роботи.

 

Зм.

.Зм.

.

ЛистЛист

№ докум.№ докум.

Підпис

Підпис

ДатаДата

ЛистЛист

14

ТП 21 87 00 10 РГР

ТП 11 82 00 38 РГР

Зм.

.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

15

ТП 21 87 00 10 РГР

§ 6. Зображення процесу в і діаграмах

6.1. діаграма

6.2. діаграма

Розділ №2

Розрахунок в припущенні, що водяна пара – реальний газ

§ 1. Визначення параметрів у початковому та кінцевому станах за допомогою таблиць водяної пари

  1.  Термічні параметри () в початковому стані.

За умовою задачі в точці 1 задані два незалежних термічних параметри: абсолютний тиск (

Зм.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

16

ТП 21 87 00 10 РГР

) і термодинамічна температура ().  

1)Для визначення стану робочого тіла за тиском в таблиці №2 знаходимо температуру насичення за даного тиску:

Оскільки то даний стан – перегріта пара. Ці параметри визначаємо за  таблицею № 3:

2)За даними знаходимо:

  1.  Термічні параметри () в кінцевому стані.

За умовою задачі в точці 2 задано один параметр: абсолютний тиск (). Другий  параметр(якого не вистачає до двох незалежних) знаходимо з рівняння ізоентропного процесу  .    

Отже, в точці 2 нам відомо два незалежних параметри, що дає можливість знайти всі інші.

1)Для визначення стану даного робочого тіла за тиском в таблиці №2 знаходимо:

Зм.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

17

ТП 21 87 00 10 РГР

а) Питому ентропію насиченої рідини :

б) Питому ентропію сухої насиченої пари :

Так, як при даному  , то стан робочого тіла – волога насичена пара, тоді . Параметри вологої насиченої пари знаходимо з

таблиці №2 та формул змішування.

2) Степінь сухості(x) даної вологої насиченої пари знаходимо з рівняння змішування :

.

3) З таблиці №2 за тиском в таблиці №2 знаходимо:

а) Питому ентальпію насиченої рідини :

   

б) Питому ентальпію сухої насиченої пари :

в) Питомий обєм насиченої рідини :

г) Питому обєм сухої насиченої пари :

д) Температура вологої насиченої пари рівна температурі насичення при даному тиску : 

4) Питома ентальпія вологої насиченої пари:

Зм.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

18

ТП 21 87 00 10 РГР

5) Питомий обєм вологої насиченої пари:

6) Питому внутрішню енергію знаходимо за формулою :

  1.  Зміна калоричних параметрів в процесі()

1)Зміна питомої ентальпії :

;

2) Зміна питомої внутрішньої енергії:    

3)Зміна питомої ентропії , оскільки процес ізоентропний.

Маса водяної пари, яка приймає участь в процесі:

.

Зміни калоричних параметрів() в повних величинах:

;

;

  1.  Визначення характеристик процесу (, , , , , )

Так, як в ізоентропних процесах згідно 2му закону ТТД в рівноважних процесах , маємо: В повних величинах:

Зм.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

19

ТП 21 87 00 10 РГР

1)  З рівняння енергобалансу для закритих систем через деформаційну роботу впитомих величинах:  ,  у випадкумаємо:   

Питома деформаційна робота:

.

У повних величинах:

2)  З рівняння енергобалансу для закритих систем через роботу переміщенняв питомих величинах:  ,  у випадкумаємо :   

Питома робота переміщення:

.

У повних величинах:

.

2.1.5 Схема енергобалансу процесу

Зміна внутрішньої енергії в ізоентропному процесі  витрачається на виконання деформаційної роботи.

 

Зм.

.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

20

ТП 21 87 00 10 РГР

§ 2. Визначення параметрів у початковому такінцевому станах за ентропійними діаграмами ( и ).

2.2.1 Діаграма .

 За умовою  задачі в точці 1 задано два незалежних термічних параметра: абсолютний тиск () и температура ().

Ці дані дозволяють знайти всі інші ціллю визначення стану реального газу за тиском в  діаграмі знаходимо температуру насичення  . Так, як  , то даний стан реального газу – перегріта пара.

Її параметри :

1)питома ентальпія:  

2)питома ентропія:  

.

3)питомий об'єм:                      

4) питома внутрішня енергія :

За умовою задачі в точці 2 заданий один параметр — абсолютний тиск: .  Так як процес ізоентропний, питома ентропія стала:.    Ці дані дані дозволяють знайти всі інші. Для визначення стану за тиском   по діаграмі TS знаходимо :

Питому ентропію насиченої рідини  ;

Питому ентропію сухої насиченої пари ;

Оскільки при даному  ,то стан реального газу в цій точці – волога насичена пара.

В області волого насиченого пара  на перетині ізобари та ізоентропи знаходимо точку та її параметри:

1)питомий об'єм:

2)питома ентальпія:              

;

3)питома ентропія:  

.

4)температура вологої насиченої пари:

5)Питому внутрішню енергію розраховуємо за формулою:

.

Діаграма

Т

Зм.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

22

ТП 21 87 00 10 РГР

 

2.2.2 Діаграма .

По умові задачів точці 1 задано два незалежних термічних параметра : абсолютний тиск () і температуру (). Ці дані дозволяють знайти всі інші.З ціллю визначення стану реального газу за тиском в  діаграмі знаходимо температуру насичення

Так, як , то даний стан реального газу – перегріта пара. Інші параметри визначаємо по знайденій точці:

1)питомий об'єм

2)питома ентальпія:              

Изм.Изм.

ЛистЛист

№ докум.№ докум.

ПодписьПодпись

ДатаДата

ЛистЛист

23

ТП 21 87 00 10 РГР

ТП 21 87 00 10 РГР

;

3)питома ентропія:  

.

5)Питому внутрішню енергію розраховуємо за формулою:

.

За умовою задачі в точці 2 заданий один параметр — абсолютний тиск: .  Так як процес ізоентропний, питома ентропія стала:.    Ці дані данні дозволяють знайти всі інші. Для визначення стану за тиском   по діаграмі hs знаходимо :

Питому ентропію насиченої рідини  ,

де  

Питому ентропію сухої насиченої пари ;

Оскільки при даному  ,то стан реального газу в цій точці – волога насичена пара.

В області волого насиченого пара  на перетині ізобари та ізоентропи знаходимо точку та її параметри:

1)питомий об'єм:                  

.

2)питома ентальпія:

;

3)питома ентропія:  

.

4)Питому внутрішню енергію розраховуємо за формулою:

.

Діаграма

§ 3. Діаграма

Зм.

.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

24

ТП 21 87 00 10 РГР

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

25

ТП 21 87 00 10 РГР

§ 4. Порівняння параметрів, знайдених за таблицями і діаграмами

Назва величини, позначення

Таблиці

діаграма

діаграма

точка 1

точка 2

точка 1

точка 2

точка 1

точка 2

Абсолютний тиск

10

0,03

10

0,03

10

0,03

Питомий об`єм

0,5

Температура

440

133,54

440

440

135

Питома ентальпія

Питома ентропія

6,3

6,3

6,37

6,37

Питома внутрішня енергія

2853


Висновки

       У даній розрахунково-графічній роботі були визначені всі початкові і кінцеві параметри робочого тіла, їх зміна і характеристики процесу. Процес ізоентропний, тому тіло не віддає і не отримує теплоти з навколишнього середовища(випливає з принципу існування ентропії).

Результати розрахунку показують, що в даному ізоентропному процесі зі збільшенням тиску температура водяної пари підвищується. При цьому ентальпія і внутрішня енергія збільшуються, а ентропія залишається постійною.

Розрахуно к був проведений для двох випадків:

  1.  У припущенні, що водяна пара – ідеальний газ. В цьому випадку параметри і характеристики процесу визначаються для двох варіантів:
  2.  : при знахожденні зміни калоричних параметрів був зроблений висновок, що зміна параметрів не залежить від початку відліку при вимірюванні температури.
  3.  : калоричні параметри були визначені за допомогою таблиць «Термодинамічні властивості газів» Ривкіна С.Л. і таблиць середніх теплоємностей, причому ентропія через середні теплоємності не обчислюється.

Для ідеального газу наведені зображення процесу в і діаграмах.

  1.  В припущенні, що водяна пара – реальний газ. В цьому випадку параметри і характеристики процесу визначались за допомогою:
  2.  таблиць водяної пари;
  3.  масштабних діаграмах.

Для реального газу наведені зображення процесу в , і діаграмах. У кінці роботи наведене співставлення параметрів реального газу, знайдених за таблицями і діаграмами, за допомогою яких можна говорити про правильність виконання роботи.

Таким чином, було визначено, що  в даному ізоентропному процесі робота виконується завдяки зменьшеню внутрішньої енергії .

Зм.

.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

26

ТП 21 87 00 10 РГР

Знайдемо похибку обчислення деформаційної роботи між реальним та ідеальним газами:

для ідеального газу

А) :

Б) :

для реального газу:

Зм.

.

Лист

№ докум.

Підпис

Дата

Лист

27

ТП 21 87 00 10 РГР

Для :

  або 0,26%

Для :

  або 3,3%

Висновки:

Із результату видно, що для даного реального газу, в заданому діапазоні параметрів, можна використовувати теорію ідеального газу.

Список використаних джерел:

  1.  Ривкин С.Л. «Термодинамика, свойства идеальных газов».
  2.  Ривкин С.Л., Александров А.А. «Термодинамика, свойства воды и водяного пара».


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14413. Экономическое отношение современной молодёжи в России 33.5 KB
  Экономическое отношение современной молодёжи в России Молодёжь в значительной части обладает тем уровнем мобильности интеллектуальной активности и здоровья который выгодно отличает её от других групп населения. В то же время перед любым обществом стоит вопрос о...
14414. Хочешь жить - умей вертеться 18.22 KB
  Хочешь жить умей вертеться. В современном мире все вращается вокруг денег. Каждый пытается гдето сэкономить а ктото старается увеличить свою прибыль. Что касаемо студентов... То не буду лукавить даже порой садясь в автобус или маршрутное такси нас давит жаба плат
14415. Экономические отношения современной молодёжи России 30 KB
  Экономические отношения современной молодёжи России сочинение Современная молодежь России в последнее время всё чаще идёт на поводу брендов о которых не умолкают СМИ стремится быть в первых рядах и подражать иностранным известным личностям в каких либо их приобре...
14416. Сочинение на тему: «Экономические отношения молодежи в стране» 20.49 KB
  Сочинение на тему: Экономические отношения молодежи в стране. В условиях социальноэкономического реформирования российского общества особую актуальность приобретают исследования проблем молодежи проживающей в малых городах. Проблемная ситуация заключается в то
14417. Экономические отношения современной молодёжи в моей группе 7.39 KB
  Экономические отношения современной молодёжи в моей группе. Экономические отношения это отношения между людьми по поводу распределения обмена и потребления благ. В экономические отношения люди обычно вступают исходя из мотивов выгоды. Дай то что нужно мне и ...
14418. Есть такая профессия - защищать Родину 482.72 KB
  Сочинение на тему: Есть такая профессия защищать Родину Я счастливый человек Я живу со своими родителями хожу в любимую школу слышу смех бабули и дедушки. Мне интересно читать книги рассматривать картинки в энциклопедиях изучать географические карты. Как мног
14419. Важный выбор 13.85 KB
  Важный выбор Мой важный выбор состоял в том что я решил сильно поменять свою жизнь поступив в суворовское военное училище. Одним летним утром я как обычно проснулся поздно но по новостям увидел передачу об Уссурийском суворовском военном училище.
14420. Важный выбор профессии 17.36 KB
  Я учусь в 8 классе мне 14 лет. Через несколько лет меня ждет расставание со школой. Но самое главное мне предстоит сделать очень важный выбор от которого впоследствии будет зависеть моя будущая жизнь. Кто поможет мне ответить на вопрос: Кем быть Куда пойти учиться ...
14421. Моя мечта 32 KB
  Среди десятков, сотен, тысяч принимаемых человеком решений ни одно не может сравниться по своему значению, по роли и влиянию на судьбу с решением выбора профессии.