Тема 5. Реальные газы
5.1. Водяной пар
Насыщенный водяной пар – пар, получаемый при кипении воды при постоянной температуре (температуре насыщения).
Для определения характеристик насыщенного пара используют таблицы воды и водяного пара, в которых приводятся данные в зависимости только от температуры или давления (табл. 5.1 и 5.2).
Теплота, передаваемая при нагреве воды
,
кДж, (5.1)
где энтальпия
воды 
,
кДж/кг.
Теплота, передаваемая при парообразовании
,
кДж, (5.2)
где m,
V
– масса (кг) и объем (м3)
воды; ρ’
– плотность
воды, кг/м3;
r
– теплота парообразования, кДж/кг;
– средняя изобарная теплоемкость воды,
кДж/(кг˖К).
Тепловая мощность находится из
,
кВт, (5.3)
где τ
– время, с;
-
энтальпия пара (табл. 5.1, 5.2).
Объемный расход среды определяется через скорость ее движения U (м/с) и площадь поперечного сечения канала S (м2)
Gυ=U·S, м3/с. (5.4)
Массовый расход среды находится из
Gm= Gυ · ρ, кг/с. (5.5)
Таблица 5.1
Физические свойства водяного пара на линии насыщения
(по температурам)
t, oC |
Р, МПа |
ρ”,
кг/м3 |
h”, кДж/кг |
r, кДж/кг |
ср”, кДж/(кгּК) |
λ·102,
|
·106, м2/с |
Pr |
20 |
0,0023 |
0,017 |
2537 |
2453 |
1,84 |
1,1 |
70 |
1,06 |
40 |
0,0073 |
0,051 |
2573 |
2406 |
1,88 |
1,5 |
56 |
1,06 |
60 |
0,02 |
0,13 |
2609 |
2358 |
1,9 |
1,8 |
40 |
1,065 |
80 |
0,047 |
0,29 |
2643 |
2308 |
2,0 |
2,1 |
30,4 |
1,07 |
100 |
0,1013 |
0,598 |
2675,9 |
2256,8 |
2,135 |
2,372 |
20,02 |
1,08 |
120 |
0,198 |
1,121 |
2706,5 |
2202,8 |
2,206 |
2,593 |
11,46 |
1,09 |
140 |
0,36 |
1,966 |
2734,1 |
2145,0 |
2,315 |
2,791 |
6,89 |
1,12 |
160 |
0,62 |
3,258 |
2758,0 |
2082,6 |
2,479 |
3,012 |
4,39 |
1,18 |
180 |
1,0 |
5,157 |
2778,5 |
2015,2 |
2,709 |
3,268 |
2,93 |
1,25 |
200 |
1,56 |
7,862 |
2793,1 |
1940,7 |
3,023 |
3,547 |
2,03 |
1,36 |
220 |
2,32 |
11,62 |
2801,5 |
1857,8 |
3,408 |
3,896 |
1,45 |
1,47 |
240 |
3,35 |
16,76 |
2803,2 |
1765,6 |
3,881 |
4,291 |
1,06 |
1,61 |
260 |
4,69 |
23,72 |
2796,5 |
1661,4 |
4,468 |
4,803 |
0,794 |
1,75 |
280 |
6,42 |
33,19 |
2779,7 |
1542,9 |
5,234 |
5,489 |
0,600 |
1,90 |
300 |
8,59 |
46,21 |
2749,2 |
1404,3 |
6,280 |
6,268 |
0,461 |
2,13 |
320 |
11,29 |
64,72 |
2700,2 |
1238,1 |
8,206 |
7,513 |
0,353 |
2,50 |
340 |
14,61 |
92,76 |
2621,9 |
1027,1 |
12,35 |
9,304 |
0,272 |
3,35 |
360 |
18,67 |
144,0 |
2481,2 |
719,7 |
23,03 |
12,79 |
0,202 |
5,23 |
Таблица 5.2
Физические свойства воды и водяного пара на линии насыщения
(по давлениям)
Р, МПа |
tн, оС |
м3/кг |
м3/кг |
h", кДж/кг |
r, кДж/кг |
ср", кДж/(кгּК) |
s", кДж/кг·К |
0,1 |
99,62 |
0,0010432 |
1,696 |
2674,9 |
2257,5 |
2,135 |
7,3579 |
0,2 |
120,23 |
0,0010606 |
0,8860 |
2706,8 |
2202,0 |
2,2 |
7,1279 |
0,4 |
143,62 |
0,0010836 |
0,4623 |
2738,7 |
2134,1 |
2,3 |
6,8969 |
0,6 |
158,84 |
0,0011009 |
0,3156 |
2756,9 |
2086,3 |
2,48 |
6,7609 |
0,8 |
170,41 |
0,0011149 |
0,2403 |
2769,0 |
2048,1 |
2,6 |
6,6630 |
1,0 |
179,88 |
0,0011273 |
0,1945 |
2777,8 |
2015,3 |
2,7 |
6,5867 |
1,2 |
187,95 |
0,0011385 |
0,1633 |
2784,6 |
1986,2 |
2,85 |
6,5224 |
1,4 |
195,04 |
0,0011488 |
0,1408 |
2789,7 |
1959,7 |
2,95 |
6,4699 |
1,6 |
201,36 |
0,0011587 |
0,1238 |
2793,5 |
1935,2 |
3,05 |
6,4221 |
1,8 |
207,10 |
0,0011678 |
0,1104 |
2796,5 |
1912,3 |
3,2 |
6,3794 |
2,0 |
212,37 |
0,0011768 |
0,09961 |
2799,2 |
1890,7 |
3,22 |
6,3411 |
2,2 |
217,24 |
0,0011851 |
0,09069 |
2800,6 |
1869,7 |
3,36 |
6,3056 |
2,4 |
221,77 |
0,0011932 |
0,08324 |
2801,8 |
1850,0 |
3,46 |
6,2727 |
2,6 |
226,04 |
0,0012011 |
0,07687 |
2602,6 |
1830,8 |
3,56 |
6,2407 |
2,8 |
230,04 |
0,0012088 |
0,07142 |
2803,1 |
1812,8 |
3,66 |
6,2129 |
3,0 |
233,83 |
0,0012164 |
0,06663 |
2803,1 |
1794,7 |
3,98 |
6,1859 |
4,0 |
249,2 |
0,00125 |
0,0507 |
2802 |
1719 |
4,2 |
6 |
5,0 |
262,7 |
0,00128 |
0,04 |
2795 |
1646 |
4,5 |
5,9 |
6,0 |
274,3 |
0,0013 |
0,033 |
2786 |
1578 |
5 |
5,8 |
7,0 |
284,5 |
0,0013 |
0,028 |
2775 |
1514 |
5,4 |
5,75 |
8,0 |
293,6 |
0,00138 |
0,024 |
2762 |
1451 |
5,8 |
5,7 |
,
,
Задача № 5.1
Определить, во сколько раз изменится плотность ρ”, энтальпия h”, теплота парообразования r и изобарная теплоемкость cp” насыщенного пара при увеличении:
а)
температуры пара с t1
= 100 oC
до
оС;
б)
при увеличении давления пара с Р1
= 100 кПа до
кПа;
в) температуры
пара с t1
= 20 oC
до
оС.
Рекомендации: определить значения параметров при температурах t1 и t2 по табл. 5.1 или по Р1 и Р2 по табл. 5.2 и найти их соотношение.
Задача № 5.2
Рассчитать, во
сколько раз время выкипания воды из
емкости объемом V=2
л при температуре насыщения
больше, чем время нагрева до этой
температуры от температуры
t1=20
0С.
Мощность нагревателя:
а) W = 600 Вт; б) W = 400 Вт; в) W = 800 Вт.
Рекомендации: по зависимости (5.1 и 5.2) найти теплоту, необходимую для нагрева и испарения воды, по зависимости (5.3) определить время в секундах и часах. Свойства пара определить по табл. 5.1, для воды с’р=4,19 кДж/(кгּК), ρ =103 кг/м3.
Задача № 5.3
В барабане котла находится кипящая вода при давлении Р=(100+100·n) кПа. Объем барабана котла V = 8 м3. Объем кипящей воды в барабане составляет:
а) 20 %; б) 40 %; в) 60 %.
Определить массы насыщенного сухого пара и воды в барабане котла. Рассчитать, количество теплоты, необходимой для получения этого пара и испарения кипящей воды.
Рекомендации: определить объемы воды и пара в барабане котла, по табл. 5.2 определить удельные объемы и рассчитать массы пара и воды, использовать зависимости (4.8-4.9).
Задача № 5.4
По трубопроводу диаметром d = 0,5 м движется насыщенный водяной пар при температуре t = (80+20·n) 0С. Определить скорость его движения, если его расход составляет
а) Gm = 8 кг/с; б) Gm = 6 кг/с; в) Gm = 10 кг/с.
Рассчитать тепловую мощность, необходимую для получения этого пара, если температура исходной воды составляет t1 = 20 oC.
Рекомендации: по табл. 5.1 находится плотность пара, по зависимости (5.5) находится объемный расход и по (5.4) определяется скорость пара. Мощность находится по (5.3), энтальпия пара находится по таблице 5.1 или 5.2, энтальпия воды – по (5.1).