Реферат

ВЛАСТИВОСТІ І ПРОЦЕСИ РЕАЛЬНИХ ГАЗІВ І ПАРІВ

Загальні властивості реальних газів. Реальні гази відрізняються від ідеальних газів тим, що молекули цих газів мають обєми і звязані між собою силами взаємодії, що зменшуються із збільшенням відстані між молекулами. Найбільш простим рівнянням стану для реальних газів є рівняння Ван-дер-Ваальса (у даний час існує більше 150 емпірічних рівнянь):

(1)

де - поправка на обєм молекул м3/кг; , Па - поправка на внутрішній чи молекулярний тиск, обумовлений взаємним притяганням молекул газу. Константи і залежать від природи газу. На діаграмі (рис.1) показані ізотерми побудовані за рівнянням Ван-дер-Ваальса. Точка А відповідає стану рідини, точка В відноситься до пароподібного стану речовини.

Рис.1. Ізотерми реального газу

У дійсності перехід з рідкого стану в пароподібний завжди відбувається через двофазний стан речовини. При цьому при даній температурі процес переходу відбувається також і при постійному тиску. Цей дійсний перехід з рідкого стану в пароподібний зображається прямою лінією АВ.

Практично для особливо чистих речовин можливе здійснення ділянок хвилеподібної кривої AQ і DB. У першому випадку мають місце постійні стани перегрітої пари рідини, а в другому - переохолодженої пари.

При визначеній температурі ізотерма рівняння Ван-дер-Ваальса не буде мати хвилеподібної ділянки (точка К). Цю температуру називають критичною. Якщо зєднати точки А1, А2, А3, ... і В1, В2, В3, ... одержимо криву, схожу на параболу. Крива АК називається нижньою граничною кривою і відповідає стану кипіння рідини. Крива КВ називається верхньою граничною кривою і відповідає стану сухої насиченої пари.

Отже, для реальної речовини діаграму можна розбити на три області: 1 - область рідкого стану, розташована лівіше нижньої граничної кривої; 2 - область двофазних станів (волога пара), розташована між нижньою і верхньою граничною кривими; 3 - область перегрітої пари, розташована правіше верхньої граничної кривої і вище критичної точки. Умовно область рідини обмежують зверху лінією КМ - критична ізобара.

Водяна пара і її характеристики. Пара - газоподібне тіло в стані, близькому до киплячої рідини. Пароутворення - процес перетворення речовини з рідкого стану в пароподібний. Випаровування - пароутворення , що відбувається завжди при будь-якій температурі з поверхні рідини. Кипіння - це перетворення рідини в пару у всьому обємі. Конденсація - це перехід з парової фази в рідку. Сублімація - перехід із твердої фази в газоподібну. Десублімація - перехід з газової фази у тверду. Рівномірна суміш дрібних часток рідини і сухої насиченої пари утворює вологу насичену пару. При переході всієї рідини в пару утвориться суха насичена пара. Насичена пара - це пара, що знаходиться в рівновазі з рідиною. Ненасичена пара - це пара, що не знаходиться в рівновазі з рідиною. Перегрітою парою називається пара, температура якої вище температури сухої насиченої пари при даному тиску. Перегріта пара є ненасиченою парою.

Різниця між температурою перегрітої пари і температурою насиченої пари того тж тиску називається ступенем перегріву.

Для визначення стану вологої пари введене поняття ступеня сухості, який являє собою масову частку сухої насиченої пари у вологій парі:

(2)

де - маса сухої насиченої пари; - маса киплячої води; маса вологої насиченої пари.

Лінії постійного ступеня сухості збігаються в критичній точці К. Киплячій воді відповідає ступінь сухості х = 0, кривій сухої насиченої пари - .

Водяну пару на практиці одержують в котлоагрегатах, де процес перетворення води в пару проходить при сталому тиску (рис.2).

Рис. 2. Схема котлоагрегата

На фазовій діаграмі (рис.3.) область двофазного стану обмежена кривими і , і отримання пари зображається горизонтальною прямою - нагрівання рідини до температури кипіння; - пароутворення; - перегрівання пари.

Рис.3. Фазові діаграми процесу пароутворення в і діаграмах

Аналіз трьох стадій отримання перегрітої пари. Використовуючи вирази першого закону термодинаміки і для ізобарного процесу, отримаємо вираз для обчислення і в процесах отримання водяної пари:

(3)

(4)

Для обчислення ентропії використовується вираз

газ водяний пар термодинамічний

(5)

Питомі параметри води позначаються індексом 0 .

Питомі параметри робочого тіла на кривій кипіння позначаються штрихом на кривій сухої насиченої пари - двома штрихами . Параметри, які стосуються вологої насиченої пари, позначаються індексом х , а параметри перегрітої пари - без індексів і без штрихів .

Параметри стану води в точці а при t = 0 0С і різному тиску мають значення: питомий обєм v=0,0001 м3/кг, тиск р0 = 611 Па, температура Т0 = 273, 16 К (t = 0,01 0С), ентропія, внутрішня енергія і ентальпія дорівнюють нулю.

Кількість тепла, необхідного для здійснення стадії нагрівання води до температури кипіння, називається теплотою рідини і згідно з виразом (4) становить: