asdfsdafa dsfasd asdf - u-szeged.hueta.bibl.u-szeged.hu/756/1/keszthelyiszabogabor... · asdfsdafa...
TRANSCRIPT
ALKALMAZOTT
MŰSZAKI HŐTAN
TÁMOP-4.1.1.F-14/1/KONV-2015-0006
Duális és moduláris képzésfejlesztés
Prof. Dr. Keszthelyi-Szabó Gábor
Többfázisú rendszerek. Többfázisú rendszerek
állapotjelzői (folyadékállapot,
nedves gőz állapot, száraz telített
gőz, túlhevített gőz). A vízgőz fázisváltozási
diagramjai, gőztáblázatok. A vízgőz
állapotváltozásai.
TÁMOP-4.1.1.F-14/1/KONV-2015-0006
Duális és moduláris képzésfejlesztés
Prof. Dr. Keszthelyi-Szabó Gábor
3. előadás
Fázisátalakulások
• A fázisátalakulás a természetben gyakran lejátszódó folyamat. Jellemző vonása az, hogy a
kiindulásnak tekintett anyagnak számos fizikai tulajdonsága megváltozik a fázisátalakulás
során. Számos fázisátalakulást használnak föl a mérnöki gyakorlatban a különféle gépi
folyamatokban. A legismertebb fázisátalakulás:
– víz fagyása, vagy a
– jég olvadása,
– a víz elpárolgása, vagy a
– gőz lecsapódása.
• 1. A gőz olyan gáz, melynek anyaga légköri nyomáson, szobahőmérsékleten jellemzően
folyadékként (esetleg szilárd anyagként) viselkedik. A folyékony anyagok valamely
mértékben mindig gőzölögnek (párolognak), és egy hőmérséklet felett (forráspont) teljesen
gőzzé alakulnak. Szárazgőznek nevezzük azt a túlhevített gőzt, mely nem tartalmaz
folyadékrészecskéket, ellentétben a köddel, amely átlátszatlanságát apró cseppek okozzák.
• 2. Termodinamikai definíciójában a gőz alatt azt a gázfázisú közeget értjük, amely még nem
viselkedik ideális gázként, mert hőmérséklete relatív közel van a forráspontjához vagy
kritikus állapotához. Ettől a hőmérséklettől távolodva ez a közeg egyre inkább az ideális
gáz tulajdonságait veszi fel, és innentől kezdve már gáznak nevezik.
• 3. Ha a gáz hőmérséklete a kritikus hőmérséklet alatt van, azt gőznek nevezhetjük. Kritikus
hőmérséklet fölött azonban a gőz elnevezés helytelen!
INDULÓ ÁLLAPOT p=const.
m
qp folyadék
t0=00C; mvíz=1kg; v0=0,001m3/kg
t0;v0
m
forrponti
folyadék
ts;v’
m
qp nedves
gőz
ts;vx
qp
Forrponti folyadék, nedves gőz p = const.
Száraz telített gőz, túlhevített gőz p=const.
m
qp száraz
telített gőz
ts;v”
m
túlhevített gőz
ttvt
Vízgőz p-v fázisváltozási diagramja
Túlhevített gőz
p [bar]
v [m3/kg]
x
Permanens gáz
p=const. t=const. Folyadék
Folyadék + Gőz
pk
vk
K
pK=221,15 bar; tK=374,120C; vK=0,003147 m3/kg
hK=2095,2 kJ/kg; sK=4,424 kJ/kgK
t = const.
t = const. TK
Vízgőz T-s fázisváltozási diagramja
Túlhevített gőz
T [K]
s[kJ/kg K]
K
x
sk
p=const. t=const.
TK
Permanens gáz
Folyadék
Folyadék + Gőz
v = const.
pK=221,15 bar; tK=374,120C
hK=2095,2 kJ/kg; sK=4,424 kJ/kgK
p = const.
p = const.
Vízgőz h-s fázisváltozási diagramja
h [kJ/kg]
s[kJ/kg K]
K
x
v = const.
Folyadék
Folyadék + Gőz
Túlhevített
gőz
p = const.
t = const.
Permanens gáz
p=const.
hK
sK pK=221,15 bar; tK=374,120C
hK=2095,2 kJ/kg; sK=4,424 kJ/kgK
t=const.
Tkrit.
A v=áll. görbék a határgörbék között is
exponenciálisak és csekély mértékben
meredekebbek a p=áll. görbéknél!
A vízgőz h-s diagram hi (J/kg)
s (J/kg·K)
x=1
x=0
Kritikus pont
T=
áll.
p=áll.
Tkrit.
p=áll. és T=áll.
Az entalpia meghatározása
xhhhhx
Száraz telített és túlhevített gőz: a nyomás és a
hőmérséklet ismeretében diagramból vagy táblázatból.
Nedves gőz: a nyomás vagy a hőmérséklet és a
gőztartalom ismeretében diagramból vagy a száraz telített
gőz és a telített folyadék entalpiájából számítással
Folyadék: a hőmérséklet ismeretében számítással
tch folyadék
ahol a hőmérséklet oC mértékegységű! Víz esetén a
számítási hiba 250 oC-ig kisebb mint 4%!
A fajtérfogat meghatározása
xvvvvx
Száraz telített és túlhevített gőz: a nyomás és a
hőmérséklet ismeretében táblázatból.
Nedves gőz: a nyomás vagy a hőmérséklet és a
gőztartalom ismeretében a száraz telített gőz és a telített
folyadék entalpiájából számítással.
Vízgőz Mollier- h-s fázisváltozási diagramja
Vízgőz Mollier- h-s fázisváltozási diagramja
Vízgőz állapotjelzőinek jelölése
Telített folyadék Nedves gőz Száraz telített gőz Túlhevített gőz
Hőmérséklet st st st tt
Fajtérfogat 'v xv "v tv
Fajlagos
belső energia 'u xu "u tu
Fajlagos entalpia 'h xh "h th
Fajlagos entrópia 's xs "s ts
Vízgőztáblázatok
A következő diákon látható táblázatok
az Elsner – Fischer – Klinger
Vízgőztáblázatból valók.
Vízgőztáblázatok
A táblázat a forrponti folyadék és a
telített vízgőz adatait tartalmazza a
hőmérséklet függvényében.
Példa: ahhoz, hogy a víz 65 °C-on forrjon, azt
0,025008 MPa nyomáson kell tartani. Ekkor a
forrponti folyadék fajtérfogata 0,0010199 m3/kg,
fajlagos entalpiája 272,03 kJ/kg, fajlagos
entrópiája 0,8933 kJ/(kgK). A nyomást tartva, további
hőközlés hatására a víz teljes egészében gőzzé alakul. A
folyamathoz szükséges hőmennyiség a párolgáshő:
2346,1 kJ/kg. Az így kialakult telített gőz
fajtérfogata: 6,2042 m3/kg, fajlagos entalpiája
2618,2 kJ/kg, fajlagos entrópiája 7,8320 kJ/(kgK).
Mivel a folyamat izoterm-izobár, hőmérséklete és
nyomása továbbra is 65°C, illetve 0,025008 MPa.
Vízgőztáblázatok
A táblázat a forrponti folyadék és a
telített vízgőz adatait tartalmazza a
nyomás függvényében. Használata
megegyezik az előzőével.
Vízgőztáblázatok
A táblázat a telítetlen folyadék és a
túlhevített gőz jellemzőit tartalmazza. A
folyadék és gőz fázist a táblázatban
vízszintes vonal választja el.
Ezen kívül megtalálhatóak adott
nyomáson a forrponti folyadékra (‘) és
a telített gőzre (‘’) jellemző adatok is,
pl. 0,085 MPa nyomáson a forrponti
folyadék fajtérfogata 0,00104 m3/kg, a
telített gőzé 1,973 m3/kg, a telítési
hőmérséklet: 95,15 °C.
A telítetlen, illetve a túlhevített
mezőben a nyomás és a hőmérséklet
ismeretében a következőképp
kereshetünk adatokat: legyen
a nyomás 0,09 MPa,
a hőmérséklet 60 °C. (Ez a fázisokat elválasztó vízszintes vonal
felett van, tehát a keresett állapotpont a
telítetlen folyadék fázisban van.)
Az állapotpont jellemzői:
fajtérfogat: v = 0,0010171 m3/kg
fajlagos entalpia: h = 251,1 kJ/kg
fajlagos entrópia: s = 0,8309 kJ/(kgK)
Bármely két állapotjelző, pl. (t és h) alapján
kikereshetünk egy állapotpontot. Ha az egyik
állapotjelző v, h vagy s, akkor interpolációra
lehet szükség.
Izoterm – izobár állapotváltozás
12
121212
vvpw
hhrxxssTq s
A nedves mezőben, azaz a két
határgörbe közt az izobar
állapotváltozás egyben izoterm
is. A közölt hő és a végzett
munka:
Izobár állapotváltozás
1221
1221
'222
1'211'21 1
vvpwww
hhqqq
hhq
hhrxssTq s
Az ábrázolt
állapotváltozás a
nedves és a túlhevített
mezőbe eső
szakaszait külön
vizsgáljuk.
Izoterm állapotváltozás
Az állapotváltozást
itt is két szakaszra
bontjuk. A nedves
mezőbe eső
szakasz az 1 –2’,
a és a túlhevített
mezőbe eső
szakasz a 2’ – 2.
1221
'222
1'211'21 1
ssTqqq
ssTq
hhrxssTq
s
s
s
0
1
2
11'21
1211
'2222
1'21
u
xuuu
vvpwww
ssTqw
vvpw
s
Izochor állapotváltozás
Az állapotváltozás során
külső munkavégzés nincs,
van viszont nyomásváltozás,
tehát technikai munka is.
121212
121
ppvhhuuq
ppvwt
Adiabatikus állapotváltozás
Ha nedves gőzt
adiabatikusan
expandáltatunk, nyomása és
hőmérséklete csökken, és
attól függően, hogy az
állapotváltozás az alsó vagy
felső határgörbe közelében
játszódik le, szárazabb vagy
nedvesebb lesz.
)( 22112121 vpvphhuuw
A fizikai munka:
A technikai munka:
21 hhwt
A munka a barpx 25,17,0 területen a
22111
1vpvpw
képlettel is számítható, ahol Zeuner szerint:
x1,0035,1
Ideális és valóságos expanzió
Fojtás
Fojtást akkor alkalmazunk, ha az áramló közeg nyomását csökkentenünk kell, de nincs
lehetőség arra, hogy a nyomáscsökkenés munkát végezzen. Ilyen alkalmazás pl. a
térfogatáram szabályozása szeleppel. A folyamat adiabatikus és izoentalpikus,
munkavégzés nincs. A fojtás irreverzibilis állapotváltozás, mivel csak a nyomáscsökkenés
irányában folyhat le. Ideális gáz esetén a hőmérséklet is állandó. A nem ideális gázok
fojtásánál fellépő hőmérséklet-változás a Joule – Thomson effektus, melyet gázok
cseppfolyósítására használnak fel.
KÖSZÖNÖM
A FIGYELMET!