chapter 3-231-51 (part 1)

46
บบบบบ 3 บบบบบบบบบ บบบบบบบบบบบบบบบ Chapter 3: Properties of Pure Substances

Upload: grid-g

Post on 17-Nov-2014

482 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Chapter 3-231-51 (part 1)

บทท�� 3 คุ�ณสมบ�ติ ของสารบร ส�ทธิ์ �Chapter 3: Properties of Pure Substances

Page 2: Chapter 3-231-51 (part 1)

• สารบร�ส�ทธิ์� (Pure substance) หมายถึ�ง สารท��ม�องคุ�ประกอบทางเคุม�สม��าเสมอและเหม!อนก�นท��วท�$งเน!$อสาร

• สารบร ส�ทธิ์ �อาจอย&'ในสถึานะเดี�ยวหร!อมากกว'าน�$นก*ไดี, แติ'ในท�กสถึานะติ,องม�องคุ�ประกอบทางเคุม�เหม!อนก�น

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

ภาพแสดีงการเปล��ยนแปลงสถึานะของน�$า

Page 3: Chapter 3-231-51 (part 1)

• สารบางชน ดีสามารถึสมมติ ให,เป0นสารบร ส�ทธิ์ �ไดี,เม!�อไม'ม�การเปล��ยนสถึานะ เช'น อากาศ (Air)

• อากาศเม!�ออย&'ในสถึานะก2าซจะม�คุวามเป0นเน!$อเดี�ยวก�นท�$งหมดี สามารถึพ จารณาว'าเป0นสารบร ส�ทธิ์ �ไดี,

• อากาศในสถึานะท��ม�ก2าซก�บของเหลวผสมก�นจะไม'ถึ!อว'าเป0นสารบร ส�ทธิ์ � เพราะองคุ�ประกอบทางเคุม�ของส'วนท��อย&'ในสถึานะก2าซและส'วนท��อย&'ในสถึานะของเหลวไม'เหม!อนก�น

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 4: Chapter 3-231-51 (part 1)

สถานะของสาร

ของแข�ง (Solid) ของเหลว (Liquid)ก๊�าซ/ไอ (Gas/Vapor/Vapor)

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 5: Chapter 3-231-51 (part 1)

ของแข*ง (Solid)• ของแข*ง (Solid) เป0นสถึานะของสารท��อน�ภาคุติ'าง ๆ ม�

แรงย�ดีเหน��ยวระหว'างก�นคุ'อนข,างมากท�าให,แติ'ละอน�ภาคุม�ติ�าแหน'งท��แน'นอน

• ร&ปร'างของสารท��อย&'ในสภาวะของแข*งจะไม'เปล��ยนแปลงติามภาชนะท��บรรจ�

ภาพแสดีงติ�วอย'างโคุรงสร,างของสารท��อย&'ในสถึานะของแข*งNatanee VorayosNatanee Vorayos

254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 6: Chapter 3-231-51 (part 1)

ของเหลว (Liquid)• ของเหลว (Liquid) เป0นสถึานะของสารท��อน�ภาคุม�แรงย�ดีเหน��ยวระหว'าง

โมเลก�ลอย&'ในระดี�บปานกลาง (เม!�อเท�ยบก�บของแข*งและก2าซ ) โดียอน�ภาคุจะเกาะก�นเป0นกล�'มหร!อเป0นช�$น และสามารถึเคุล!�อนผ'านก�นระหว'างช�$นไดี,

• ร&ปร'างของสารท��อย&'ในสภาวะของเหลวจะแปรเปล��ยนไปติามภาชนะท��บรรจ�• ซ��งป7จจ�ยท��ท�าให,สารม�การเปล��ยนสถึานะไดี,แก' แรงย�ดีเหน��ยวโมเลก�ล ,

พล�งงานท��สะสมอย&'ในแติ'ละโมเลก�ล , อ�ณหภ&ม และ คุวามดี�นท��ล,อมรอบ

ภาพแสดีงโคุรงสร,างของสารท��อย&'ในสถึานะของเหลวNatanee VorayosNatanee Vorayos

254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 7: Chapter 3-231-51 (part 1)

ก2าซหร!อไอ (Gas/Vapor)• ก2าซหร!อไอ (Gas or vapor) คุ!อสถึานะของสารจะท��อน�ภาคุม�แรงย�ดี

เหน��ยวระหว'างก�นคุ'อนข,างน,อยถึ�งน,อยมากท�าให,แติ'ละอน�ภาอย&'ห'างก�น และแติ'ละอน�ภาคุหร!อโมเลก�ลสามารถึเคุล!�อนท��ไดี,อย'างอ สระในท ศทางท��ไม'แน'นอน

• ร&ปร'างของสารท��อย&'ในสภาวะก2าซหร!อไอจะแปรเปล��ยนไปติามภาชนะและจะม�การฟุ้� 9งกระจายเติ*มภาชนะ

• ซ��งป7จจ�ยท��ท�าให,สารม�การเปล��ยนสถึานะไดี,แก' แรงย�ดีเหน��ยวโมเลก�ล ,พล�งงานท��สะสมอย&'ในแติ'ละโมเลก�ล , อ�ณหภ&ม และ คุวามดี�นท��ล,อมรอบ

ภาพแสดีงโคุรงสร,างของสารท��อย&'ในสถึานะของเหลวNatanee VorayosNatanee Vorayos

254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 8: Chapter 3-231-51 (part 1)

ก๊ระบวนก๊ารให�ความร�อนก๊�บน !าท"#ความดั�นก๊ระบวนก๊ารให�ความร�อนก๊�บน !าท"#ความดั�นคงท"#คงท"#

• (1) – (2) ให,คุวามร,อนก�บน�$าท��อย&'ในสภาวะของเหลวจะกระท��งอ�ณหภ&ม ของน�$าม�คุ'าเท'าก�บอ�ณหภ&ม จ�ดีเดี!อดี (Boiling Point Temperature) ในกระบวนการน�$ปร มาติรม�การเปล��ยนแปลงน,อยมาก

• (2) – (4) ให,คุวามร,อนก�บน�$าติ'อไปจนกระท��งน�$าท��อย&'ในสภาวะของเหลวกลายเป0นไอหมดีพอดี� ในกระบวนการน�$อ�ณหภ&ม จะคุงท��แติ'ปร มาติรจะม�การเพ �มข�$นอย'างรวดีเร*ว

• (4) – (5) ให,คุวามร,อนก�บน�$าท��อย&'ในสภาวะไอติ'อไป ในกระบวนการน�$อ�ณหภ&ม ของไอน�$าจะเพ �มข�$นและปร มาติรของไอน�$าก*จะเพ �มข�$นอย'างรวดีเร*ว

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 9: Chapter 3-231-51 (part 1)

• สภาวะท��ของเหลวย�งไม'พร,อมจะกลายเป0นไอและหากไดี,ร�บคุวามร,อนจะม�อ�ณหภ&ม เพ �มข�$น (สภาวะท�� 1) เร�ยกว'า สภาวะของเหลวอ�ดีติ�ว(Compressed Liquid) หร!อของเหลวเย*นจ�ดี (Subcooled Liquid)

• สภาวะของสารท��อย&'ในสภาวะของเหลวท��พร,อมจะระเหยกลายเป0นไอ หร!อสภาวะท��โมเลก�ลส�ดีท,ายของสารคุวบแน'นกลายเป0นของเหลวหมดีพอดี� (สภาวะท�� 2) เร�ยกว'าสภาวะของเหลวอ �มติ�ว (Saturated Liquid: Sat. Liquid)

• สภาวะของสารท��ม�ท� $งส'วนท��เป0นของเหลวและส'วนท��เป0นไอรวมก�นอย&' (สภาวะท�� 3) เร�ยกว'า สภาวะของผสมของสถึานะ (Two – Phase Mixture) หร!อ สภาวะอ �มติ�ว (Saturated Mixture)

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 10: Chapter 3-231-51 (part 1)

• สภาวะของสารท��อย&'ในสภาวะไอท��พร,อมจะคุวบแน'นหร!อกล��นติ�วกลายมาเป0นของเหลว หร!อสภาวะท��โมเลก�ลส�ดีท,ายของสารระเหยกลายเป0นไอพอดี� (สภาวะท�� 4) เร�ยกว'า สภาวะไออ �มติ�ว (Saturated Vapor: Sat. Vapor)

• สภาวะภายหล�งจากท��ท�กโมเลก�ลของสารกลายเป0นไอไปหมดีแล,วและเม!�อไดี,ร�บคุวามร,อนติ'ออ�ณหภ&ม จะเพ �มส&งข�$น (สภาวะท�� 5) เร�ยกว'า สภาวะไอร,อนยวดีย �ง หร!อ ไอดีง (Superheated Vapor)

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 11: Chapter 3-231-51 (part 1)

แผนภาพอ�ณหภ)ม� – ปร�มาตรจำ าเพาะ (Temperature – Specific Volume Diagram: T – v diagram)

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 12: Chapter 3-231-51 (part 1)

แผนภาพอ�ณหภ)ม� – ปร�มาตรจำ าเพาะ (Temperature – Specific Volume Diagram: T – v diagram)

v<vf

vf vmi

x

vg

v>vg

5

vf

g

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 13: Chapter 3-231-51 (part 1)

แผนภาพอ�ณหภ&ม – ปร มาติรจ�าเพาะ (Temperature – Specific Volume

Diagram: T – v diagram)

1 atm

0.1 atm

10 atm

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 14: Chapter 3-231-51 (part 1)

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 15: Chapter 3-231-51 (part 1)

v<vf

vf vmi

x

vg

v>vg

Tsat1

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 16: Chapter 3-231-51 (part 1)

v<vf

vf vmi

x

vg

v>vg

Tsat2

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 17: Chapter 3-231-51 (part 1)

v<vf

vf vmi

x

vg

v>vg

T1

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 18: Chapter 3-231-51 (part 1)

v<vf

vf vmi

x

vg

v>vg

T2

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 19: Chapter 3-231-51 (part 1)

50

300

100

P (kPa)

แผนภาพความดั�น – ปร�มาตรจำ าเพาะ (Pressure – Specific Volume Diagram: P – v diagram)

100C

120C

75C, subcooled

75C, sat.liq. 75C, sat.vap. 75C, sat.mix. 75C, superheated

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 20: Chapter 3-231-51 (part 1)

แผนภาพความดั�น – ปร�มาตรจำ าเพาะ (Pressure – Specific Volume Diagram: P – v diagram)

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 21: Chapter 3-231-51 (part 1)

อ�ณหภ)ม�อ�#มต�ว (Saturated Temperature)

• อ�ณหภ)ม�ท"#ท าให�ของเหลวระเหย ณ ความดั�นท"#ก๊ าหนดัระเหยก๊ลายเป.นไอ เช่0น ท"#ความดั�น 1 บรรยาก๊าศ น !าม"ม"อ�ณหภ)ม�อ�#มต�วเท0าก๊�บ 100C

• อ�ณหภ)ม�จำ�ดัเดั2อดั , อ�ณหภ)ม�จำ�ดัควบแน0น

ความดั�นอ�#มต�ว (Saturated Pressure)

• ความดั�นท"#ท าให�ของเหลวระเหย ณ อ�ณหภ)ม�ท"#ก๊ าหนดัระเหยก๊ลายเป.นไอ เช่0น ท"#อ�ณหภ)ม� 100C น !าจำะเดั2อดัเม2#อความดั�นม"ค0าเท0าก๊�บ 1 บรรยาก๊าศ

แผนภาพคุวามดี�นก�บอ�ณหภ&ม (P – T diagram): ของเหลว & ไอ/ก2าซ

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 22: Chapter 3-231-51 (part 1)

ภาพฉายพ!$นผ วอ�ณหพลศาสติร�

• สมดี�ลระหว'างสถึานะสามารถึอธิ์ บายดี,วยแผนภาพแสดีงคุวามส�มพ�นธิ์�ระหว'างคุ�ณสมบ�ติ สามติ�ว คุ!อ อ�ณหภ&ม คุวามดี�น และปร มาติร

• ภาพฉายของพ!$นผ วอ�ณหพลศาสติร� (Thermodynamic Surfaces)

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 23: Chapter 3-231-51 (part 1)

พ2!นผ�วทางอ�ณหพลศาสตร3 แบ0งเป.น 2 แบบ 1) ปร มาติรจ�าเพาะลดีลงเม!�อสารแข*งติ�ว (หดีติ�วเม!�อสารแข*ง

ติ�ว ) 2 ) ปร มาติรจ�าเพาะเพ �มข�$นเม!�อสารแข*งติ�ว (ขยายติ�วเม!�อสาร

แข*งติ�ว)

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 24: Chapter 3-231-51 (part 1)

P-v-T surface for a substance that expands on freezing

SIDE VIEW

FRONT VIEW

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 25: Chapter 3-231-51 (part 1)

P-v-T surface for a substance that contracts on freezing

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 26: Chapter 3-231-51 (part 1)

ติารางอ�ณหพลศาสติร� (Thermodynamics Table)

• การคุ,นหาข,อม&ลคุ�ณสมบ�ติ ท��ติ,องการ จ�าเป0นจะติ,องเล!อกใช,ติารางไดี,อย'างถึ&กติ,อง และทราบข,อม&ลเก��ยวก�บสารท�างานอย'างน,อย 2 อย'าง เพ!�อใช,ในการระบ�สภาวะสารท�างานให,ไดี,ก'อน จากน�$นจ�งคุ,นหาคุ�ณสมบ�ติ ติ�วท��เหล!อติ'อไป

• หากคุ'าท��ติ,องการทราบจากติารางอ�ณหพลศาสติร�ไม'สามารถึอ'านออกมาไดี,โดียติรง โดียคุ'าท��ติ,องการติกอย&'ระหว'างช'วงในติาราง หร!อนอกช'วง ก*จ�าเป0นติ,อง– ประมาณค0าระหว0างช่0วง (Interpolation) หร2อ– ประมาณค0านอก๊ช่0วง (Extrapolation)

• แติ'ในกรณ�ท�ม�ซอฟุ้ท�แวร� Catt2 ก*ไม'จ�าเป0นติ,องประมาณคุ'า แติ'สามารถึอ'านคุ'าจากโปรแกรมไดี,ท�นท�

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 27: Chapter 3-231-51 (part 1)

vf

vf

g

vg

Saturated Water: Temperature Table

ตารางสภาวะอ�#มต�ว

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 28: Chapter 3-231-51 (part 1)

v1>

vg

Superheated Water

Tsat

T1

(45.81)

10 kPa

ตารางไอร�อนยวดัย�#ง/ไอดังSat. vap.

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 29: Chapter 3-231-51 (part 1)

v1<vf

Subcooled/Compressed Water

Tsat

T1

(45.81)

10 kPa

ตารางของเหลวอ�ดัต�ว/ของเหลวเย�นยวดัย�#งSat. liq.

โดัยท�#วไปจำะใช่�ค�ณสมบ�ต�ของ Sat. Liq. ณ อ�ณหภ)ม� (T) ท"#ก๊ าหนดัแทน

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 30: Chapter 3-231-51 (part 1)

การประมาณคุ'าระหว'างช'วง (Interpolation)• คุล,ายคุล�งก�บการเท�ยบบ�ญญ�ติ ไติรยางคุ� หร!ออ�กน�ยหน��งคุ!อการ

อาศ�ยหล�กการของการระบ�หาติ�าแหน'ง (Coordinate) ท��สามระหว'างสองติ�าแหน'งท��ทราบแล,ว และเพ!�อให,ง'ายจะสมมติ ว'าม�เส,นติรงระหว'างสองจ�ดีท��ทราบ coordinate แล,ว หร!อท��เร�ยกว'าการท�า linear interpolation

y1

y2

x1x2x3

y3

y

x

3 13 2 1 1

2 1

( )x x

y y y yx x

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 31: Chapter 3-231-51 (part 1)

- Linear Interpolation SaturatedTable

32 , ?

32 30(5.6280 4.2461) 4.2461 4.79886

35 30

osat

sat

T C P

P kPa

3

32 , ?

32 30(0.001006 0.001004) 0.001004

35 30

0.0010048 /

of

sat

T C v

P

m kg

3

32 , ?

32 30(25.216 32.893) 32.893

35 30

29.8222 /

og

sat

T C v

P

m kg

3 13 2 1 1

2 1

( )x x

y y y yx x

Saturated Water: Temperature Table

Ts

at

Ts

at=

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 32: Chapter 3-231-51 (part 1)

Superheated Table: Water (SI unit)

• Temperature in oC• Pressure block

– Specific volume of superheated vapor (v) in m3/kg

– Specific internal energy of superheated vapor (u) in kJ/kg

– Specific enthalpy of superheated vapor (h = u+Pv) in kJ/kg

– Specific entropy of superheated vapor (s) in kJ/kg.K

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 33: Chapter 3-231-51 (part 1)

3

225 , 10 , ?

225 200(24.136 21.825) 21.825

250 200

22.9805 /

oT C P kPa v

v

m kg

352 / , 10 , ?

52.0 49.526(900 800) 800

54.141 49.526

853.61 o

v m kg P kPa T

T

C

3

300 , 20 , ?

20 10(5.284 26.445) 26.445

50 10

21.1548 /

oT C P kPa v

v

m kg

310

350

320

340 , 20 , ?

340 300(31.063 26.445) 26.445 28.2922 /

400 300

340 300(6.209 5.284) 5.284 5.654 /

400 300

20 10(5.654 28.2922) 28.2922 22.6327 /

50 10

o

kPa

kPa

kPa

T C P kPa v

v m kg

v m kg

v m kg

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 34: Chapter 3-231-51 (part 1)

คุ�ณภาพไอ/คุวามแห,งของไอ (x) ก�บแผนภาพ T-v• คุ�ณภาพไอ/ คุวามแห,งของไอ

(Quality) ม�ส�ญล�กษณ�เป0น x เป0นติ�วระบ�อ�ติราส'วนของส'วนท��เป0นไอติ'อสารท�$งหมดี

• สามารถึหาไดี,การน�ามวลส'วนท��เป0นไอหารดี,วยมวลท�$งหมดี (ผลรวมของมวลของเหลวและมวลของไอ)

vap

tot

mx

m

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 35: Chapter 3-231-51 (part 1)

ส&ติรคุ�านวณคุ'าปร มาติรจ�าเพาะจากคุ'า x• ปร มาติรรวมคุ ดีจากปร มาติรของเหลวและไอ • โดียปร มาติรเป0นผลคุ&ณของมวลและปร มาติรจ�าเพาะ

(1 ) .f gv x v x v

tot liq vapV V V

. .tot liq f vap gm v m v m v

( ). .tot tot vap f vap gm v m m v m v

( ).tot vap f vap

gtot tot

m m v mv v

m m

vap

tot

mx

mจาก

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 36: Chapter 3-231-51 (part 1)

ส&ติรคุ�านวณคุ'า x จากปร มาติรจ�าเพาะ• ก�าหนดีให, vfg เป0นผลติ'างของปร มาติรจ�าเพาะของไออ �มติ�วก�บ

ของเหลวอ �มติ�ว

• จะไดี,สมการคุวามส�มพ�นธิ์�ระหว'างปร มาติรจ�าเพาะเฉล��ยของของผสมอ �มติ�ว ก�บคุ�ณภาพไอ (x)

f g fgv v v

(1 ) .f gv x v x v

f fgv v xv

fgf

gff

vvxv

xvxvvv

จาก

จะไดี,

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 37: Chapter 3-231-51 (part 1)

การแสดีงกระบวนการบนแผนภาพ P-v และ T-v

• น�$าบรรจ�อย&'ในท'อทรงกระบอกม�การเคุล!�อนท��ในสองกระบวนการกระบวนการท�� - 12 น�$าท�� T = 400C, P = 10 bar ถึ&กท�าให,เย*นลงโดียกระบวนการคุวามดี�นคุงท��จนกลายเป0นไออ �มติ�วพอดี�กระบวนการท�� - 23 น�$าถึ&กท�าให,เย*นลงท��ปร มาติรคุงท��จนกระท��งอ�ณหภ&ม ลดีลงเป0น 150

oC• จงเข�ยนกราฟุ้แสดีงคุวามส�มพ�นธิ์�ระหว'าง P-v และ T-v ของกระบวนการน�$

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 38: Chapter 3-231-51 (part 1)

สภาวะอ �มติ�วและคุ�ณภาพไอสภาวะอ �มติ�ว (Saturated state)

ของสารท�างาน เป0นไดี, 3 สภาวะ 1( ) ของเหลวอ�#มต�ว (Saturated

liquid) เป0นของเหลวท��อย&'ท��จ�ดีเดี!อดีและคุวามดี�นอ �มติ�ว พร,อมท��จะเปล��ยนสถึานะจากของเหลวเป0นไอ เม!�อไดี,ร�บคุวามร,อนติ'อไป จะเร �มม�ส'วนท��ระเหยกลายเป0นไอ และจะม�คุ�ณภาพไอ (x) เป0น x = 0

(2) ไออ�#มต�ว (Saturated vapor) เป0นสารท�างานท��จ�ดีเดี!อดีและคุวามดี�นอ �มติ�วม�สถึานะเป0นไอท�$งหมดี หร!อการเปล��ยนสถึานะเป0นไอส $นส�ดีแล,ว หร!อของเหลวหยดีส�ดีท,ายระเหยหมดีไป และจะม�คุ�ณภาพไอ เป0น x = 1

T

v

Tsat

P = Psat

vf vg

Saturated liquid

Saturated vapor

Saturated mixturevf<v<vg

gf

gfgf

gf

satsat

sss

hhhuuu

xvvv

TTPP

,

10 ,

,

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 39: Chapter 3-231-51 (part 1)

(3) ของผสมอ�#มต�ว (Saturated mixture of liquid and vapor) เป0นสภาวะท��สารท�างานอย&'ท��จ�ดีเดี!อดีและคุวามดี�นอ �มติ�ว และก�าล�งระเหยเพ!�อเปล��ยนสถึานะกลายเป0นไอ หร!อก�าล�งคุวบแน'นจากไอเป0นของเหลวท�าให,ม�สองสถึานะของของเหลวและไอ อย&'ในสมดี�ลก�น

- ทราบอ�ณหภ&ม และคุวามดี�นอ �มติ�วในระหว'างการเปล��ยนสถึานะแล,วติ,องทราบอ�ติราส'วนของส'วนท��เป0นไอดี,วย

- หาคุวามส�มพ�นธิ์�ระหว'างปร มาติรจ�าเพาะเฉล��ยของของผสมอ �มติ�วและคุ�ณภาพไอไดี,

- ของผสมอ �มติ�วสองสถึานะจะม�คุ�ณภาพไออย&'ในช'วง 0 < x < 1

T

v

Tsat

P = Psat

vf vg

Saturated liquid

Saturated vapor

Saturated mixturevf<v<vg

สภาวะอ �มติ�วและคุ�ณภาพไอ

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 40: Chapter 3-231-51 (part 1)

สภาวะไอร,อนยวดีย �ง และ สภาวะของเหลวอ�ดีติ�ว• สภาวะของสารท�างานท��ไม'ไดี,จ�ดีอย&'ในกล�'มสภาวะอ �มติ�ว 2 สภาวะ

ไดี,แก' ไอร,อนยวดีย �ง (Superheated vapor) และ ของเหลวอ�ดีติ�ว (Compressed liquid หร!อ Subcooled liquid)

• ไอร�อนยวดัย�#ง (Superheated vapor) เป0นสารในสถึานะไอ ท��ถึ&กท�าให,ร,อนกว'าไออ �มติ�ว ซ��งจะอย&'ภายใติ,เง!�อนไข ดี�งน�$

g

ggg

satsat

ss

uuhhvv

TTPP

, ,

,

Tsat

P < Psat

Psat

T

T > Tsat

Tsat

P

v

Psat

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 41: Chapter 3-231-51 (part 1)

ของเหลวอ�ดีติ�ว (Compressed liquid)• ของเหลวอ�ดัต�ว (Compressed liquid) หร!อจะ

เร�ยกว'า Subcooled liquid ก*ไดี, เป0นสารในสถึานะของเหลวท��อ�ณหภ&ม ติ��ากว'าจ�ดีเดี!อดี และอย&'ภายใติ,เง!�อนไข ดี�งน�$ T

v

Tsat

PsatP > Psat

T < Tsat Tsat

P

v

Psat

f

fff

satsat

ss

uuhhvv

TTPP

, ,

,

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 42: Chapter 3-231-51 (part 1)

คุ�ณสมบ�ติ อ สระในสภาวะติ'างๆ• การระบ�สภาวะท�$ง 5 สภาวะจ�าเป0นท��จะติ,องใช,ค�ณสมบ�ต�ท"#เป.นอ�สระต0อก๊�น

อย0างน�อย 2 ต�ว • สภาวะของเหลวอ�#มต�ว , ของผสมอ�#มต�ว และไออ�#มต�ว

- เก ดีข�$นท��อ�ณหภ&ม และคุวามดี�นอ �มติ�วเดี�ยวก�นท�$งสามสภาวะ- อ�ณหภ&ม และคุวามดี�นไม'เป0นอ สระติ'อก�น- คุ�ณสมบ�ติ ท��เป0นอ สระติ'อก�น เช'น T & v, P & v, T & x และ P &

x

- สภาวะของเหลวอ�ดัต�ว และ ไอร�อนยวดัย�#ง- อ�ณหภ&ม และคุวามดี�นเป0นอ สระติ'อก�น - คุ�ณภาพไอไม'ม�คุวามหมาย- คุ�ณสมบ�ติ ท��เป0นอ สระติ'อก�น ไดี,แก' T & P, T & v, P & v

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 43: Chapter 3-231-51 (part 1)

ติ�วอย'าง : กระบวนการติ'อเน!�องไอน�$าคุวามดี�น 3MPa อ�ณหภ&ม 300

o C บรรจ�ในท'อ (จ�ดีท�� 1 ) ถึ&กท�าให,เย*นดี,วยน�$าหล'อเย*นท�าให,อ�ณหภ&ม ลดีลงโดียปร มาติรคุงท��

เป0น 2 00o C (จ�ดีท�� 2) จนกระท��งม�คุวามดี�น 25. MPa (จ�ดีท��

3) (a) จงเข�ยนกราฟุ้แสดีงคุวามส�มพ�นธิ์�ระหว'าง

(b) หาปร มาติรจ�าเพาะ ในหน'วย m3 /kg ของท�$งสามสภาวะ และ หาอ�ติราส'วนโดียมวลของไอท��สภาวะ 2

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 44: Chapter 3-231-51 (part 1)

ติ�วอย'าง: กระบวนการติ'อเน!�อง (cont’d)สมมติ ฐาน: ไอน�$าอย&'ในระบบป?ดี , สภาวะท�$งสามของระบบดี�ง

กล'าว อย&'ในสมดี�ลไอและของเหลว

• สภาวะท"# 1– P

1 ม�คุ'าน,อยกว'าคุวามดี�นอ �มติ�วท��อ�ณหภ&ม 300

o C– – เม!�อน�าคุ'าท��ไดี,หาคุวามส�มพ�นธิ์�ในติาราง Superheated

vapor – จะไดี, v

1= 00811. m3/kg

@3008.581osat C

P MPa

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 45: Chapter 3-231-51 (part 1)

ติ�วอย'าง: กระบวนการติ'อเน!�อง (cont’d)สภาวะท"# 2• จากกระบวนการคุงท�� พ จารณาคุ'าจากติาราง Saturation water • จะไดี,ว'า v

1 = v2

=0.0811 m3 /kg ท��อ�ณหภ&ม 200o C ,

vf =1.1565 x 10-3 m3 /kg และ vg =0.1274 m3 /kg• คุ'า v

2อย&'ระหว'าง และ หร!อ vf < v

2 < v g แสดีงว'าน�$าอย&'ในสภาวะ

ของผสมอ �มติ�วสองสถึานะ หาอ�ติราส'วนของสองสถึานะ ดี�งน�$ 3

22 3

0.0811 1.1565 10x 0.633

0.1274 1.1565 10f

g f

v v

v v

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering

Page 46: Chapter 3-231-51 (part 1)

ติ�วอย'าง: กระบวนการติ'อเน!�อง (cont’d)สภาวะท"# 3• P

3 ม�คุ'ามากกว'าคุวามดี�นอ �มติ�วท��อ�ณหภ&ม 200 o C ()

• แสดีงให,เห*นว'าท�� P3

= 2.5 MPa และ T3 = 200 oC • สารม�สภาวะเป0น Compressed liquid • เม!�ออ'านคุ'าปร มาติรจ�าเพาะในติาราง Compressed liquid • จะไดี, v

3 =1.1555 x 10- 3m3/kg

Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I

Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances

Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering