Уравнение состояния идеального газа.

1. Уравнение состояния идеального газа.

Соотношение

связывающее давление газа с его температурой и концентрацией молекул, получено для модели идеального газа, молекулы которого взаимодействуют между собой и со стенками сосуда только во время упругих столкновений. Это соотношение может быть записано в другой форме, устанавливающей связь между макроскопическими параметрами газа – объемом V, давлением p, температурой T и количеством вещества ν. Для этого нужно использовать равенства

Здесь N – число молекул в сосуде, N_А – постоянная Авогадро, m – масса газа в сосуде, M – молярная масса газа. В итоге получим:

Произведение постоянной Авогадро N_А на постоянную Больцмана k называется универсальной газовой постоянной и обозначается буквой R. Ее численное значение в СИ есть:

Соотношение

называется уравнением состояния идеального газа.

Для одного моля любого газа это соотношение принимает вид:

2. i,s диаграмма водного пара.

h, s-диаграмма водяного пара. Если за независимые параметры, определяю­щие состояние рабочего тела, принять энтропию s и энтальпию h, то каждое состояние можно изобразить точкой на h, s-диаграмме.

На рисунке 6.3  изображена h, s-диаграм­ма для водяного пара, которая строится путем переноса числовых данных таблиц водяного пара в h, s-координаты.

За начало координат принято состоя­ние воды в тройной точке. Откладывая на диаграмме для различных давлений значения s' и h'' для воды при температу­ре, кипения, а также s" и h" для сухого насыщенного пара, получаем нижнюю и верхнюю пограничные кривые.

Рисунок 6.3 -  h, s-диаграмма водяного пара

Изобары в двухфазной области влаж­ного пара представляют собой пучок рас­ходящихся прямых. Действительно, в процессе р=const , или , т.е. тангенс угла на­клона изобары в    h, s-координатах числен­но равен абсолютной температуре данно­го состояния. Так как в области насыще­ния изобара совпадает с изотермой, тангенс угла наклона постоянен и изо­бара является прямой. Чем выше давле­ние насыщения, тем выше температура, тем больше тангенс угла наклона изо­бары, поэтому в области насыщения пря­мые р = const расходятся. Чем больше давление, тем выше лежит изобара. Кри­тическая точка К лежит не на верши­не, как это было в р, v- и Т, s-диаграммах, а на левом склоне пограничной кри­вой.

В области перегрева температура па­ра (при постоянном давлении) растет с увеличением s примерно по логарифми­ческой кривой и крутизна изобары увели­чивается. Аналогичный характер имеют изобары и в области воды, но они идут так близко от пограничной кривой, что практически сливаются с ней.

При низких давлениях и относитель­но высоких температурах перегретый пар по своим свойствам близок к идеальному газу. Так как в изотермическом процессе энтальпия идеального газа не изменяет­ся, изотермы сильно перегретого пара идут горизонтально. При приближение к области насыщения, т. е. к верхней пограничной кривой, свойства перегрето­го пара значительно отклоняются от свойств идеального газа и изотермы искривляются.

В h, s-диаграмме водяного пара нанесены также линии v=const, идущие круче изобар.

Обычно всю диаграмму не выполня­ют, а строят только ее верхнюю часть, наиболее употребительную в практике расчетов. Это дает возможность изобра­жать ее в более крупном масштабе.

Для любой точки на этой диаграмме можно найти р, v, t, h, s, x. Большое достоинство диаграммы состоит в том, что количество теплоты в изобарном про­цессе равно разности ординат конечной и начальной точек процесса и изобража­ется отрезком вертикальной прямой, а не площадью как в Т, s-диаграмме, поэтому h, s-диаграмма исключительно широко используется при проведении тепловых расчетов.

3. Классификация компрессоров.

В зависимости от назначения компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которой они предназначены (химические, энергетические, общего назначения и т.д.)

Различают компрессоры и по роду сжимаемого газа - воздушный, кислородный, хлорный, азотный, гелиевый и т.д.

Разделяют компрессоры по конечному давлению:

• вакуум-компрессоры – машины, которые откачивают газ из пространства с давлением ниже атмосферного или выше;
• компрессоры низкого давления - предназначены для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа;
• среднего давления – давление от 1,2 до 10 МПа;
• высокого давления – от 10 до 100 МПа;
• сверхвысокого давления - предназначены для сжатия газа выше 100 МПа.

Кроме того, различают компрессоры по способу отвода тепла (воздушное или водяное охлаждение) и по типу приводного двигателя.

По особенностям самого процесса повышения давления, т.е. принципу действия устройства компрессоры подразделяются на объемные и лопастные.

• Объемный компрессор – устройство, в котором процесс сжатия происходит в рабочих камерах, изменение давления происходит за счет периодического изменения объема этих камер, попеременно сообщающихся с входом и выходом компрессора. Объемные компрессоры можно разделить по геометрической форме рабочих органов и способу изменения объема рабочих камер на следующие:
  • поршневые - наиболее распространенные из всех компрессоров они, в свою очередь, могут быть различных видов: одинарного или двойного действия, смазываемые или без применения смазки (сухого трения), с разным количеством цилиндров и их расположением (горизонтальным, вертикальным, угловым).
  • роторные - с вращающим сжимающим элементом. К ним относятся:
    • винтовые, конструкция которых запатентована в 1934г., имеют ведущий и ведомый роторы, вращение которых совершается навстречу друг другу, уменьшая пространство между ними и корпусом. Винтовые компрессоры не имеют клапанов и неуравновешенных механических сил, что дает возможность работать с высокой скоростью вращения вала, т.е. получать большую производительность при малых габаритных размерах. Могут быть безмасляные, безмасляные с нагнетанием жидкости, маслозаполненные.
    • спиральные - с неподвижной и подвижной эксцентрической спиралями, установленные со сдвигом по фазе на 180° так, чтобы образовывались полости с изменяющимся объемом.
    • роторно-пластинчатые, рабочим органом которых является эксцентрично установленный в корпусе ротор с пластинами, которые могут перемещаться в радиальном направлении.
    • жидкостно-кольцевые, в которых ротор с фиксированными лопатками эксцентрично установлен в корпусе, частично заполненном жидкостью.
• Лопастной компрессор – устройство динамического действия, в котором сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решетками лопастей. К лопастным компрессорам относятся:
• радиальные (центробежные);
• радиально-осевые (диагональные);
• осевые.