Лабораторная работа по информатике и ИКТ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7 РАБОТА С ПАКЕТОМ MATHCAD. IF97

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Познакомится с использованием MathCAD для решения задач энергетики.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

При выполнении тепловых расчетов теплоэнергетических установок возникает необходимость многократного определения теплофизических свойств теплоносителей и рабочих веществ в широких диапазонах изменения исходных параметров. К таким параметрам относятся: давление (

соответствующие таблицы и диаграммы благодаря удобству их применения

и     наглядности, а также достаточной точности получаемых результатов. В практике теплотехнических расчетов наибольшее распространение получила h , s - диаграмма для водяного пара, которая строится путем переноса числовых данных термодинамических таблиц (С.Л.Ривкин, А.А.Александров). Весь диапазон данных на диаграмме с помощью пограничных кривых разбит на три области состояния: вода под давлением, влажный насыщенный пар и перегретый пар.

За  начало  координат  принято  состояние  воды  в  тройной  точке

(давление p0 = 611 Па, температура t0 = 0,01 0С, удельный объем v0 = 0,00100 м³/кг). При подводе теплоты к воде ее температура постепенно повышается

насыщенной жидкости, доведенной до температуры кипения, образует нижнюю часть пограничной кривой.

При дальнейшем подводе теплоты начинается кипение воды сопровождаемое интенсивным увеличением объема и образованием двухфазной смеси, представляющей собой пар со взвешенными в нем капельками влаги, называемой влажным насыщенным паром. По мере продолжения процесса количество жидкой фазы уменьшается, а паровой растет (увеличивается степень сухости влажного пара – x ). Температура смеси при этом остается неизменной и равной t s , так как вся теплота расходуется на испарение жидкой фазы, а процесс парообразования на этой стадии является изобарно-изотермическим. Оканчивается процесс нагрева на этой стадии полным превращением воды в пар, в котором отсутствуют частицы жидкой фазы характеризуемый как сухой насыщенный пар. Совокупность точек его агрегатного состояния образует верхнюю часть пограничной кривой.

Нижняя и верхняя часть пограничной кривой составляют кривую насыщения, разделенную критической точкой ( K ) в которой удельные

объемы воды и пара уравниваются. Параметры критической точки составляют pкр = 22,129 МПа; t кр =374,15 0С; vкр =0,00326 м3/кг.

При сообщении сухому насыщенному пару теплоты при том же давлении его температура будет увеличиваться, пар будет перегреваться. Совокупность точек агрегатного состояния среды, температура которых превышает температуру насыщения, называется областью перегретого пара.

Любая точка, отражающая состояние воды или водяного пара              на

диаграмме характеризуется следующими параметрами: p , v , t , h , s , x ,

значения которых можно найти с помощью комбинации любых двух известных независимых параметров.

В  1997 транснациональное объединение свойств воды и водяного пара (IAPWS) приняли новый стандарт IF97 для определения термодинамических свойств воды и пара для промышленного использования. Новый стандарт заменил предыдущий стандарт IFC-67.

Стандарт состоит из набора уравнений для различных областей, в совокупности охватывающих область параметров:

273.15 К ≤ T ≤ 1073.15 К при p ≤ 100 МПа 1073.15 К ≤ T ≤ 2273.15 К при p ≤ 50 МПа

Расположение этих областей в р-Т диаграмме показано на рисунке.

Области 1, 2, 5 описаны фундаментальным уравнением для энергии Гиббса g(р, Т), область 3 – фундаментальным уравнением для энергии Гельмгольца f(ρ, Т), а линия насыщения представлена уравнениями Ps(Тs) и Ts(Ps). Эти пять уравнений составляют группу основных уравнений стандарта. Кроме них имеется группа дополнительных уравнений, позволяющих избегать итерационных вычислений.

ЗАДАНИЕ

Составить программу для определения требуемого параметра по стандарту IF97 с использованием единиц измерения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.     Чем отличаются влажный насыщенный пар от сухого насыщенного пара?

2.     Что такое перегретый пар?

3.     Что такое IF97?