ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Метод термодинамического исследования системы жидкостьТеплоемкости влажного пара из "Термодинамика парожидкостных потоков " Принятая в термодинамике система исследования заключается в приложении двух ее основных законов и вытекающих из них следствий к объекту анализа — термодинамическому телу (рабочему аТенту), специально выделяемому из совокупности взаимодействующих тел. [c.5] Предметом исследования обычно служат изменения состояния и свойств тела, подверженного различного рода внешним энергетическим воздействиям, а также взаимные преобразования этих воздействий. Способ выделения термодинамического тела и формирования его контрольной поверхности определяется содержанием исследования и стремлением упростить решение поставленной задачи. [c.5] В пределах круга вопросов, разбираемых в книге, термодинамическим телом служит система жидкость—пар. Эта среда, включающая в себя газообразную и конденсированную фазы, рассматривается как единое термодинамическое тело, и к нему, как к единому целому, будем прилагать аппарат термодинамики. Такая постановка задачи позволяет установить в конечном виде характер связи калорических функций и теплоемкости влажного пара с его термическими параметрами и, следовательно, получить исходные соотношения, необходимые и достаточные для аналитического описания процессов, совершаемых парожидкостной средой. [c.5] Непосредственное приложение дифференциальных соотношений термодинамики к двухфазному веществу, рассматриваемому как единое термодинамическое тело, представляет собой прием анализа, несколько отличающийся от обычно принятого в термодинамике гетерогенных систем. [c.6] При исследовании свойств неоднородных многофазных веществ принято выделять контрольной поверхностью каждую фазу в отдельности остальным взаимодействующим с ней частям системы отводится роль внешней среды . Такой метод анализа позволяет выяснить поведение каждой из фаз неоднородной системы, однако его не следует считать единственно возможным, органически присущим термодинамике как своеобразной системе физического исследования. [c.6] Метод раздельного рассмотрения фаз прочно укоренился и в термодинамике парожидкостных сред. На нем, например, основаны табличные способы расчета процессов с влажным паром по значениям термодинамических величин на пограничных кривых. Однако в тех случаях, когда требуется описать в конечном виде ход процесса, совершаемого парожидкостной средой, раздельное рассмотрение однородных составляющих системы не приводит к цели. Причиной такого положения является недостаток сведений о температурных зависимостях ряда характерных величин. о обстоятельство следует рассмотреть более подробно. [c.6] Предварительно заметим, что в любом термодинамически равновесном процессе, совершаемом двухфазной средой, состояние каждой из фаз может изменяться только единственным образом — вдоль соответствующих пограничных линий. Особенности того или иного частного процесса сказываются лишь на законе обмена массой между фазами, образующими систему. [c.6] Выразим теперь элементарное количество тепла, участвующего в произвольном процессе, через величины, характеризующие состояние взаимно равновесных фаз. [c.7] Графические построения всегда относятся к частному веществу и частному интервалу состояний. Между тем для выяснения средствами термодинамики общих свойств парожидкостных потоков и получения зависимостей, описывающих количественную сторону явлений, требуется выразить в общей форме связи между термическими параметрами вещества в любом термодинамическом процессе. К определению такого рода связей приводит, как указывалось ранее, распространение общих принципов термодинамического исследования на систему жидкость—пар, рассматриваемую как единое целое. [c.8] Известно, что вид зависимости между термическими величинами в произвольном процессе естественным образом выводится из соотношений, связывающих в конечном виде калорические функции термодинамического тела с его термическими параметрами. [c.8] В условиях внутреннего равновесия, а следовательно, и при квазистатических изменениях состояния влажный пар, как термодинамическое тело, представляет собой систему с двумя независимыми параметрами Т и о или р и V (V — удельный объем нарожидкостной смеси). Макроскопические свойства таких систем описываются общими дифференциальными соотношениями термодинамики. Эти соотношения, вытекающие из двух основных законов, не будучи связаны с особенностями строения частного вещества, распространяются на любые тела, в любом их состоянии, в том числе и на парожидкостную среду. [c.8] То обстоятельство, что привлечение именно уравнения кривой упругости замыкает систему дифференциальных соотношений термодинамики, нуждается в некотором пояснении. Известно, что одни только соотношения феноменологической термодинамики (без уравнений состояния) недостаточны для определения вида калорических функций вещества (см., например, [Л.29]). Двухфазные системы не являются исключением из этого общего правила. [c.9] Рассмотрение фундаментальных законов термодинамики и свойств ее обобщенных сил и обобщенных координат [Л. 16, 7] позволяет заключить, что с превращением однородной среды в среду двухфазную уравнение состояния гомогенных тел F р, у, Т) = О переходит в зависимость вида / [р, Т) = 0. [c.9] Признавая, что двухфазная среда может совершать любой термодинамический процесс, мы должны приписать уравнению кривой упругости значение также и термического уравнения состояния системы жидкость—пар. [c.9] Для системы жидкость—пар из двух характерных теплоемкостей упругой среды Ср и имеет смысл лишь теплоемкость изохорная. Действительно, в пределах двухфазной области состояний Ср устремляется к бесконечности, и понятие изобарной теплоемкости лишается реального содержания. В то же время теплоемкость изохорная сохраняет и по отношению к двухфазному веществу свое значение характерной физической величины. [c.10] Приведем вначале некоторые общие термодинамические соотношения, а затем с их помощью определим характер зависимости между теплоемкостью и термическими параметрами влажного пара. [c.10] Зависимость (1-5) распространяется на любые вещества, если их состояние определяется двумя взаимно независимыми параметрами и и Г. Приложим эту зависимость к парожидкостной среде. [c.11] Следовательно, у двухфазных систем так же, как и у тел однородных, теплоемкость с выражает отношение элементарного приращения внутренней энергии вещества к соответствующему изменению его температуры. [c.12] Перейдем к определению вида связи между изохорной теплоемкостью и термическими параметрами влажного пара. [c.12] Формула (1-8) позволяет определить значение теплоемкости любого вещества в любом его состоянии, заключенном между пограничными кривыми. Для расчета в числах достаточно располагать значениями изохорной теплоемкости и удельного объема жидкой фазы, мах.о изменяющимися в широком диапазоне параметров, а также хорошо изученным у многих веществ уравнением кривой упругости. [c.13] Вернуться к основной статье