ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Отметим, что вода – вещество аномальное и с увеличением давления р
пл
температура плавления Т
пл
у нее уменьшается
(кривая
AB сдвигается влево), в то время как у большинства простых чистых веществ с ростом р
пл
увеличивается и Т
пл
и
кривая плавления как бы продолжает кривую сублимации
АС и отклоняется вправо.
Величина химического потенциала
µ каждой фазы зависти от температуры. На рис. 1.56 показано изменение свободной
энтальпии
z (а значит и химического потенциала µ) в зависимости от температуры Т для жидкой и твердой фазы.
Характер изменения кривых понятен, если вспомнить, что
z = h – Ts = c
pm
(T – 273) – Ts.
Из формулы видно, что с увеличением Т величина z, а значит и µ, уменьшается.
Из рисунка видно, что при
Т = Т
1
потенциал жидкой фазы больше, чем потенциал твердой, и это может вызвать
процесс, направленный в сторону уменьшения характеристической функции системы, т.е. к переходу жидкости в твердое
тело. При этом будет выделяться теплота
q
пл
, и если обеспечить съем этого тепла при T = const, то вся жидкость затвердеет.
При
Т = Т
2
разность химических потенциалов меняет знак, и в соответствии с принципом минимизации характеристических
функций начнется процесс плавления твердой фазы. Если изотермически подводить
q
пл
, то вся твердая фаза превратится в
жидкость. Если такой теплоподвод ограничить, то расплавится только часть твердой фазы. При температуре
Т = Т
р
потенциалы обеих фаз одинаковы и фазовые превращения невозможны. Именно при этой температуре и наступает фазовое
равновесие.
С учетом предыдущих выводов можно сформулировать условия равновесия многофазной системы: равенство
химических потенциалов фаз, минимальное значение характеристической функции системы и максимальное значение ее
энтропии.
Фазовые переходы возможны и в многокомпонентных системах, когда одна или несколько компонент присутствуют в
нескольких фазах. Анализ таких систем позволил Гиббсу сформулировать следующее правило: при наличии фазовых
переходов число независимых переменных П, которые можно изменять произвольно, зависит от числа компонент K и числа
фаз Ф следующим образом:
П = К – Ф + 2.
Для переходов в однокомпонентных системах (К = 1) при наличии двух фаз (Ф = 2) получаем П = 1, т.е. только один из
параметров
p, v или Т для каждой фазы можно задавать произвольно, два других при этом однозначно определяются
значением заданного. При наличии всех трех фаз (Ф = 3) получаем П = 0, т.е. ни один из параметров нельзя задавать
произвольно, поскольку все они связаны однозначно и имеют единственные значения, соответствующие параметрам
тройной точки.
1.7 ЦИКЛЫ РЕАЛЬНЫХ МАШИН И УСТАНОВОК
1.7.1 Циклы идеальных компрессоров
стройства, предназначенные для сжатия газов, называют компрессорами. Компрессоры бывают поршневыми и
осевыми (винтовые, ротационные, турбокомпрессоры и др.). В этих различных по конструкции машинах
осуществляются идентичные по сути процессы, поэтому знакомство с принципом их работы и особенностями протекающих
в них процессов удобно начинать с поршневых компрессоров.
Одноступенчатый компрессор представляет собой цилиндр
3 с поршнем 4, перемещаемым с помощью кривошипно-
шатунного механизма
5 (см. рис. 1.57). В крышке цилиндра устанавливаются автоматические впускной 1 и выпускной 2
клапаны. При движении поршня от верхней мертвой точки вниз в цилиндре возникает разряжение, откры-
вается впускной клапан и происходит всасывание очередной порции газа с давлением
р
1
в цилиндр. Как только направление
движения поршня меняется на противоположное, впускной клапан закрывается и начинается сжатие газа. Когда давление
газа в цилиндре достигнет определенной величины
р
2
, открывается выпускной клапан, и сжатый газ выталкивается
потребителю.
На рис. 1.58 приведена индикаторная диаграмма идеального компрессора, способного (в отличие от реального случая)
вытолкнуть весь сжатый в цилиндре газ. Здесь линия 1–2 изображает процесс сжатия газа в цилиндре, линия 2–3 –
выталкивание сжатого газа, а линия 4–1 – всасывание газа в цилиндр. Отметим, что во время всасывания и выталкивания
состояния газа не меняются (параметры
р и Т газа остаются неизменными), меняется лишь масса газа в цилиндре, т.е.
происходит перемещение газа без изменения его внутренней энергии.
Работа на компрегирование одного килограмма газа
l
к
определяется заштрихованной площадью индикаторной диаграммы.
Количество ее зависит от характера процесса сжатия. Как это видно из рис. 1.55, при адиабатном сжатии (линия 1–2
ад
)
площадь диаграммы (а значит и работа
l
к
) наибольшая. При изотермическом сжатии (линия 1–2
из
), наоборот, работа
компрессора минимальна. Такое сжатие энергетически наиболее выгодно. Поэтому цилиндр компрессора всегда интенсивно
охлаждают или потоком воздуха, или устраивая охлаждающую водяную рубашку. Однако добиться изотермичности
сжатия не удается, и в реальных компрессорах сжатие происходит по политропе с показателем
n, причем 1 < n < k (k –
показатель адиабаты).
Величину
l
к
определим как сумму соответствующих работ
l
к
= l
1-2
+ l
2-3
+ l
4-1
,
где составляющие рассчитываются по известным формулам:
)(
221121
1
1
vpvp
n
l −
−
=
−
;
l
2-3
= p
2
(v
3
– v
2
) = p
2
(0 – v
2
) = –p
2
v
2
; l
4-1
= p
1
(v
1
– v
4
) = p
1
(v
1
– 0) = p
1
v
1
.
Тогда в результате суммирования получаем
У
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- …
- следующая ›
- последняя »
