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 `(p)`, температура `(t)`, удельный объем `(v)`, энтальпия `(h)`, энтропия `(s)`, степень сухости `(x)` и др. К основным рабочим средам, используемых в теплоэнергетике, относятся, прежде всего, вода и водяной пар.

Для определения теплофизических параметров рабочих тел при ручном способе выполнения расчетов широко используются соответствующие таблицы и диаграммы благодаря удобству их применения и наглядности, а также достаточной точности получаемых результатов.

На рисунке представлена h-s диаграмма состояния воды и водяного пара.

`h-s` диаграмма состояния воды и водяного пара.

В практике теплотехнических расчетов наибольшее распространение получила `h-s` - диаграмма для водяного пара (рис. выше), 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: `p_0 = 611 Па;`
температура: `t_0 = 0.01^oC;`
удельный объем: `v_0 = 0.00100 м^3//(кг);`

При подводе теплоты к воде ее температура постепенно повышается до тех пор, пока не достигнет температуры кипения , соответствующей данному давлению. Совокупность точек, характеризующих состояние 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). Температура смеси при этом остается неизменной и равной , 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.

давление: `p_(kr) = 22.129 МПа;`
температура: `t_(kr) = 374.15 ^oC;`
удельный объем: `v_(kr) = 0.00326 м^3//(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.

При расчетах теплофизических свойств воды и водяного пара на ЭВМ возникают серьезные, порой не преодолимые трудности, в использовании данных из имеющихся таблиц и диаграмм в связи с тем, что они включают сотни тысяч значений физических параметров.

В настоящее время одним из эффективных способов автоматизированного определения термодинамических параметров воды и водяного пара является представление табличных данных на основе ряда теоретических положений в виде аналитических функций одной, двух или нескольких переменных для различных областей состояния. Наиболее простыми, адаптированными и отвечающими большинству требований, предъявляемых для выполнения значительного круга теплоэнергетических задач являются уравнения Я.Юзы. Эти уравнения с достаточной для инженерных расчетов точностью аппроксимируют все подобласти состояния воды и водяного пара в диапазоне давлений `0-:35 МПа` и температур `0-:650^oC`. Разработанные приближенные уравнения представляют явные зависимости для параметров воды и пара на линии насыщения в виде: `p_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^('') = f(t_s)`, а также для областей воды под давлением и перегретого пара в виде: `t, v, s = f(p,h)`.

В настоящей лабораторной работе аналитические зависимости по описанию свойств воды и водяного пара представлены набором подпрограмм-функций, оформленных в виде библиотечного файла `wspStu.dll`. Подпрограммы-функции, входящие в состав этого пакета написаны на языке программирования Си и позволяют определять характеристики среды в области воды, на линии насыщения, перегретого и влажного пара по одному или двум заданным параметрам. Перечень подпрограмм-функций, определяющих библиотеку `wspStu.dll`, представлен в таблице.

Библиотека функций (методов) термодинамических свойств воды и водяного пара

С помощью подпрограмм-функций `Vph(p,h),` `Tph(p,h),` `Sph(p,h),` `Hpt(p,t),` `Hps(p,s)` можно определить соответствующие параметры воды, влажного и перегретого пара. Поэтому выбор той или иной функции пользователем во многом зависит от поставленной задачи.

Описание порядка подключения библиотеки в приложение на языке программирования C# размещено на странице Вопрос-ответ.

Так как одной из задач настоящей лабораторной работы является определение и идентификация области фазового состояния среды по заданным исходным параметрам, то для решения указанной задачи необходимо сравнить эти величины с параметрами среды, находящимися на кривой насыщения.

Если в качестве одного из исходных параметров задана температура теплоносителя `(t)`, то ее можно сравнить с температурой насыщения `(t_s)` при заданном давлении среды.

Возможны три исхода сравнения:

`"если " (t>t_s)`, то областью нахождения заданной точки будет область перегретого пара,
`"если " (t=t_s)`, то заданная точка будет находиться на линии насыщения воды или пара, либо в области влажного пара;
`"если " (t< t_s )`, то областью нахождения заданной точки будет область воды.

Если в качестве исходных данных, наряду с давлением среды заданы ее энтальпия `(h)`, энтропия `(s)` или удельный объем `(v)`, то целесообразно тогда сравнивать заданный параметр с соответствующими характеристиками на линии насыщения.

`"если " (h>h^(''))`, то заданная точка располагается в области перегретого пара (рисунок выше);
`"если " (h^'< h< h^(''))`, то термодинамическая точка задана в области влажного пара или на линии насыщения;
`"если" (h< h^')`, то заданная точка располагается в области воды.

Ниже представлен примерный алгоритм решения указанной задачи на ЭВМ

Алгоритм определения фазового (агрегатного) состояния среды.

Цель работы

Приобретение начальных навыков построения алгоритмической модели расчета с использованием условных операторов выбора и разработки подпрограмм функций для прикладного программного обеспечения по расчету термодинамических свойств воды и водяного пара.

Порядок выполнения работы

1. По исходным данным, приведенным в таблице ниже, разработать алгоритм определения свойств среды на линии насыщения, области нахождения расчетной точки и ее недостающих параметров. При разработке алгоритма руководствоваться блок-схемой, приведенной на рисунке выше.

2. Написать программу на языке С# с использованием пакета подпрограмм `wspStu.dll`.

3. Организовать наглядную печать результатов расчета (вывод на экран в окне консоли) или в оконном приложении `"WinForm"`.

4. Сравнить полученные результаты с данными стандартных таблиц. В случае превышения относительной погрешности результатов более 3% необходимо внести соответствующие изменения в программу и повторить расчет.

Содержание отчета

1) Задание к лабораторной работе и исходные данные.

2) Блок-схема алгоритма расчета

3) Листинг (текст) программы и полученных результатов

4) Результаты сравнения расчетных значений с табличными значениями

5) Заключение

Задание 1 к работе 2
Определение термодинамических свойств воды и пара

Вариант	Исходные данные	Искомые параметры
`1`	`p=100"бар, " t = 515^oC`	`t_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^(''), v, h, s, x`
`2`	`p=96 "бар, " h =3150 (кДж)/(кг)`	`t_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^(''), v, t, s, x`
`3`	`p=13 "бар, " h =2400 (кДж)/(кг)`	`t_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^(''), v, t, s, x`
`4`	`p=38"бар, " t=100^oC`	`t_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^(''), v, h, s, x`
`5`	`p=9"бар, " s =5.6 (кДж)/(кг*K)`	`t_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^(''), v, h, t, x`
`6`	`p=1"бар, " t=250^oC`	`t_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^(''), v, h, s, x`
`7`	`p=15"бар, " s =7.2 (кДж)/(кг*K)`	`t_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^(''), v, h, t, x`
`8`	`p=92"бар, " t=500^oC`	`t_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^(''), v, h, s, x`
`9`	`p=75"бар, " s =7.0 (кДж)/(кг*K)`	`t_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^(''), v, h, t, x`
`10`	`p=30 "бар, " h =3200 (кДж)/(кг)`	`t_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^(''), v, t, s, x`
`11`	`p=0.1"бар, " s =7.5 (кДж)/(кг*K)`	`t_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^(''), v, h, t, x`
`12`	`p=110 "бар, " h =600 (кДж)/(кг)`	`t_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^(''), v, t, s, x`
`13`	`p=1.5"бар, " t=300^oC`	`t_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^(''), v, h, s, x`
`14`	`p=105"бар, " t=530^oC`	`t_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^(''), v, h, s, x`
`15`	`p=0.05"бар, " s =8.0 (кДж)/(кг*K)`	`t_s, h^', h^(''), v^', v^(''), s^', s^(''), v, h, t, x`

Задание 2 к работе 2
Процесс расширения пара в турбине

По начальным параметрам пара перед турбиной `(p_0, t_0)`, а также по давлению пара в конденсаторе `(p_k)` и давлению пара в отборах `(p_i)` строится процесс расширения пара в проточной части турбины (рис.ниже). При этом на `h-s` диаграмме параметры пара в точке `0` определяются по `(p_0, t_0)`. Далее из точки `0` проводится линия, перпендикулярная оси абцисс `S=const`, до пересечения с изобарой `(p_1)`. Получают значения идеального (теоретического) теплоперепада на первый отсек `Delta H_(01)`. Для оценки действительного теплоперепада на отсек, необходимо значение теоретичекого теплоперепада умножить на относительный внутренний к.п.д. отсека `Delta H_1= Delta H_(01)*eta_(oi)`. Значение энтальпии пара `(h_1)` в первом регенеративном отборе (точка `1`) определяется как `h_1=h_0 - Delta H_1`.

Относительный внутренний к.п.д. по всем отсекам принять `eta_(oi)=0.86`

Для определения энтальпии пара во втором отборе откладывают изоэнтропу из точки `1` до пересечения с изобарой `(p_2)`. По аналогии находят значения энтальпий во всех нижеследующих отборах. Линия `0-K` соответствует действительному процессу расширения пара в проточной части турбины, а `Delta H` действительному теплоперепаду на проточную часть турбины.

Процесс расширения пара в проточной части турбины

По ссылке ниже представлен калькулятор расчета процесса расширения пара в проточной части турбины для проверки правильности выполнения работы.

   калькулятор расчета

Вариант	Исходные данные	Искомый параметр
`1`	`p_0=96"бар, " t_0 = 540^oC," "p_1=31"бар,"p_2=20.4"бар, "p_3=11.7"бар,"` `p_4=6"бар, "``p_5=1"бар, "``p_k=0.04"бар,"`	`h_i, h_(0i), s_i, Delta H_i, Delta H_(0i), Delta H`
`2`	`p_0=88"бар, " t_0 = 530^oC," "p_1=29"бар, "p_2=18.5"бар, "p_3=12.5"бар, "` `p_4=5"бар, "` `p_5=2"бар, "``p_k=0.033"бар, "`	`h_i, h_(0i), s_i, Delta H_i, Delta H_(0i), Delta H`
`3`	`p_0=92"бар, " t_0 = 535^oC," "p_1=25"бар, "p_2=22"бар, "p_3=13"бар, "` `p_4=3.4"бар, "`` p_5=0.9"бар, "``p_k=0.032"бар, "`	`h_i, h_(0i), s_i, Delta H_i, Delta H_(0i), Delta H`
`4`	`p_0=90"бар, " t_0 = 530^oC," "p_1=28"бар, "p_2=17"бар, "p_3=6"бар, "``p_4=1.2"бар, "` `p_5=0.32"бар, "``p_k=0.045"бар, "`	`h_i, h_(0i), s_i, Delta H_i, Delta H_(0i), Delta H`
`5`	`p_0=89"бар, " t_0 = 530^oC," "p_1=30"бар, "` `p_2=19"бар, "p_3=9"бар, "``p_4=2"бар, "``p_5=0.7"бар, "``p_k=0.038"бар, "`	`h_i, h_(0i), s_i, Delta H_i, Delta H_(0i), Delta H`
`6`	`p_0=86"бар, " t_0 = 530^oC," "p_1=27"бар, "p_2=14"бар, "p_3=3"бар, "` `p_4=0.8"бар, "`` p_5=0.2"бар, "``p_k=0.039"бар, "`	`h_i, h_(0i), s_i, Delta H_i, Delta H_(0i), Delta H`
`7`	`p_0=88"бар, " t_0 = 540^oC," "p_1=26"бар, "p_2=16"бар, "p_3=8"бар, "` `p_4=0.8"бар, "`` p_5=0.15"бар, "``p_k=0.05"бар, "`	`h_i, h_(0i), s_i, Delta H_i, Delta H_(0i), Delta H`
`8`	`p_0=90"бар, " t_0 = 540^oC," "p_1=29"бар, "p_2=20"бар, "p_3=11"бар, "` `p_4=4"бар, "`` p_5=0.8"бар, "``p_k=0.052"бар, "`	`h_i, h_(0i), s_i, Delta H_i, Delta H_(0i), Delta H`
`9`	`p_0=91"бар, " t_0 = 530^oC," "p_1=28"бар, "p_2=21"бар, "p_3=13"бар, "` `p_4=3"бар, "`` p_5=1.9"бар, "``p_k=0.048"бар, "`	`h_i, h_(0i), s_i, Delta H_i, Delta H_(0i), Delta H`
`10`	`p_0=94"бар, " t_0 = 540^oC," "p_1=27"бар, " p_2=24"бар, "p_3=16"бар, "` `p_4=3"бар, "`` p_5=0.8"бар, "``p_k=0.044"бар, "`	`h_i, h_(0i), s_i, Delta H_i, Delta H_(0i), Delta H`
`11`	`p_0=87"бар, " t_0 = 535^oC," "p_1=31"бар, " p_2=12"бар, "p_3=6"бар, "` `p_4=1.2"бар, "`` p_5=0.7"бар, "``p_k=0.038"бар, "`	`h_i, h_(0i), s_i, Delta H_i, Delta H_(0i), Delta H`
`12`	`p_0=86"бар, " t_0 = 525^oC," "p_1=26"бар, " p_2=16"бар, "p_3=8.0"бар, "` `p_4=2.2"бар, "`` p_5=1.2"бар, "``p_k=0.049"бар, "`	`h_i, h_(0i), s_i, Delta H_i, Delta H_(0i), Delta H`
`13`	`p_0=85"бар, " t_0 = 530^oC," "p_1=28"бар, " p_2=15"бар, "p_3=4.4"бар, "` `p_4=1.3"бар, "`` p_5=0.7"бар, "``p_k=0.052"бар, "`	`h_i, h_(0i), s_i, Delta H_i, Delta H_(0i), Delta H`
`14`	`p_0=92"бар, " t_0 = 535^oC," "p_1=32"бар, " p_2=21"бар, "p_3=9"бар, "` `p_4=1"бар, "` `p_5=0.5"бар, "``p_k=0.042"бар, "`	`h_i, h_(0i), s_i, Delta H_i, Delta H_(0i), Delta H`
`15`	`p_0=93"бар, " t_0 = 540^oC," "p_1=31"бар, " p_2=23"бар, "p_3=14"бар, "` `p_4=2.7"бар, "` `p_5=0.12"бар, "``p_k=0.053"бар, " `	`h_i, h_(0i), s_i, Delta H_i, Delta H_(0i), Delta H`

Отчет о выполнении работы оформить по форме по ссылке ниже.

   Скачать форму отчета