Upload
grid-g
View
485
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
บทท�� 3 คุ�ณสมบ�ติ ของสารบร ส�ทธิ์ �Chapter 3: Properties of Pure Substances
• สารบร�ส�ทธิ์� (Pure substance) หมายถึ�ง สารท��ม�องคุ�ประกอบทางเคุม�สม��าเสมอและเหม!อนก�นท��วท�$งเน!$อสาร
• สารบร ส�ทธิ์ �อาจอย&'ในสถึานะเดี�ยวหร!อมากกว'าน�$นก*ไดี, แติ'ในท�กสถึานะติ,องม�องคุ�ประกอบทางเคุม�เหม!อนก�น
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
ภาพแสดีงการเปล��ยนแปลงสถึานะของน�$า
• สารบางชน ดีสามารถึสมมติ ให,เป0นสารบร ส�ทธิ์ �ไดี,เม!�อไม'ม�การเปล��ยนสถึานะ เช'น อากาศ (Air)
• อากาศเม!�ออย&'ในสถึานะก2าซจะม�คุวามเป0นเน!$อเดี�ยวก�นท�$งหมดี สามารถึพ จารณาว'าเป0นสารบร ส�ทธิ์ �ไดี,
• อากาศในสถึานะท��ม�ก2าซก�บของเหลวผสมก�นจะไม'ถึ!อว'าเป0นสารบร ส�ทธิ์ � เพราะองคุ�ประกอบทางเคุม�ของส'วนท��อย&'ในสถึานะก2าซและส'วนท��อย&'ในสถึานะของเหลวไม'เหม!อนก�น
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
สถานะของสาร
ของแข�ง (Solid) ของเหลว (Liquid)ก๊�าซ/ไอ (Gas/Vapor/Vapor)
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
ของแข*ง (Solid)• ของแข*ง (Solid) เป0นสถึานะของสารท��อน�ภาคุติ'าง ๆ ม�
แรงย�ดีเหน��ยวระหว'างก�นคุ'อนข,างมากท�าให,แติ'ละอน�ภาคุม�ติ�าแหน'งท��แน'นอน
• ร&ปร'างของสารท��อย&'ในสภาวะของแข*งจะไม'เปล��ยนแปลงติามภาชนะท��บรรจ�
ภาพแสดีงติ�วอย'างโคุรงสร,างของสารท��อย&'ในสถึานะของแข*งNatanee VorayosNatanee Vorayos
254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
ของเหลว (Liquid)• ของเหลว (Liquid) เป0นสถึานะของสารท��อน�ภาคุม�แรงย�ดีเหน��ยวระหว'าง
โมเลก�ลอย&'ในระดี�บปานกลาง (เม!�อเท�ยบก�บของแข*งและก2าซ ) โดียอน�ภาคุจะเกาะก�นเป0นกล�'มหร!อเป0นช�$น และสามารถึเคุล!�อนผ'านก�นระหว'างช�$นไดี,
• ร&ปร'างของสารท��อย&'ในสภาวะของเหลวจะแปรเปล��ยนไปติามภาชนะท��บรรจ�• ซ��งป7จจ�ยท��ท�าให,สารม�การเปล��ยนสถึานะไดี,แก' แรงย�ดีเหน��ยวโมเลก�ล ,
พล�งงานท��สะสมอย&'ในแติ'ละโมเลก�ล , อ�ณหภ&ม และ คุวามดี�นท��ล,อมรอบ
ภาพแสดีงโคุรงสร,างของสารท��อย&'ในสถึานะของเหลวNatanee VorayosNatanee Vorayos
254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
ก2าซหร!อไอ (Gas/Vapor)• ก2าซหร!อไอ (Gas or vapor) คุ!อสถึานะของสารจะท��อน�ภาคุม�แรงย�ดี
เหน��ยวระหว'างก�นคุ'อนข,างน,อยถึ�งน,อยมากท�าให,แติ'ละอน�ภาอย&'ห'างก�น และแติ'ละอน�ภาคุหร!อโมเลก�ลสามารถึเคุล!�อนท��ไดี,อย'างอ สระในท ศทางท��ไม'แน'นอน
• ร&ปร'างของสารท��อย&'ในสภาวะก2าซหร!อไอจะแปรเปล��ยนไปติามภาชนะและจะม�การฟุ้� 9งกระจายเติ*มภาชนะ
• ซ��งป7จจ�ยท��ท�าให,สารม�การเปล��ยนสถึานะไดี,แก' แรงย�ดีเหน��ยวโมเลก�ล ,พล�งงานท��สะสมอย&'ในแติ'ละโมเลก�ล , อ�ณหภ&ม และ คุวามดี�นท��ล,อมรอบ
ภาพแสดีงโคุรงสร,างของสารท��อย&'ในสถึานะของเหลวNatanee VorayosNatanee Vorayos
254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
ก๊ระบวนก๊ารให�ความร�อนก๊�บน !าท"#ความดั�นก๊ระบวนก๊ารให�ความร�อนก๊�บน !าท"#ความดั�นคงท"#คงท"#
• (1) – (2) ให,คุวามร,อนก�บน�$าท��อย&'ในสภาวะของเหลวจะกระท��งอ�ณหภ&ม ของน�$าม�คุ'าเท'าก�บอ�ณหภ&ม จ�ดีเดี!อดี (Boiling Point Temperature) ในกระบวนการน�$ปร มาติรม�การเปล��ยนแปลงน,อยมาก
• (2) – (4) ให,คุวามร,อนก�บน�$าติ'อไปจนกระท��งน�$าท��อย&'ในสภาวะของเหลวกลายเป0นไอหมดีพอดี� ในกระบวนการน�$อ�ณหภ&ม จะคุงท��แติ'ปร มาติรจะม�การเพ �มข�$นอย'างรวดีเร*ว
• (4) – (5) ให,คุวามร,อนก�บน�$าท��อย&'ในสภาวะไอติ'อไป ในกระบวนการน�$อ�ณหภ&ม ของไอน�$าจะเพ �มข�$นและปร มาติรของไอน�$าก*จะเพ �มข�$นอย'างรวดีเร*ว
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
• สภาวะท��ของเหลวย�งไม'พร,อมจะกลายเป0นไอและหากไดี,ร�บคุวามร,อนจะม�อ�ณหภ&ม เพ �มข�$น (สภาวะท�� 1) เร�ยกว'า สภาวะของเหลวอ�ดีติ�ว(Compressed Liquid) หร!อของเหลวเย*นจ�ดี (Subcooled Liquid)
• สภาวะของสารท��อย&'ในสภาวะของเหลวท��พร,อมจะระเหยกลายเป0นไอ หร!อสภาวะท��โมเลก�ลส�ดีท,ายของสารคุวบแน'นกลายเป0นของเหลวหมดีพอดี� (สภาวะท�� 2) เร�ยกว'าสภาวะของเหลวอ �มติ�ว (Saturated Liquid: Sat. Liquid)
• สภาวะของสารท��ม�ท� $งส'วนท��เป0นของเหลวและส'วนท��เป0นไอรวมก�นอย&' (สภาวะท�� 3) เร�ยกว'า สภาวะของผสมของสถึานะ (Two – Phase Mixture) หร!อ สภาวะอ �มติ�ว (Saturated Mixture)
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
• สภาวะของสารท��อย&'ในสภาวะไอท��พร,อมจะคุวบแน'นหร!อกล��นติ�วกลายมาเป0นของเหลว หร!อสภาวะท��โมเลก�ลส�ดีท,ายของสารระเหยกลายเป0นไอพอดี� (สภาวะท�� 4) เร�ยกว'า สภาวะไออ �มติ�ว (Saturated Vapor: Sat. Vapor)
• สภาวะภายหล�งจากท��ท�กโมเลก�ลของสารกลายเป0นไอไปหมดีแล,วและเม!�อไดี,ร�บคุวามร,อนติ'ออ�ณหภ&ม จะเพ �มส&งข�$น (สภาวะท�� 5) เร�ยกว'า สภาวะไอร,อนยวดีย �ง หร!อ ไอดีง (Superheated Vapor)
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
แผนภาพอ�ณหภ)ม� – ปร�มาตรจำ าเพาะ (Temperature – Specific Volume Diagram: T – v diagram)
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
แผนภาพอ�ณหภ)ม� – ปร�มาตรจำ าเพาะ (Temperature – Specific Volume Diagram: T – v diagram)
v<vf
vf vmi
x
vg
v>vg
5
vf
g
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
แผนภาพอ�ณหภ&ม – ปร มาติรจ�าเพาะ (Temperature – Specific Volume
Diagram: T – v diagram)
1 atm
0.1 atm
10 atm
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
v<vf
vf vmi
x
vg
v>vg
Tsat1
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
v<vf
vf vmi
x
vg
v>vg
Tsat2
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
v<vf
vf vmi
x
vg
v>vg
T1
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
v<vf
vf vmi
x
vg
v>vg
T2
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
50
300
100
P (kPa)
แผนภาพความดั�น – ปร�มาตรจำ าเพาะ (Pressure – Specific Volume Diagram: P – v diagram)
100C
120C
75C, subcooled
75C, sat.liq. 75C, sat.vap. 75C, sat.mix. 75C, superheated
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
แผนภาพความดั�น – ปร�มาตรจำ าเพาะ (Pressure – Specific Volume Diagram: P – v diagram)
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
อ�ณหภ)ม�อ�#มต�ว (Saturated Temperature)
• อ�ณหภ)ม�ท"#ท าให�ของเหลวระเหย ณ ความดั�นท"#ก๊ าหนดัระเหยก๊ลายเป.นไอ เช่0น ท"#ความดั�น 1 บรรยาก๊าศ น !าม"ม"อ�ณหภ)ม�อ�#มต�วเท0าก๊�บ 100C
• อ�ณหภ)ม�จำ�ดัเดั2อดั , อ�ณหภ)ม�จำ�ดัควบแน0น
ความดั�นอ�#มต�ว (Saturated Pressure)
• ความดั�นท"#ท าให�ของเหลวระเหย ณ อ�ณหภ)ม�ท"#ก๊ าหนดัระเหยก๊ลายเป.นไอ เช่0น ท"#อ�ณหภ)ม� 100C น !าจำะเดั2อดัเม2#อความดั�นม"ค0าเท0าก๊�บ 1 บรรยาก๊าศ
แผนภาพคุวามดี�นก�บอ�ณหภ&ม (P – T diagram): ของเหลว & ไอ/ก2าซ
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
ภาพฉายพ!$นผ วอ�ณหพลศาสติร�
• สมดี�ลระหว'างสถึานะสามารถึอธิ์ บายดี,วยแผนภาพแสดีงคุวามส�มพ�นธิ์�ระหว'างคุ�ณสมบ�ติ สามติ�ว คุ!อ อ�ณหภ&ม คุวามดี�น และปร มาติร
• ภาพฉายของพ!$นผ วอ�ณหพลศาสติร� (Thermodynamic Surfaces)
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
พ2!นผ�วทางอ�ณหพลศาสตร3 แบ0งเป.น 2 แบบ 1) ปร มาติรจ�าเพาะลดีลงเม!�อสารแข*งติ�ว (หดีติ�วเม!�อสารแข*ง
ติ�ว ) 2 ) ปร มาติรจ�าเพาะเพ �มข�$นเม!�อสารแข*งติ�ว (ขยายติ�วเม!�อสาร
แข*งติ�ว)
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
P-v-T surface for a substance that expands on freezing
SIDE VIEW
FRONT VIEW
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
P-v-T surface for a substance that contracts on freezing
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
ติารางอ�ณหพลศาสติร� (Thermodynamics Table)
• การคุ,นหาข,อม&ลคุ�ณสมบ�ติ ท��ติ,องการ จ�าเป0นจะติ,องเล!อกใช,ติารางไดี,อย'างถึ&กติ,อง และทราบข,อม&ลเก��ยวก�บสารท�างานอย'างน,อย 2 อย'าง เพ!�อใช,ในการระบ�สภาวะสารท�างานให,ไดี,ก'อน จากน�$นจ�งคุ,นหาคุ�ณสมบ�ติ ติ�วท��เหล!อติ'อไป
• หากคุ'าท��ติ,องการทราบจากติารางอ�ณหพลศาสติร�ไม'สามารถึอ'านออกมาไดี,โดียติรง โดียคุ'าท��ติ,องการติกอย&'ระหว'างช'วงในติาราง หร!อนอกช'วง ก*จ�าเป0นติ,อง– ประมาณค0าระหว0างช่0วง (Interpolation) หร2อ– ประมาณค0านอก๊ช่0วง (Extrapolation)
• แติ'ในกรณ�ท�ม�ซอฟุ้ท�แวร� Catt2 ก*ไม'จ�าเป0นติ,องประมาณคุ'า แติ'สามารถึอ'านคุ'าจากโปรแกรมไดี,ท�นท�
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
vf
vf
g
vg
Saturated Water: Temperature Table
ตารางสภาวะอ�#มต�ว
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
v1>
vg
Superheated Water
Tsat
T1
(45.81)
10 kPa
ตารางไอร�อนยวดัย�#ง/ไอดังSat. vap.
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
v1<vf
Subcooled/Compressed Water
Tsat
T1
(45.81)
10 kPa
ตารางของเหลวอ�ดัต�ว/ของเหลวเย�นยวดัย�#งSat. liq.
โดัยท�#วไปจำะใช่�ค�ณสมบ�ต�ของ Sat. Liq. ณ อ�ณหภ)ม� (T) ท"#ก๊ าหนดัแทน
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
การประมาณคุ'าระหว'างช'วง (Interpolation)• คุล,ายคุล�งก�บการเท�ยบบ�ญญ�ติ ไติรยางคุ� หร!ออ�กน�ยหน��งคุ!อการ
อาศ�ยหล�กการของการระบ�หาติ�าแหน'ง (Coordinate) ท��สามระหว'างสองติ�าแหน'งท��ทราบแล,ว และเพ!�อให,ง'ายจะสมมติ ว'าม�เส,นติรงระหว'างสองจ�ดีท��ทราบ coordinate แล,ว หร!อท��เร�ยกว'าการท�า linear interpolation
y1
y2
x1x2x3
y3
y
x
3 13 2 1 1
2 1
( )x x
y y y yx x
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
- Linear Interpolation SaturatedTable
32 , ?
32 30(5.6280 4.2461) 4.2461 4.79886
35 30
osat
sat
T C P
P kPa
3
32 , ?
32 30(0.001006 0.001004) 0.001004
35 30
0.0010048 /
of
sat
T C v
P
m kg
3
32 , ?
32 30(25.216 32.893) 32.893
35 30
29.8222 /
og
sat
T C v
P
m kg
3 13 2 1 1
2 1
( )x x
y y y yx x
Saturated Water: Temperature Table
Ts
at
Ts
at=
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
Superheated Table: Water (SI unit)
• Temperature in oC• Pressure block
– Specific volume of superheated vapor (v) in m3/kg
– Specific internal energy of superheated vapor (u) in kJ/kg
– Specific enthalpy of superheated vapor (h = u+Pv) in kJ/kg
– Specific entropy of superheated vapor (s) in kJ/kg.K
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
3
225 , 10 , ?
225 200(24.136 21.825) 21.825
250 200
22.9805 /
oT C P kPa v
v
m kg
352 / , 10 , ?
52.0 49.526(900 800) 800
54.141 49.526
853.61 o
v m kg P kPa T
T
C
3
300 , 20 , ?
20 10(5.284 26.445) 26.445
50 10
21.1548 /
oT C P kPa v
v
m kg
310
350
320
340 , 20 , ?
340 300(31.063 26.445) 26.445 28.2922 /
400 300
340 300(6.209 5.284) 5.284 5.654 /
400 300
20 10(5.654 28.2922) 28.2922 22.6327 /
50 10
o
kPa
kPa
kPa
T C P kPa v
v m kg
v m kg
v m kg
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
คุ�ณภาพไอ/คุวามแห,งของไอ (x) ก�บแผนภาพ T-v• คุ�ณภาพไอ/ คุวามแห,งของไอ
(Quality) ม�ส�ญล�กษณ�เป0น x เป0นติ�วระบ�อ�ติราส'วนของส'วนท��เป0นไอติ'อสารท�$งหมดี
• สามารถึหาไดี,การน�ามวลส'วนท��เป0นไอหารดี,วยมวลท�$งหมดี (ผลรวมของมวลของเหลวและมวลของไอ)
vap
tot
mx
m
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
ส&ติรคุ�านวณคุ'าปร มาติรจ�าเพาะจากคุ'า x• ปร มาติรรวมคุ ดีจากปร มาติรของเหลวและไอ • โดียปร มาติรเป0นผลคุ&ณของมวลและปร มาติรจ�าเพาะ
(1 ) .f gv x v x v
tot liq vapV V V
. .tot liq f vap gm v m v m v
( ). .tot tot vap f vap gm v m m v m v
( ).tot vap f vap
gtot tot
m m v mv v
m m
vap
tot
mx
mจาก
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
ส&ติรคุ�านวณคุ'า x จากปร มาติรจ�าเพาะ• ก�าหนดีให, vfg เป0นผลติ'างของปร มาติรจ�าเพาะของไออ �มติ�วก�บ
ของเหลวอ �มติ�ว
• จะไดี,สมการคุวามส�มพ�นธิ์�ระหว'างปร มาติรจ�าเพาะเฉล��ยของของผสมอ �มติ�ว ก�บคุ�ณภาพไอ (x)
f g fgv v v
(1 ) .f gv x v x v
f fgv v xv
fgf
gff
vvxv
xvxvvv
จาก
จะไดี,
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
การแสดีงกระบวนการบนแผนภาพ P-v และ T-v
• น�$าบรรจ�อย&'ในท'อทรงกระบอกม�การเคุล!�อนท��ในสองกระบวนการกระบวนการท�� - 12 น�$าท�� T = 400C, P = 10 bar ถึ&กท�าให,เย*นลงโดียกระบวนการคุวามดี�นคุงท��จนกลายเป0นไออ �มติ�วพอดี�กระบวนการท�� - 23 น�$าถึ&กท�าให,เย*นลงท��ปร มาติรคุงท��จนกระท��งอ�ณหภ&ม ลดีลงเป0น 150
oC• จงเข�ยนกราฟุ้แสดีงคุวามส�มพ�นธิ์�ระหว'าง P-v และ T-v ของกระบวนการน�$
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
สภาวะอ �มติ�วและคุ�ณภาพไอสภาวะอ �มติ�ว (Saturated state)
ของสารท�างาน เป0นไดี, 3 สภาวะ 1( ) ของเหลวอ�#มต�ว (Saturated
liquid) เป0นของเหลวท��อย&'ท��จ�ดีเดี!อดีและคุวามดี�นอ �มติ�ว พร,อมท��จะเปล��ยนสถึานะจากของเหลวเป0นไอ เม!�อไดี,ร�บคุวามร,อนติ'อไป จะเร �มม�ส'วนท��ระเหยกลายเป0นไอ และจะม�คุ�ณภาพไอ (x) เป0น x = 0
(2) ไออ�#มต�ว (Saturated vapor) เป0นสารท�างานท��จ�ดีเดี!อดีและคุวามดี�นอ �มติ�วม�สถึานะเป0นไอท�$งหมดี หร!อการเปล��ยนสถึานะเป0นไอส $นส�ดีแล,ว หร!อของเหลวหยดีส�ดีท,ายระเหยหมดีไป และจะม�คุ�ณภาพไอ เป0น x = 1
T
v
Tsat
P = Psat
vf vg
Saturated liquid
Saturated vapor
Saturated mixturevf<v<vg
gf
gfgf
gf
satsat
sss
hhhuuu
xvvv
TTPP
,
10 ,
,
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
(3) ของผสมอ�#มต�ว (Saturated mixture of liquid and vapor) เป0นสภาวะท��สารท�างานอย&'ท��จ�ดีเดี!อดีและคุวามดี�นอ �มติ�ว และก�าล�งระเหยเพ!�อเปล��ยนสถึานะกลายเป0นไอ หร!อก�าล�งคุวบแน'นจากไอเป0นของเหลวท�าให,ม�สองสถึานะของของเหลวและไอ อย&'ในสมดี�ลก�น
- ทราบอ�ณหภ&ม และคุวามดี�นอ �มติ�วในระหว'างการเปล��ยนสถึานะแล,วติ,องทราบอ�ติราส'วนของส'วนท��เป0นไอดี,วย
- หาคุวามส�มพ�นธิ์�ระหว'างปร มาติรจ�าเพาะเฉล��ยของของผสมอ �มติ�วและคุ�ณภาพไอไดี,
- ของผสมอ �มติ�วสองสถึานะจะม�คุ�ณภาพไออย&'ในช'วง 0 < x < 1
T
v
Tsat
P = Psat
vf vg
Saturated liquid
Saturated vapor
Saturated mixturevf<v<vg
สภาวะอ �มติ�วและคุ�ณภาพไอ
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
สภาวะไอร,อนยวดีย �ง และ สภาวะของเหลวอ�ดีติ�ว• สภาวะของสารท�างานท��ไม'ไดี,จ�ดีอย&'ในกล�'มสภาวะอ �มติ�ว 2 สภาวะ
ไดี,แก' ไอร,อนยวดีย �ง (Superheated vapor) และ ของเหลวอ�ดีติ�ว (Compressed liquid หร!อ Subcooled liquid)
• ไอร�อนยวดัย�#ง (Superheated vapor) เป0นสารในสถึานะไอ ท��ถึ&กท�าให,ร,อนกว'าไออ �มติ�ว ซ��งจะอย&'ภายใติ,เง!�อนไข ดี�งน�$
g
ggg
satsat
ss
uuhhvv
TTPP
, ,
,
Tsat
P < Psat
Psat
T
T > Tsat
Tsat
P
v
Psat
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
ของเหลวอ�ดีติ�ว (Compressed liquid)• ของเหลวอ�ดัต�ว (Compressed liquid) หร!อจะ
เร�ยกว'า Subcooled liquid ก*ไดี, เป0นสารในสถึานะของเหลวท��อ�ณหภ&ม ติ��ากว'าจ�ดีเดี!อดี และอย&'ภายใติ,เง!�อนไข ดี�งน�$ T
v
Tsat
PsatP > Psat
T < Tsat Tsat
P
v
Psat
f
fff
satsat
ss
uuhhvv
TTPP
, ,
,
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
คุ�ณสมบ�ติ อ สระในสภาวะติ'างๆ• การระบ�สภาวะท�$ง 5 สภาวะจ�าเป0นท��จะติ,องใช,ค�ณสมบ�ต�ท"#เป.นอ�สระต0อก๊�น
อย0างน�อย 2 ต�ว • สภาวะของเหลวอ�#มต�ว , ของผสมอ�#มต�ว และไออ�#มต�ว
- เก ดีข�$นท��อ�ณหภ&ม และคุวามดี�นอ �มติ�วเดี�ยวก�นท�$งสามสภาวะ- อ�ณหภ&ม และคุวามดี�นไม'เป0นอ สระติ'อก�น- คุ�ณสมบ�ติ ท��เป0นอ สระติ'อก�น เช'น T & v, P & v, T & x และ P &
x
- สภาวะของเหลวอ�ดัต�ว และ ไอร�อนยวดัย�#ง- อ�ณหภ&ม และคุวามดี�นเป0นอ สระติ'อก�น - คุ�ณภาพไอไม'ม�คุวามหมาย- คุ�ณสมบ�ติ ท��เป0นอ สระติ'อก�น ไดี,แก' T & P, T & v, P & v
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
ติ�วอย'าง : กระบวนการติ'อเน!�องไอน�$าคุวามดี�น 3MPa อ�ณหภ&ม 300
o C บรรจ�ในท'อ (จ�ดีท�� 1 ) ถึ&กท�าให,เย*นดี,วยน�$าหล'อเย*นท�าให,อ�ณหภ&ม ลดีลงโดียปร มาติรคุงท��
เป0น 2 00o C (จ�ดีท�� 2) จนกระท��งม�คุวามดี�น 25. MPa (จ�ดีท��
3) (a) จงเข�ยนกราฟุ้แสดีงคุวามส�มพ�นธิ์�ระหว'าง
(b) หาปร มาติรจ�าเพาะ ในหน'วย m3 /kg ของท�$งสามสภาวะ และ หาอ�ติราส'วนโดียมวลของไอท��สภาวะ 2
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
ติ�วอย'าง: กระบวนการติ'อเน!�อง (cont’d)สมมติ ฐาน: ไอน�$าอย&'ในระบบป?ดี , สภาวะท�$งสามของระบบดี�ง
กล'าว อย&'ในสมดี�ลไอและของเหลว
• สภาวะท"# 1– P
1 ม�คุ'าน,อยกว'าคุวามดี�นอ �มติ�วท��อ�ณหภ&ม 300
o C– – เม!�อน�าคุ'าท��ไดี,หาคุวามส�มพ�นธิ์�ในติาราง Superheated
vapor – จะไดี, v
1= 00811. m3/kg
@3008.581osat C
P MPa
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
ติ�วอย'าง: กระบวนการติ'อเน!�อง (cont’d)สภาวะท"# 2• จากกระบวนการคุงท�� พ จารณาคุ'าจากติาราง Saturation water • จะไดี,ว'า v
1 = v2
=0.0811 m3 /kg ท��อ�ณหภ&ม 200o C ,
vf =1.1565 x 10-3 m3 /kg และ vg =0.1274 m3 /kg• คุ'า v
2อย&'ระหว'าง และ หร!อ vf < v
2 < v g แสดีงว'าน�$าอย&'ในสภาวะ
ของผสมอ �มติ�วสองสถึานะ หาอ�ติราส'วนของสองสถึานะ ดี�งน�$ 3
22 3
0.0811 1.1565 10x 0.633
0.1274 1.1565 10f
g f
v v
v v
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering
ติ�วอย'าง: กระบวนการติ'อเน!�อง (cont’d)สภาวะท"# 3• P
3 ม�คุ'ามากกว'าคุวามดี�นอ �มติ�วท��อ�ณหภ&ม 200 o C ()
• แสดีงให,เห*นว'าท�� P3
= 2.5 MPa และ T3 = 200 oC • สารม�สภาวะเป0น Compressed liquid • เม!�ออ'านคุ'าปร มาติรจ�าเพาะในติาราง Compressed liquid • จะไดี, v
3 =1.1555 x 10- 3m3/kg
Natanee VorayosNatanee Vorayos 254231: Thermodynamics I254231: Thermodynamics I
Chapter 3: Properties of Chapter 3: Properties of Pure Substances Pure Substances
Department of Department of Mechanical EngineeringMechanical Engineering