Описание физических величин

Сила и вес тел в системе СИ измеряется в ньютонах (Н). Однако на практике часто пользуются внесистемной единицей – килограмм-силой (кгс). Легко запомнить, что 1 кгс = 9,8 Н ≈ 10 Н.

Давление и механическое напряжение (возникающее в теле под воздействием приложенных к нему сил) в системе СИ измеряются в паскалях (1 Па = 1 Н/м²). Паскаль – это очень малая величина, поэтому используют кратные величины: килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа).

Иногда используют бары:

1 бар = 10⁵ Па = 100 кПа,

что примерно соответствует атмосферному давлению.

Полезно запомнить, что атмосферное давление равно примерно 100 кПа, а давление за конденсационной паровой турбиной составляет 3–8 кПа. Давление пара перед современными паровыми турбинами 12–30 МПа, перед газовыми турбинами 1,0–1,8 МПа. Рассмотренные единицы измерения давления в условиях эксплуатации оборудования электростанций не прижились, главным образом, по причине отсутствия на ТЭС приборов с градуировкой в паскалях. Эксплуатационный персонал ТЭС обычно пользуется техническими атмосферами (ат):

1 ат = 1 кгс/см² = 9,8∙10⁴ Па = 98 кПа = 0,098 МПа.

Кроме технических атмосфер, применяемых в технике, используют физические атмосферы (атм):

1 атм ≈ 1,033 ат ≈ 1,013⁵ Па.

Физическая атмосфера равна среднему давлению атмосферного воздуха на уровне океана и на 45^о географической широты. Это давление называется часто «нормальным».

В ряде случаев давление в сосудах измеряют с помощью ртутных приборов – высотой ртутного столба (мм рт. ст.). Например, упомянутое выше нормальное давление 1 атм = 760 мм рт. ст. и соответственно 1 мм рт. ст. = 133,3 Па.

Многочисленное оборудование тепловых электростанций работает при давлении р меньшем, чем атмосферное давление В. Их разность

Н = В – р

называется разрежением, и оно измеряется непосредственно прибором. Отношение

V = (Н/В) ∙ 100%

Называется вакуумом, и этот термин чаще всего используется на ТЭС, когда речь идет о разрежении. Если вакуум в конденсаторе составляет 95%, а атмосферное давление 100 кПа, то значит, разрежение в конденса-торе составляет 95 кПа, а давление – 5 кПа.

Давления абсолютное и избыточное:

Допустим, что имеется сосуд, к которому присоединена U-образная трубка с какой-нибудь жидкостью (рис. 1).

При открытом сосуде давление внутри него будет, очевидно, равно давлению окружающей среды (атмосферы) , и в этом случае жидкость в обоих коленях U-образной трубки по закону сообщающихся сосудов будет находиться на одном уровне.

Если закрыть сосуд и увеличить в нем давление, то часть жидкости из левого колена трубки будет вытеснена в правое, вследствие чего образуется разность уровней.

Рис. 1. Измерение избыточного давления U-образным манометром

Теперь давление в сосуде будет уравновешиваться давлением атмосферного воздуха и, кроме того, весом столба жидкости высотой h. В этом примере участвуют три вида давлений: атмосферное давление, равное ; давление, создаваемое столбом жидкости высотой h и называемое избыточным давлением , и, наконец, давление внутри сосуда, равное сумме обоих этих давлений и называемое абсолютным давлением .

Таким образом,

.

В термодинамических уравнениях давление всегда берется абсо-лютное. Атмосферное давление измеряется, как известно, барометрами. Так как величина этого давления изменяется обычно незначительно, то при измерении давлений в кг/см² иногда его принимают равным единице. В этом случае

.

Избыточное давление, когда оно невелико, удобно измерять как уже говорилось, высотой столба жидкости. При значительных давлениях эта высота получилась бы очень большой, поэтому в таких случаях давление измеряют специальными приборами – манометрами, шкалы которых градуируются в технических атмосферах.

Для того чтобы можно было знать, о каком именно давлении идет речь – об абсолютном или избыточном, после числа, показывающего величину этого давления в технических атмосферах, пишут: ата – для абсолютного давления и ати – для избыточного. Так, например, если давление, показываемое манометром, равно 15 ат, пишут: давление равно 15 ати.

Вернемся к нашему опыту с сосудом, но теперь уменьшим давление в сосуде ниже атмосферного. Так как абсолютное давление в сосуде стало при этом меньше атмосферного, то часть жидкости из правого колена
U-образной трубки переместиться в левое, как это показано на рис. 2. В результате наружное давление будет уравновешиваться давлением внутри сосуда и, кроме того, давлением, создаваемым весом столба жидкости высотой h.

Рис. 2. Измерение разрежения U-образным вакуумметром

Таким образом, в данном случае, выражая все эти давления высотой столбов жидкости, получим

или .

Величина называется разрежением. Из приведенных уравнений видно, что величина разрежения . При неизменном она будет, очевидно, тем больше, чем меньше давление внутри сосуда .

Разрежение определяется по вакуумметрам и измеряется обычно высотой столба ртути или воды в миллиметрах.

Электрическая и тепловая энергия в системе СИ измеряется в джоулях (Дж), а мощность – в ваттах (Вт): 1 Вт = 1 Дж/с.

Электрическую мощность турбоагрегатов и электростанций обычно представляют в мегаваттах (1 МВт = 10⁶ Вт) или миллионах киловатт (1 МВт = 10³ кВт). Реже, когда речь идет о мощности энергосистем, используют гигаватты (1 ГВт = 10³ МВт).

Электрическую энергию в практике теплоэнергетики обычно измеряют в киловатт-часах (кВт∙ч). Очевидно,

1 кВт∙ч = 3600 кДж.

Мощность на электростанциях никогда не измеряют в лошадиных силах. Количество тепловой энергии измеряется либо в джоулях, либо в калориях (кал): 1 кал = 4,1868 Дж. Чаще используются величины, кратные калории – килокалория (ккал), мегакалория (Мкал) и, особенно, гигакалория (Гкал):

1 Гкал = 10³ Мкал = 10⁶ ккал = 10⁹ кал.

Тепловая мощность (теплопроизводительность) обычно измеряется в Гкал/ч, но иногда и в менее привычных единицах – мегаваттах. Полезно запомнить, что 1 Гкал/ч = 1,16 МВт. Например, теплопроизводительность мощной ТЭЦ с 5 энергоблоками 250 МВт составляет 1650 Гкал/ч = 1940 МВт.

Плотность или обратная ей величина – удельный объем измеряются соответственно в кг/м³ или м³/кг.

В заключение приведем несколько полезных таблиц, содержащих соотношения между различными единицами, часто используемыми в практике (табл. 1–3).

Таблица 1

Соотношения между единицами давления

Таблица 2

Соотношения между единицами энергии

Таблица 3

Соотношения между единицами мощности

Условие задачи:

В пусковом баллоне дизеля емкостью 300 л при некоторых температуре и давлении содержится воздух, плотность которого равна 28,6 кг/ . Определить массу воздуха в баллоне.

Ответ: m = 8,58 кг.

Методика решения задачи:

Вес одного метра кубического 1 вещества называется плотностью и обозначается греческой буквой ρ (ро). Понятно, что плотность равна отношению массы вещества на занимаемый им объем, т.е.

, кг/ .

Так как объем должен быть выражен в кубических метрах, то прежде всего замечаем, что 300 л = 0,3 .

По аналогичной методике решить следующие задачи:

Задача 1. В цилиндре при некоторых температуре и давлениисодержится 0,6 воздуха массой 0,72 кг. Найти его плотность.

Ответ: ρ = 1,2 кг/

Задача 2. Найти массу 500 л газа, если известно, что плотность его
ρ = 1,05 кг/ .

Ответ: m = 0,525 кг.

Задача 3. Найти объем 3 кг газа, плотность которого ρ = 0,95 кг/ .

Ответ: V = 3,15 .

Условие задачи:

Диаметр барабана парового котла D равен 3 м. Найти силу N действующую на днище барабана изнутри, если давление пара р = 10 техническим атмосферам.

Ответ: N = 710 т.

Методика решения задачи:

Искомая сила N = F∙p, где F – площадь днища барабана котла.

, .

По аналогичной методике решить задачу:

Задача. В цилиндре дизеля при сгорании топлива давление доходит до 50 ат. Найти силу, действующую при этом на крышку цилиндра изнутри, если внутренний диаметр цилиндра равен 375 мм.

Ответ: N = 55,18 т.

Условие задачи:

Барометр показывает давление 750 мм рт. ст. Выразить это давление в технических атмосферах и в м. вод. ст.

Ответ: р = 1,0197 ат., р = 10,197 м. вод. ст.

Методика решения задачи:

Искомое давление можно найти из пропорции. Одной технической атмосфере 1 ат. соответствует давление 735,5 мм рт. ст. А х ат. соответствует 750 мм рт. ст. Одной технической атмосфере 1 ат. соответствует давление 10000 мм вод.ст.

По аналогичной методике решить следующие задачи:

Задача 1. Перевести в технические атмосферы давления: 0,05 кг/ ; 1600 кг/ ; 0,2 кг/ .

Ответ: 5 ат; 0,16 ат; 20 ат.

Задача 2. Какой высоте ртутного и водяного столбов соответствуют давления 0,5 и 1,2 технических атмосфер, 4 т/ и 300 кг/ ?

Ответ: 367,7 мм рт.ст., или 5 м вод. ст.; 882,6 мм рт. ст., или 12 м вод. ст.; 294,2 мм рт. ст., или 4 м вод. ст.; 22,06 мм рт. ст., или 300 мм вод. ст.

Рекомендуемая литература:

1. Трухний А.Д., Макаров А.А., Клименко В.В. Основы современной энергетики. Часть 1. – М.: МЭИ, 2002. – 367 с.

2. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблица теплофизических свойств воды и водяного пара. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. – 168 с.

3. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. – М.: Энергия, 1980. – 423 с.

Занятие № 2

Дата добавления: 2014-09-29; просмотров: 499; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!