teplotekhnika (Учебник по теплотехнике. Ерофеев, Семенов, Пряхин), страница 10

Состоянию воды при температуре 18на диаграмме ру соответствует точка 2. Удельный объем воды в даннойточке \/. Если продолжать подвод теплоты к воде при том же давлении,то начнется процесс парообразования. Давление р и температура 18 водыи пара при этом остаются постоянными. Будет изменяться лишь соотношение между количеством пара и воды в Цилиндре.49При испарении последней капли воды (точка 4) заканчивается про-цесс парообразования и образуется сухой насыщенный пар объемом \/'. Напроцесс собственного парообразования (2 - 4) расходуется теплота г, называемая скрытой теплотой парообразования.Между точками 2 и 4 вода находится в двух фазах - жидкой и парообразной, при этом каждому состоянию соответствует вполне определенное соотношение между ними.

Такая двухфазовая система называетсявлажным насыщенным паром. Отношение массы сухого пара к массе смеси, состоящей из сухого пара и воды, обозначается буквой х и называется степенью сухости:Мп_х-_.Мж +Мп(2.30)Степень сухости пара изменяется от 0 до 1. Для воды при температуре кипения х = 0, а для сухого насыщенного пара х = .Дальнейший подвод теплоты к сухому насыщенному пару приводит кувеличению его удельного объема у и температуры І (точка 5). Полученный пар называется перегретым. Таким образом, перегретый пар - этопар, имеющий температуру выше температуры кипения при данном да'влении.Если процесс парообразования проводить при иных давлениях (ра,рад и т.д.), то соответственно находим ряд других точек (Ь, ЬІ, сІ, а] и т.д.).Соединив эти точки, получим пограничные кривые, сходящиеся в критической точке К.Линия ГК на рис.

2.13, соединяюшая точки, которые определяют состояние воды, нагретой до температуры кипения, называется нижней пограничной кривой. Она начинается в фундаментальной точке Г, в которойэнтальпию и энтропию условно принимают равными нулю. ЛинияК-д2-сІІ-сІ-4 на рис. 2.14, соединяющая точки, которые определяют состояние сухого насыщенного пара (х = І), называется верхней погранич-ной кривой. Нижняя пограничная кривая отделяет область жидкости отобласти влажного пара, а верхняя - область влажного пара от перегретого.В области влажного пара наносят семейство кривых постоянной степени сухости.

Линии постоянной степени сухости (х = сопЅІ) строят де-лением отрезков 2 - 4, Ь - (1, ЬІ - (ІІ на равные части и соединением точек, лежащих на них, плавными кривыми. Как уже указывалось, для водяного пара отсутствует простое и точное уравнение состояния, по которому то было бы найти его параметры. Поэтому все расчеты с нимпроизводят по таблицам, составленным на основании экспериментальных данных.Поскольку процесс парообразования протекает при постоянном давлении и температуре, таблицы насыщенного пара составляют по давле50нию или температуре насыщения.

Если известна одна из этих величин,по таблице определяют остальные параметры воды при температуре кипения (\/, Ґ, 5*) и сухого насыщенного пара (1/', і", У'). Значение внутренней энергии в данном случае определяют по формуле и = і- ру.Для влажного пара таблиц не существует, поэтому его параметры находят по формулам:\&=у”+М”-40х=йй;(ЪЗПіх = Ґ + (Ґ' - і')х= Ґ'х;(2.32)Ѕх = Ѕ' + (3” - $')х = У'х.(2.33)Параметры на верхней пограничной кривой в термодинамике обозначают двумя штрихами, а на нижней пограничной кривой - одним.В таблицах насыщенного пара, помимо перечисленных параметров,приводят также значения скрытой теплоты парообразованияг = 1" - Ґ.

С учетом этой величины (2.32) можно записать так:1х1+гх.'_'ІКоличество теплоты, кДж/кг, расходуемой на изобарный подогревводы от 0 °С до температуры кипения, рассчитывают по одной из следующих формул:Ч=ср(,3_Іо)=4919,39(2.34)4=Ґ-ъ,где Ґ - энтальпия воды при температуре кипения (точка а'); 10 - энталь-пия воды при 0 °С и давлении ра (точка ао).В области средних давлений величина іО по сравнению с і' составляетО,5%, и ею можно пренебречь.Количество теплоты, затрачиваемой на собственно процесс парообразованияПрименяя первый закон термодинамики к процессу парообразова-ния, получаемг=т-М+ИИ-Ю=р+шаж)Разность внутренней энергии и” - и' обозначают р и называют внутренней теплотой парообразования, которая расходуется на преодолениесил взаимного притяжения молекул без увеличения их кинетическойэнергии.

Таким образом, прирост внутренней энергии в процессе парообразования вызван ростом потенциальной энергии положения молекул51вследствие увеличения удельного объема пара (\/' > \/). Работу в процессе парообразования р(\/' > \/) обозначают ш и называют внешней тепло-той парообразования. Эта теплота затрачивается на работу против внешних сил при изменении объема от 1/ до т/'.Пар в паросиловых установках перегревается в пароперегревателепри постоянном давлении. Его параметры (у, і, Ѕ) определяют по табли-цам перегретого пара в зависимости от температуры и давления.Количество теплоты, затрачиваемой на изобарный перегрев пара,ЧП"ЧП"=їр(І-- і3);= і _ "ї(2.36)где Е'р - средняя теплоемкость пара, кДж/(кг.

К), при давлении р и температуре от 13 до І; 1- температура перегретого пара, °С; і - энтальпия перегретого пара, кДж/кг.Работа расширения пара при перегреве/=р(\›- И).(2.37)На рис. 2.14 в диаграмме ру показана работа расширения при нагревании воды, парообразовании и перегреве пара.Расчеты параметров и процессов с водяным паром можно производить, помимо таблиц, также по диаграммам состояния водяного пара 73`и із. По ним легко определить начальные, конечные и промежуточныепараметры пара в различных термодинамических процессах.Диаграмму ТЅ (рис.

2.15, а) строят на основании таблиц водяного пара. На нее наносят нижнюю и верхнюю пограничные кривые. Нижняяпограничная кривая начинается в фундаментальной точке Г, расположенной на оси температур при Тг= 273 К. Теплоемкость водяного парана верхней пограничной кривой отрицательная. Линия постоянной степени сухости так же, как и на диаграмме ру, начинается в критическойточке К. Изобары в области жидкости вплоть до состояний, близких ккритическим, практически совпадают с нижней пограничной кривой(линия І~` - а').

В области влажного пара они совпадают с изотермами ипредставляют собой линии, параллельные оси энтропии (линия а' - а”),а в области перегретого пара имеют характер, близкий к логарифмиче-ским кривым (линия а” - І). Чем дальше состояние перегретого пара отлинии насыщения, тем ближе изобара к логарифмическим кривым, поскольку по своим свойствам пар приближается к идеальному газу.Изохоры в области влажного и перегретого пара имеют характер логарифмических кривых, но более крутых, чем изобары перегретого пара.Площадь под линией процесса на диаграмме ТЅ выражает собой теплоту. Диаграмму используют для анализа циклов тепловых двигателей.526,тіё8//`аа” а"*-11 ------- ×щ×\І/,\К\Кі=сопзіх=І`х=0,95у//°Чъ,/\х=0,5а*` а'і'о---ҐІІІІ>іЅ,ЅІІЅРис.

2.15. Схема процесса парообразования:а - в Гз-коорлннатах; 6 - в ,ру-координатахТеплота жидкости 4, теплота парообразования г и теплота перегрева ЧМчисленно равны площадям под изобарами Г- а', а' - а” и а” - І.Диаграмму із (рис. 2. І 5, б) так же, как и диаграмму 72з, строят на основании таблиц водяного пара. Нижняя пограничная кривая на ней начинается в фундаментальной точке Г (з,~= О, іг= 0). Критическая точка Кна этои диаграмме находится на левом склоне пограничных кривых.На диаграмме нанесены изобары, изотермы, изохоры, а в областивлажного пара - линии постоянной сухости пара.

В области влажногопара изобары и изотермы совпадают и изображаются прямыми линиями.В области перегретого пара изобары изображаются логарифмическимикривыми, а изотермы стремятся выйти на горизонталь.Изохоры на диаграмме із также являются логарифмическими кривыми, но более крутыми, чем изобары в области перегретого пара.Обычно используемая для расчетов диаграмма із охватывает не всю область насыщения, а только ее часть вблизи верхней пограничной кривой.Поэтому все расчеты при х < 0,65 производят по таблице водяного пара.С помошью диаграммы із решаются многие практические задачи спарами. Теплота на ней изображается линейными отрезками, а не плоЩадями, как на диаграмме Тз, что упрощает расчеты.Основные процессы с водяным паром.

Отсутствие практически удобного уравнения состояния пара вызывает необходимость использовать об53р лр2А//2\*тМ1%І' `І`\`×хУ=соп$1їуРис. 2.16. Изохорный процессЩие зависимости термодинамики, не связанные с уравнением состояния. Такими зависимостями для обратимых изменений состояния являются:первое начало термодинамики 4 = и2 - иІ + І,гггдеІ=Ірс1щУ!Р:илиц=і2-і1-І\'(ір;Р:второе начало термодинамики о: = (14/ Т;математическое понятие энтальпии і= и + ру.Связь между термодинамическими параметрами после задания усло-вий протекания процесса (у = сопзі; р = сопзІ и т.д.) устанавливается с по-мощью таблиц или диаграмм водяного пара.Рассмотрим вывод формул для подсчета теплоты, работы и изменения внутренней энергии, а таюке иллюстрацию в осях ру, ТЅ и із для следуюших частных процессов.Изохорный процесс (у = сопзі или о» = О) представлен на рис.

2. І6.Для изохорного процесса работа изменения объема Ір = ІІ _ 2 = О.= 4,_2 = и2 - иІ.Теплота, участвующая в процессе,4,,Используя формулу і= и + ру, получимЧ/_2=і2_і|-У(Р2_Р|)'(2-38)Изобарный процесс (р = сопзі или ор = О) представлен на рис. 2.17.Теплота, участвующая в процессе,Ч/-2= іг-іт;работа изменения объемаизменение внутренней энергии54(2.39)Рис. 2.17. Изобарный процессАи=и2-иІ =(1---І=і2-іІ -р(\›2-у1).Если процесс протекает в области влажного пара, где изобарный процесс одновременно является и изотермическим, то можно воспользоваться и следующей формулой:(2.41)4= ПЅ2-ЅІ)=г(х2-хд).Изотермический процесс (Т= сопЅІ или с! Т= О) лишь в области влажного пара совпадает с изобарным. Их взаимное положение в координатах ру, ТЅ и із представлено на рис. 2.18.Теплота, участвуюшая в процессе,(2.42)Ч/_2= ПЅ2-51);изменение внутренней энергииАи = и2 - иІ = і2 - і1 - (р2у2 - рт);(2.43)работа изменения объема І= (1 - Аи.Изоэнтропный (адиабатный) процесс (Ѕ = сопЅІ или ов = О) представлен на рис.