Пар, соприкасающийся с жидкостью и находящийся в термическом равновесии с ней, называется насыщенным.

Момент окончания парообразования при кипении (то есть когда вся вода выкипела) соответствует состоянию сухого насыщенного пара. Состояние сухого насыщенного пара неустойчиво, при незначительном отводе от него теплоты он становится влажным паром, а при подводе теплоты – перегретым паром. Пар называют перегретым, если при заданном давлении он имеет более высокую температуру, чем температура насыщения. Чем больше степень перегрева, то есть разность между действительной температурой пара и температурой насыщения, соответствующей его фактическому давлению, тем больше перегретый пар по своим термодинамическим свойствам приближается к идеальному газу.

Рассмотрим процесс парообразования с помощью pV-диаграммы:

Рис. 1.19-Процесс парообразования воды на P-V диаграмме

Начальное состояние воды (то есть при некотором давление р₀ и объеме обозначается на диаграмме точкой а. При подводе тепла температура Т и объемы воды будут возрастать. Нагрев воды завершится в тот момент, когда температура достигнет температуры кипения воды при p₀=const. Это состояние на диаграмме соответствует точке b.

Линия a-b: нагрев жидкости до T_кип. При дальнейшем подводе тепла начинается процесс парообразования. При этом рабочее тело будет состоять из воды и сухого пара. И в определенный момент, когда последняя капля воды превращается в пар, получим сухой, насыщенный пар – точка С.

Тогда между точкой b и точкой С будет находиться область влажного насыщенного пара, который состоит из воды и сухого пара.

При дальнейшем нагреве пар становится перегретым, его T и резко возрастают. Процесс завершится в точке d.

Относительное содержание массы сухого пара в двухфазной системе (пар - кипящая вода) носит название степени сухости насыщенного пара:

(1.107)

Степень сухости меняется в области насыщения: . По физическим свойствам состояние начала кипения х=0 и состояние сухого насыщенного пара х=1 включается в область насыщенного пара.

Насыщенный пар степени сухости носит название влажного насыщенного пара.

С повышением Р, все закономерности процесса нагрева жидкости до t кипения сохраняются. И в критической точке при P_кр=22,129МПа и T=374,16⁰C и критическом объеме процесс парообразования стягивается в точку К, которая называется критической точкой.

В критической точке исчезают различия между жидкой и паровой фазами. Например сухой пар имеет туже плотность, что и кипящая вода

Соединив точку К с точками a,b,c при различных значениях Р, получим три линии.

1. Геометрическое место точек, характеризующих состояние воды при нулевой температуре и разных значениях давления.

2. Характеризует состояние воды при Т_кип и различных Р- нижняя пограничная кривая.

Геометрическое место точек, характеризующих сухой насыщенный пар- верхняя пограничная кривая.

Рис. 1.20-Процесс парообразования на TS-диаграмме.

На TS-диаграмме линия a-b-c-d представляют процесс парообразования при некотором давление p=const.

Линия a-b- изобарный подогрев воды до температуры насыщения. Состояние воды при t=0 и энтропии S₀ характеризуется точкой а. В точке b состоянию кипящей жидкости при принятом давлении соответствует температура кипения T_к и энтропия S^’.

Горизонтальная прямая b-c представляет процесс испарения при p=const, протекающий при постоянной температуре насыщения T_н

Точка С соответствует состоянию сухого насыщенного пара и определяется согласно изменений энтропии от х=0 до x=1

Кривая c-d представляет процесс перегрева пара при p=const.

Линии процесса парообразования при другом давлении p=const строятся тем же путем.

Удельная энтальпия пара легко определяется графически по TS-диаграмме.

Так на рисунке 1.20 площадь А, заключенная между изобарой нагрева в диапазоне от 0⁰С до T_н и двумя ординатами, представляют удельную энтальпию жидкости , соответственно площадь В- теплоту испарения r, а площадь С- затрачиваемую теплоту на перегрев пара.

Таким образом, удельная энтальпия сухого насыщенного пара в точке С характеризуется площадью a₀abcc₀a₀ (A+B), а перегретого пара в точке d-площадью aa₀bcdd₀a₀ (A+B+С).

Диаграмма i-S водяного пара

При исследовании тепловых процессов с водяным паром широко пользуются диаграммой. При построение диаграммы по оси ординат откладывается энтальпия пара, а по оси абсцисс-энтропия. За начало координат примем то состояние воды в тройной точке (0⁰С), где S₀=0 и . Пользуясь опытными данными, на диаграмму прежде всего наносят пограничные кривые жидкости и пара сходящиеся в критической точке К.

Нижняя пограничная кривая начинается из начала координат ( Верхняя пограничная кривая от точки К. Ниже верхней пограничной кривой (ВПК) расположена область влажного насыщенного пара.

На диаграмму также наносятся изохоры, изобары, изотермы и линии равной сухости.

Рис 1.21- диаграмма водяного пара.

Изобары в области насыщенного пара (ниже ВПК) прямые линии, являющиеся одновременно изотермами. При переходе в область перегретого пара изотермы и изобары разделяются и каждая из них представляет собой отдельную кривую. Изобары поднимаются вверх, а изотермы представляют собой кривые линии, обращенные выпуклостью вверх. При низких давлениях изотермы весьма близки к горизонтальным линиям. С повышением давления кривая изотерм увеличивается.

На диаграмму наносятся сетка изохор, которые имеют вид кривых, поднимающихся более круто вверх по сравнению с изобарами.

Адиабатный процесс в диаграмме изображается вертикальной прямой. Поэтому все вертикальные линии в диаграмме представляют собой адиабаты.

Диаграмма позволяет быстро определить характер пара с достаточно высокой для технических расчетов точностью, дает возможность определить энтальпию пара и разности энтальпий в виде отрезков прямой, а не площадью, как в TS-диаграмме.

По i - S диаграмме Вукаловича можно определить:

1) Количество теплоты участвующей в процессе: (для p=const); (1.108)

2) Работу, производимую паром: кДж/кг (1.109)

3) Изменение внутренней энергии пара: кДж/кг; (1.110)

4) Изменение энтропии пара в процессе ; кДж/кг ·К. (1.11)

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: