18.Диаграммы и таблицы воды и водяного пара
Найбільш точне і повне уявлення про властивості води і водяної пари дають таблиці. За структурою вони складаються з трьох частин (табл. 5.1-5.3) У першій і другій частинах наведені термодинамічні властивості води і водяної пари в стані насичення, але як незалежний параметр в першій частині використовується температура, а в другій - тиск. В іншому їх структури збігаються.
За заданою температурою (тиском) насичення визначають тиск (температуру) насичення, а також властивості киплячої води (у’ h’,s’) і сухої насиченої пари (у'' h”, s"). Ці ж таблиці використовують і для визначення параметрів стану вологої насиченої пари.
При цьому спочатку визначають ступінь сухості пари за будь-яким із відомих значень V*, кх,
а
потім невідоміпараметри:
У вищенаведених таблицях вказані також значення теплоти пароутворення:r=h”-h’.
У третій частині таблиць (див. дод. Б) подано термодинамічні властивості води і перегрітої пари. Як незалежні параметри використані тиск р і температура t. Кожній парі значень р і t відповідають значення трьох параметрів:
V, /і, 5.
Стани води у табл. 5.3 відокремлено від станів перегрітої пари відрізками прямих ліній. До води відносять стани над відрізками, до перегрітої пари - під ними. За відомих тиску і температурі використовувати таблиці зручно. Якщо ж відомі тиск р і питомий об'єм у, тоді при заданому значенні р у таблиці шукають відоме значення V або найближчі до нього значення (vi, vi+y). Потім визначають невідомі t, h, s. У деяких випадках для визначення стану доводиться проводити лінійну інтерполяцію:
де у і z - відповідно шуканий і відомий параметри.
Таким чином, спочатку необхідно визначити агрегатний стан речовини. Якщо задані температура Т1 і один із питомих параметрів П1 тоді з табл. 5.1 можна визначити значення цього питомого параметра на обох гілках граничної кривої при температурі, яка дорівнює заданій.
При цьому можливі такі варіанти: - значення заданого питомого параметра менше, ніж значення цього параметра для киплячої рідини(П1< П’),-робоче тіло знаходиться у стані води;
—ці параметри однакові (П1 = П’). Стан - кипляча вода;значення заданого параметра знаходиться між значеннями киплячої води і сухої насиченої пари (П’<Пі< П”). Стан - волога насичена пара;
— значення заданого параметра дорівнює значенню параметра сухої насиченої пари (П1 = П"). Стан - суха насичена пара;
— значення параметра більше, ніж значення цього параметра для сухої насиченої пари (П> П”).Стан-перегріта пара.Аналогічно чинять і в тому разі, коли відомі тиск і один із питомих параметрів Пі, але при цьому доцільно використовувати табл. 5.2.
— один із питомих параметрів Пі, але при цьому доцільно використовувати табл. 5.2.
19.Процесс получения перегретого пара
КВ- кипящая вода, К- критическая точка, ПП –перегретый пар, ВНП- влажный насыщенный пар, СНП- сухой насыщенный пар.
Превращение воды в пар или наоборот (пар => вода) происходит при постоянно давлении и температуре, эти P и T получили название Рп(Рs), Тп(Тs)
Вторая часть кривой соответствует окончанию превращения жидкости в пар, в каждой точке на этой кривой Н2О находится в состоянии пара, но имеет температуру и давления кипящей воды: Это состояние называется насыщенным паром, а линия, соединяющая точки Кв2а2 — кривой сухого насыщенного пара.
Вся кривая называется пограничной кривой, под ней смесь кипящей воды и сухого насыщенного пара — влажный насыщенный пар.
Правее линии сухого насыщенного пара, пар имеет температуру выше, чем температура насыщения при таком же давлении. Эта область получила название перегретый пар. Влажный насыщенный пар характеризуется степенью сухости.
Парообразование, переход вещества из конденсированной фазы (жидкой или твёрдой) в газовую (фазовый переход I рода). Различают следующие виды парообразования:
— испарение (парообразование со свободной поверхности конденсированной фазы, в случае твёрдого тела сублимация или возгонка)
— кипение (парообразование, характеризующееся возникновением пузырьков насыщенного пара на поверхностях нагрева и ростом пузырьков в объёме жидкости).
Конденса́ция паров (лат. condense — уплотняю, сгущаю) — переход вещества в жидкое или твёрдое состояние из газообразного. Температура, ниже которой происходит конденсация, называется критической. Пар, из которого может происходить конденсация, бывает насыщенным или ненасыщенным.
Виды конденсации:
1. Конденсация насыщенных паров
2. Конденсация перенасыщенного пара
3. Конденсация ненасыщенного пара
4. Конденсация в твёрдую фазу
Соотношения для разных видов конденсации выведены на основе опытных данных, а также статистической физики и термодинамики.
20-23. Основные процессы водяного пара(Изображение процесса в PV, Ts и hs координатах. Определение изменения внутренней энергии, теплоты и работы).
Изохорный процесс . из pv- диаграммы следует, что если начальный удельный оббьем влажного пара v1>vкр, то при постоянном объеме влажный пар можно перевести в сухой насыщенный и перегретый( прямая 1-2). Если v1<vкр, то подвод теплоты к влажному пару(пр.1’-2’) сопровождается не подсушкой его, а увлажнением(степень сухости вл. пара – уменьшается). В этом процессе удельная работа L=0, Поэтому в соответствии с 1 ТД, удельная теплота qv=Δu=u2-u1.Поскольку значения удельной вн эн. В справочных табл. не приводятся и их нельзя получить из hs – диагр. используют формулу q= Δu= (h2-p2v)-(h1-p1v) или u= h2-h1= v(p2-p1)
Изобарный процесс. В обл. влажного пара изобара совпадает с изотермой и в hs- диагр. изображается прямой, а в обл. перегретого пара – кривой с выпуклостью вниз. Изменение удельной вн энергии пара ΔUp= u2-u1=(h2-pv2)-(h1-pv1) или ΔUp= h2-h1=p(v2-v1). Удельная работа, выполняемая в процессе lp = p(v2-v1). Удельная теплота в процессе Qp = h2-h1
Изотермический процесс. Изотерма в обл. насыщенного пара совпадает с изобарой и удельная энтальпия пара значительно изменяется. В отличии от идеального газа у водяного пара в изотерм. процессе происходит изменения удельной вн. эн . Δu= u2-u1=(h2-p2v2)- (h1-p1v1) или Δu = h2-h1-(p2v2-p1v1). Удельную теплоту в этом процессе удобно рассчитывать по форм. q= T(s2-s1) . удельная работа, выполняемая в процессе, опредиляется на основании 1 ТД l = q-Δu
Адиабатный процесс. При ад. Процессе расширение пара его давление и температура понижаются и перегретый пар становится сухим насыщенным(1’), а затем влажным (2). В этом процессе dq=0 и удельная работа расширения совершается за счет изменения удельной вн. эн. пара.
l= Δu = u1-u2= (h1-p1v1)- (h2-p2v2)