7.8 Термодинамические процессы изменения состояния водяного пара
7.8.1.1Изохорный процесс
Рис. 7.5. Изохорное изменение состояния пара
В изохорном процессе при подводе теплоты к влажному пару увеличиваются его давление и температура. Степень сухости уменьшается с уменьшением температуры (если начальное состояние вещества находится вблизи кривой х = 0) увеличивается. Если начальное состояние вещества находится вблизи кривой х = 1, то с уменьшением температуры степень сухости уменьшается. В изохорном процессе внешняя работа равна нулю, подведенная теплота расходуется на изменение внутренней энергии тела:
.
Если удельный объем v процесса меньше объема сухого насыщенного пара v конечного состояния v v, то в конце процесса пар будет влажным; если v v, то пар будет перегретым. Степень сухости влажного пара определяется по формуле:
или
На vp-диаграмме изохорный процесс изображается отрезком прямой, параллельной оси ординат, на sT – диаграмме плавной линией. В области влажного пара изохора направлена выпуклостью вверх, а в области перегретого пара – вниз. На si-диаграмме изохора изображается кривой, направленной выпуклостью вниз.
Изобарный процесс
Рис. 7.6. Изобарное изменение состояния пара
На si-диаграмме в области насыщенного пара изобара представляет собой прямую линию, пересекающую нижнюю и верхнюю пограничные кривые. При подводе теплоты к влажному пару степень сухости возрастает, и он (при постоянной температуре) переходит в сухой, а затем - в перегретый. В области перегретого пара изобара – кривая, направленная выпуклостью вниз.
На vP-диаграмме изобарный процесс изображается отрезком горизонтальной прямой, который в области влажного пара представляет собой и изотермический процесс одновременно, на sТ-диаграмме в области влажного пара изобара -прямая, а в области перегретого пара – кривая, обращенная выпуклостью вниз.
Внутренняя энергия, работа, подведенная теплота:
;
;
.
Когда
q
задана:
,
откуда находится степень сухости.
Изотермический процесс
Рис. 7.7. Изотермическое изменение состояния пара
На si-диаграмме в области влажного пара изотерма совпадает с изобарой и является прямой наклонной линией. В области перегретого пара изотерма – кривая с выпуклостью вверх.
На vP-диаграмме в области влажного пара изотерма – прямая линия, а в области перегретого – кривая с выпуклостью вниз.
В sТ-диаграмме изотерма - прямая, параллельная оси абсцисс.
Внутренняя энергия водяного пара, в отличие от внутренней энергии идеального газа, изменяется вследствие изменения потенциальной составляющей:
Количество подведенной теплоты в процессе равно:
;
l
= q
- u.
7.8.4Адиабатный процесс
Адиабатный процесс совершается без подвода и отвода теплоты и энтропия рабочего тела при обратимом процессе остается постоянной величиной (s = const), поэтому на is и sT – диаграммах адиабаты изображаются вертикальной прямой. При адиабатном расширении давление и температура пара уменьшаются; перегретый пар переходит в сухой, а затем во влажный.
На vP-диаграмме обратимый процесс изображается некоторой кривой.
Рис. 7.8. Адиабатное изменение состояния водяного пара