4.Изменение теплофизических свойств рабочего тела в зависимости от давления и энтальпии.

При докритическом давлении выделяют три области существования рабочего тела:

Рисунок 5

• область воды , в которой энтальпия изменяется до энтальпии насыщения воды . Для неё характерна слабая зависимость плотности и удельного объёма от энтальпии, в силу малой сжимаемости жидкости. Здесь с небольшой погрешностью можно считать, что и постоянны и равны , их значениям на линии насыщения воды.

• вторая область относится к области существования пароводяной смеси (Пвс), где удельный объём меняется прямопропорционально энтальпии

.

Подставив значения получим ,

где ; .

Если принять во внимание, что плотность и удельный объём , кривая, описывающая поведение плотности в области Пвс соответствует гиперболе. Процесс парообразования продолжается до тех пор, пока энтальпия рабочей среды не сравняется с энтальпией насыщенного пара .

Х арактерным для этой области является то, что температура рабочего тела сохраняет своё значение и равна температуре насыщения .

• область ― область существования перегретого пара. Удельный объём его может быть описан уравнением состояния для газа.

Для докритического давления зависимости могут быть описаны аналитически. Влияние давления здесь проявляется в увеличении плотности воды, уменьшении области Пвс в силу уменьшения скрытой теплоты парообразования r = и по мере приближения давления к критическому значению свойства воды и пара сближаются.

Особенно значительные изменения плотности. удельного объёма, удельной теплоёмкости, коэффициента теплопроводности проявляются в зоне больших теплоёмкостей (ЗБТ).

ЗБТ ― это зона изменения энтальпий, в которой удельная теплоёмкость превышает значение 8,38 кДж/кг·гр.

Качественный характер поведения в этой зоне показан на рисунке 7 для одного из значений абсолютного давления .

Рисунок 7

Чем больше давление превышает критическое значение, тем меньше максимальное значение и более плавные переходы из области до ЗБТ в область ЗБТ и выход из неё.

5.Изменение энтальпии рабочего тела вдоль равномерно обогреваемой трубы.

Тогда, преобразовав уравнение (10), получим:

или .

Интеграл может быть найден, если известна зависимость плотности теплового потока от координаты z . Наиболее просто он находится для случая, когда не меняется вдоль трубы, т.е. является постоянной величиной. Тогда, проинтегрировав уравнение (11), получим:

,

где  энтальпия среды на выходе и на входе в трубу и длина обогреваемой части трубы.

Произведение представляет внутреннюю поверхность трубы, а  теплоту, воспринятую рабочей средой в единицу времени. Тогда интеграл уравнения сохранения энергии для рабочего тела запишется в виде

,

где  приращение энтальпии рабочего тела, ;

 массовый расход.

Представляет интерес зависимости изменения энтальпии рабочего тела вдоль оси. Её можно получить, если проинтегрировать уравнение (11) для случая, когда координата z меняется от ноля до текущего значения, т.е. нужно взять интеграл

, откуда (11)

Т.е. текущее значение энтальпии изменяется пропорционально координате z , если плотность теплового потока постоянна на всей длине трубы (рисунок 8).

Рисунок 8

На практике, как правило, плотность теплового потока имеет сложную зависимость от координаты z. Пример её для трубы экрана топки показан на рисунке 9.

Рисунок 9

Если зависимость удаётся выразить аналитически, то подставив её в подинтегральное выражение, можно взять интеграл.

В инженерных расчётах поступают проще. Длину трубы разбивают на участки, в пределах которых плотность теплового потока принимается постоянной величиной, равной

,

где «j»  номер участка;

 координаты конца и начала участка «j».

Для примера на рисунке 9 выделено 3 участка по высоте, где плотности теплового потока определены как средние по теореме Коши.

При таком подходе приращения энтальпии рабочего тела в трубе определится как сумма приращений энтальпии на участках:

,

, (12)

или

,

где  приращения энтальпии на 1, 2, 3 участках.