4 Влажный пар и его параметры

Рассматривая влажный пар как механическую смесь сухого насыщенного пара и жидкости той же температуры, т. е. температуры насыщения, его объем можно представить как сумму объемов указанных компонентов. Непосредственно отсюда вытекает формула для определения удельного объема влажного пара

, (7.2)

где х– степень сухости пара.

Здесь первое слагаемое представляет собой объем жидкости, содержащейся в 1 кг влажного пара, а второе – объем содержащегося в нем сухого насыщенного пара.

Для превращения 1 кг кипящей воды в сухой насыщенный пар при

p = const ему необходимо сообщить определенное и различное для разных давлений количество тепла, называемое теплотой парообразования

.

Энтальпия влажного пара может

. (7.5)

Энтропия влажного пара может быть определена

. (7.6)

Пользуясь приведенными формулами и зная степень сухости пара, можно определить все основные параметры и для влажного пара.

???????????????????????5 Ts– диаграмма водяного пара

Рассмотрим характер и расположение изобар воды и водяного пара в Ts-диаграмме.

Т аким образом, изобара воды представляет собой экспоненциальную кривую, начинающуюся на оси ординат в точке А при температуре То и кончающуюся в точке В при температуре кипения Т_н и энтропии s^/(рис. 7.8).

Рисунок 7.8

В области влажного пара T=Т_н=const, поэтому изобара имеет вид горизонтальной прямой ВС, конечная точка которой С соответствует состоянию сухого насыщенного пара, когда энтропия равна s".

В точке С изобара имеет излом (поскольку с_р, будучи бесконечно большой для влажного пара, при переходе в область перегретого пара принимает конечное значение) и превращается в кривую СD(перегрев пара).

На начальном участке вблизи состояния насыщения с_р для перегретого пара велика, поэтому изобара идет полого. По мере удаления от точки С величина с_р уменьшается и крутизна изобары возрастает, а на достаточно большом расстоянии от нее, когда зависимость с_р от температуры становится незначительной, изобара по характеру приближается к экспоненциальной кривой.

площадь, заключенная между отрезком изобары АВ и осью абсцисс, представляет собой теплоту кипящей воды. площадь, заключенная между отрезком изобары АВС и осью абсцисс, равна энтальпии i", причем площадь прямоугольника, расположенного между отрезком ВС и осью абсцисс, равна теплоте парообразования r.

Аналогично этому в виде площади можно представить себе энтальпию некипящей воды, влажного пара и перегретого пара. Во всех случаях она изображается площадью, заключенной между отрезком изобары от оси ординат до заданной точки и осью абсцисс. Например, если состояние перегретого пара характеризуется точкой D, то его энтальпия равна площади фигуры ОАВСDЕО.

???????????6 Is – диаграмма водяного пара

Построение этой диаграммы, общий вид которой приведен на рис. 7.12, осуществляется таким образом.

По табличным значениям строятся нижняя и верхняя пограничные кривые ОК. и КL, затем точки на этих кривых, соответствующие одинаковым давлениям, соединяются прямыми линиями, образующими в области влажного пара пучок начинающихся в начале координат и расходящихся кверху изобар. Одновременно эти линии являются и изотермами.

Д

Рисунок 7.12

ействительно, из уравнения

при p= const получаем

.

Но частная производная в левой части полученного уравнения представляет собой угловой коэффициент касательной к изобаре, а поскольку температура в изобарном процессе влажного пара постоянна и равна температуре кипения Т_н, постоянным будет и этот коэффициент, т. е. изобара изображается прямой линией.

С увеличением давления температура Т_н повышается, поэтому изобары становятся более крутыми и вся совокупность их образует пучок расходящихся кверху прямых.

В области перегретого пара изобары строятся по точкам, наносимым в соответствии с табличными значениями параметров i и s для разных температур. По мере удаления от верхней пограничной кривой температура пара возрастает, поэтому крутизна изобар увеличивается, т. е. за этой кривой они теряют прямолинейный характер и плавно изгибаются кверху.

В области влажного пара наносится система линий постоянной степени сухости (x= const). Построение их основано на том, что каждая из этих линий делит все изобары влажного пара на пропорциональные отрезки, в чем нетрудно убедиться, используя формулу

.

Обычно на is-диаграмму наносится и система изохор υ= const, которые по своему характеру близки к изобарам, но идут несколько круче и в области влажного пара не прямолинейны.

Нижняя часть is – диаграммы практического интереса не представляет и ее не строят: это дает возможность выполнить рабочую часть диаграммы в более крупном масштабе, удобном для пользования.