3.5. Определение параметров влажного насыщенного пара

Удельный объем влажного насыщенного пара находится из того, что в 1 кг такого пара содержится x кг сухого пара и (1 - x) кг кипящей жидкости .

Энтальпия влажного насыщенного пара находится на основе следующих очевидных соображений. Точки a, b, c (рис. 3.2) отвечают одному и тому же давлению (одной и той же температуре насыщения). Поэтому тепло, подводимое на участке bc, может быть определено по разности энтальпий в крайних точках процесса:

. (3.1)

С другой стороны, q – это тепло, затраченное при p = const на получение из кипящей воды влажного пара, в каждом килограмме которого будет x кг сухого пара, т.е.

. (3.2)

Совместное решение (3.1) и (3.2) дает .

Рис. 3.2. pv – диаграмма водяного пара

Энтропия влажного насыщенного пара находится, исходя из того, что она отличается от энтропии кипящей воды на величину, обусловленную количеством тепла, подводимого на участке bc. Поскольку на этом участке , постольку или .

Ко всему сказанному выше следует добавить, что величина внутренней энергии насыщенного пара в таблицах не приводится. Для всех состояний она определяется на основе значений p, h, v: .

3.6. Диаграммы водяного пара

В инженерной практике для определения параметров состояния и анализа процессов используются не только таблицы водяного пара, но и соответствующие диаграммы.

Рис. 3.3. TS – диаграмма водяного пара

Наиболее распространены Ts - и особенно hs - диаграммы.

TS - диаграмма (рис. 3.3) используется для процессов парообразования и конденсации. Это тепловая диаграмма.

Линия 1р-а-2р - это изобара, начинающаяся в точке начала кипения воды (точка 1р) и заканчивающаяся в области перегретого пара (точка 2р). Хорошо видно, что в области влажного насыщенного пара изотерма Тн и изобара Рн совпадают. Левее точки b изобары практически совпадают с нижней пограничной кривой. Пунктиром на рис. 3.3 показана изохора (1v-a-2v). Площадь s_b-b-a-s_a – это теплота парообразования.

Наиболее широко используется при расчетах, связанных с водяным паром, hs - диаграмма (рис. 3.4). Здесь 1р-а-2р - изобара, 1v-а-2v – изохора, 1t-а-2t – изотерма. Причем соблюдаются следующие условия: , , .

Рис. 3.4. hs – диаграмма водяного пара

Изотермы в области насыщенного пара сливаются с соответствующими изобарами и разделяются с ними при переходе через верхнюю пограничную кривую. Кроме того, в области влажного насыщенного пара проводятся линии постоянной степени сухости ( ). Обычно для расчетов приводится не вся hs-диаграмма, а та ее область, которая охватывает области влажного насыщенного пара с и перегретого пара.

3.7. Расчет процессов изменения состояния реального газа (водяного пара)

1. Изохорный процесс ( )

В диаграммах Ts- и hs- (рис. 3.3 и 3.4 соответственно) изохора обозначается линией 1v-а-2v.

Участок 1v-а - это изохорная подсушка влажного насыщенного пара. В ходе этого степень сухости увеличивается до х = 1, т.е. вся жидкая фаза превращается в парообразную. При этом происходит увеличение температуры, давления, энтальпии и энтропии.

Участок а-2v - это изохорный перегрев пара. При этом происходит увеличение температуры, давления, энтальпии и энтропии.

Изменение внутренней энергии в процессе 1v-а-2v определяется соотношением .

Поскольку в процессе работа расширения газа равняется нулю ( ), постольку, в соответствии с первым законом термодинамики, .