Основные параметры перегретого пара

 

Перегретый пар получается в специальном агрегате парового котла – перегревателе из влажного пара при сообщении последнему некоторого количества теплоты. Теплотой перегрева принято называть то количество теплоты, которое необходимо затратить на перегрев 1 кг сухого пара до требуемой температуры при постоянном давлении.

В пароперегревателе влажный пар сперва превращается в сухой, а за­тем в перегретый.

В настоящее время в котельных установках температура перегре­того пара достигает 550—600° С. Температура перегретого пара не яв­ляется функцией давления и может принимать самые различные зна­чения, но не ниже температуры сухого пара при данном давлении. Свой­ства перегретых паров приближаются к свойствам газов.

Количество теплоты, сообщаемое в процессе перегрева пара, может быть определено по уравнению

 

или                (8.9)

 

где с_р — истинная теплоемкость перегретого пара при постоянном дав­лении; с_рm — средняя теплоемкость перегретого пара в интервале температур от t_н до t.

Так как теплота перегрева q_п, подводимая к пару при постоянном давлении, расходуется только на изменение его энтальпии, то энталь­пия перегретого пара определяется по общему уравнению

 

                                     .                                 (8.10)

 

Внутренняя энергия перегретого пара равна

 

                                            ,                                         (8.11)

 

где υ — удельный объем перегретого пара.

Значения энтальпии, энтропии и удельного объема перегретого пара берутся по таблицам водяного пара.

 

Энтропия воды и водяного пара

 

Энтропия воды при температуре кипения равна

 

  . (8.12)

 

Точные значения энтропии s' приводятся в приложениях.

Изменение энтропии воды в изобарном процессе графически на Тs-диаграмме представляется отрезком s' (в процессе АВ) (рис. 8.2). Площадь под кривой процесса АВ будет в некотором масштабе опре­делять с небольшим допущением энтальпию кипящей воды i′.

Количество теплоты, подве­денное при парообразовании и равное r, графически определяет­ся площадью под кривой ВС. Энтропия су­хого пара s" определится по фор­муле

 

.                                            (8.13)

Энтропию влажного пара s_x (в точке М) найдем по формуле

 

 

    .     (8.14)

 

Изменение энтропии в процессе перегрева пара графически изоб­ражается кривой СD. Площадь под кривой СD изображает теплоту перегрева пара i — i".

Энтропию перегретого пара находим по уравнению

 

                                .                            (8.15)

 

Практически энтропию воды, сухого и перегретого пара берут из
таблиц водяного пара.

Ts-диаграмма водяного пара

 

Графически на Тs-диаграмме произвольный процесс нагрева жид­кости, парообразования и перегрева пара при постоянном давлении изображается кривой  (рис. 8.3). Если нанести на диаграмме ряд таких изобарных процессов и соединить характерные точки, то получим пограничные кривые кипящей жидкости АК (х = 0) и сухого пара КВ (х = 1), которые сходятся в критической точке.

 Пограничные кривые делят диаграмму на три части: влево от АК располагается область жидкости, между кривыми АК и КВ — область влажного пара, вправо от КВ и вверх от точки К — область перегре­того пара. В области жидкости процесс нагрева 1 кг воды от темпера­туры 0° С до температуры кипения происходит по изобаре АаА'₁, ко­торая практически сливается с пограничной кривой жидкости.

На диаграмму наносят изобары, линии постоянных удельных объ­емов, а в области влажного пара —линии равных степеней сухости; в этой области изобары представляют собой прямые линии, параллель­ные оси абсцисс, а в области перегретого пара — кривые линии ВD. На Тs-диаграмме площадь, заключенная между линией обратимого процесса и осью абсцисс, изображает количество теплоты, сообщаемой 1 кг рабочего тела, равное .

Рис. 8.3

В технике Тs-диаграмма широко используется при иссле­довании термодинамических процессов и циклов, так как позволяет видеть изменение температуры рабочего тела и находить количество теплоты, участвующее в процессе. Некоторым неудобством данной ди­аграммы является то, что при определении количества теплоты прихо­дится измерять соответствующие площади, что усложняет определение необходимых величин.

Is-диаграмма водяного пара

 

Is-диаграмма для водяного пара впервые была предложена Молье в 1904 г., именем которого она обычно и называется. Эта диаграмма обладает определенными преимуществами при расчетах по сравнению с Тs-диаграммой.

Большим достоинством is-диаграммы является то, что техническая работа и количество теплоты, участвующие в процессах, изображаются отрезками линий, а не площадями, как это имеет место в Тs-диаграмме.

При построении is-диаграммы по оси ординат откладывается эн­тальпия пара, а по оси абсцисс — энтропия. В начале координат принято t_н=0°С . Пользуясь данными таблиц водяного пара, на диаграмму прежде всего наносят пограничные кривые жидкости и пара, сходящиеся в критической точке К. Пограничная кривая жидкости выходит из начала координат (рис. 8.4). Состояние воды изображается точками на соответствующих изобарах, которые практически сливаются с пограничной кривой жидкости. Линии изобар в области влажного пара являются прямыми на­клонными линиями, расходящимися веером от пограничной кривой жидкости. В изобарном процессе

Рис. 8.4

Угловой коэффициент наклона изобары к оси абсцисс в каждой точке диаграммы численно равен абсолютной температуре данного со­стояния. Так как в области влажного пара изобара совпадает с изо­термой, то, согласно последнему уравнению изобары влажного пара яв­ляются прямыми линиями: , а это и есть уравнение прямой линии.

В области перегретого пара изобары имеют кривизну с выпукло­стью обращенной вниз.

В области влажного пара наносится сетка линий постоянной сухо­сти пара (х =const), которые сходятся в критической точке К. Изо­термы в области влажного пара совпадают с изобарами. В области пере­гретого пара они расходятся: изобары поднимаются вверх, а изотермы представляют собой кривые линии, обращенные выпуклостью вверх. При низких давлениях изотермы весьма близки к горизонтальным пря­мым; с повышением давления кривизна изотермы увеличивается. На диаграмму наносится сетка изохор, которые имеют вид кривых, подни­мающихся более круто вверх по сравнению с изобарами.

В настоящее время при исследовании тепловых процессов в па­рах пользуются is-диаграммой и таблицами водяного пара, так как они значительно упрощают расчеты.

Обычно всю is-диаграмму не выполняют, а вычерчивают только верхнюю часть, что дает возможность изображать ее в более крупном масштабе (рис. 8.5).

 

 

Рис. 8.5