Т-s диаграмма воды и водяного пара

 

При анализе циклов тепловых двигателей (в частности, паротурбинных установок) широко применяется Ts-диаграмма. Для водяного пара Ts-диаграмма представлена на рисунке 1.9.

Строится на основе экспериментальных данных, причем считают, что при 0⁰ С энтропия воды равна нулю. Далее фиксируются точки закипания рабочего тела и точки полного превращения рабочего тела в газ при разных температурах.

Рис.1.9. Т-s диаграмма воды и водяного пара

 

Линия I в Ts-диаграмме превращается в точку на оси ординат на 273,16 К выше абсолютного нуля. Эта точка является началом нижней пограничной кривой (х = 0).

Изобары нагрева жидкости (а-а', б-б' и т.п.) от 0°С до t_Н в Ts-диаграмме являются логарифмическими кривыми, кривизна которых практически совпадает с кривизной нижней пограничной кривой. Следовательно, точки а', б'... располагаются на нижней пограничной кривой.

Процесс парообразования (а'-а", б'-б" и т. п.) протекает при р = const и при t_Н=const, поэтому изобары парообразования изображаются в Ts-диаграммах горизонтальными линиями; изобары перегрева пара (а"-d, b"-а и т. п.) - линиями, близкими к логарифмическим.

 Площади под кривыми процесса обозначают: q' - количество теплоты на нагрев при данном давлении 1 кг жидкости от 0°С до t_Н; r - удельная теплота парообразования - это количество теплоты, необходимое для преобразования 1 кг кипящей жидкости в изобарно-изотермическом процессах в сухой насыщенный пар.

В изобарном процессе она равна разности энтальпий сухого насыщенного пара и влажного насыщенного пара.

q_ne - теплота, затраченная на перегрев пара при данном давлении до температуры t_ne>t_H.

 

1.17 h-s - диаграмма воды и водяного пара

 

В инженерной практике термодинамические процессы с водяным паром рассчитывают с помощью h-s-диаграммы. Эта диаграмма в СССР построена до давления 100,0 МПа и до температуры 1000 ⁰С по табличным данным, предложенным проф. М. П. Вукаловичем.

Схематично h-s-диаграмма показана на рисунке 1.10. За начало координат принято состояние воды в тройной точке. Данная диаграмма имеет линии насыщения и состояния сухого насыщенного пара.

Изобары в области влажного пара изображаются прямыми наклонными линиями, расходящимися веерообразно вверх; изотермы в области влажного пара совпадают с изобарами.

В области перегретого пара изобары - кривые, близкие к логарифмическим. Поскольку в изотермическом процессе энтальпия идеального газа (а сильно перегретый пар по своим свойствам близок к идеальному газу) не изменяется, то изотермы вдали от области насыщения (от верхней пограничной кривой) идут горизонтально.

На hs-диаграмме нанесены также линии v = const, идущие круче изобар (пунктиром).

Обычно всю диаграмму не выполняют, а строят только ее верхнюю часть, наиболее употребительную в практике расчетов. Это позволяет изображать ее в более крупном масштабе.

Основное достоинство h-s-диаграммы состоит в том, что данные количества теплоты изображаются в ней отрезками, а не площадями, как в Ts-диаграмме.

Рис. 1.10. hs-диаграмма воды и водяного пара