Основные параметры жидкости и сухого насыщенного пара

Удельный объем воды при и различных давлениях p=var.

Удельный объем кипящей воды с увеличением температуры и давления увеличивается. Например при p=5Мпа v’=0,001286 м³/кг, при p=22Мпа v’=0,00269 м³/кг.

Удельное кол-во теплоты, расходуемое на нагревание воды от 0 до температуры кипения при каком-то давлении: – разность энтальпий - энтальпия кипящей воды, – удельная энтальпия воды при 0С.

Для термодинамических диаграмм воды принято, что тоской отсчета (нулевой точкой) при 0°С, .

Удельная внутренняя энергия воды: - величина крайне маленькая, поэтому условно принимается за 0.

Энтальпия кипящей воды определяется однозначно по давлениям или температуре и берется из таблиц.

Удельная внутренняя энергия кипящей воды рассчитывается по определению:

Далее вода превращается в пар вплоть до сухого насыщенного. При этом вся теплота расходуется на парообразование. Процесс парообразования условно делят на 2 процесса (одноврем): процесс увеличения внутр потенц энергии (работа дисгрегации) – снижение связей между молекулами воды – . И процесс внешней работы расширения . Т.о. теплота парообразования равна:

Удельная энтальпия сухого насыщенного пара:

Удельная внутр энергия сухого насыщенного пара:

Состояние сухого насыщенного пара однозначно определяется одним параметром – давлением/ температурой. Значения i’’(сух нас), i’(кипящ воды), r, v’’, v’ берутся из таблиц. Чем ближе к критической точке, тем энтальпия сухого насыщ пара становится ближе к энтальпии кипящей воды:

23. Основные параметры влажного насыщенного пара.

Удельный объем: . Обычно в паровых котлах - доля сухости – равна и удельные объемы воды много меньше объема сухого насыщенного пара. . Поэтому для парогенераторов обычно принято:

Энтальпия влажного пара: (энтальпия кипящей воды + кол-во теплоты, израсходованное на испарение й доли воды)

Удельная внутренняя энергия влажного пара:

 

24. Основные параметры перегретого пара.

Удельная теплота перегрева – кол-во теплоты, которое необходимо затратить на перегрев 1 кг пара (сухого) до требуемой температуры при постоянном давлении. Давление перегревания принято считать таким же, как и давление в котле (хотя немного падает). В современных пароперегревателях достигается t до около 600°C. Температура перегретого пара не является ф-ей давления и может быть разной, но не ниже температуры сухого насыщенного пара при данном давлении. С увеличением перегрева св-ва пара все ближе приближаются к идеальному газу.

Удельное кол-во теплоты пароперегрева: – средняя теплоемкость в интервале температур.

Энтальпия перегретого пара:

Удельная внутр энергия перегретого пара: – удельный объем перегретого пара. Значения энтальпии, энтропии удельного перегретого пара берутся из таблиц водяного пара.

(см.рис). обычно изобарную теплоемкость воды в первом приближении считают постоянной величиной. . если проинтегрировать * в пределах от 273,16 К(нулевой точки) до температуры кипения и считать, что удельная энтропия при всех давлениях при 273,16 К равна 0, то: . изменение энтропии воды в изобарном процессе ее нагрева от 273,16 К до температуры кипения равно длине отрезка S’ под кривой AB. Площадь под AB равна i’. процесс парообразования происходит при той же температуре кипения t_s при этом кол-во теплоты, подведенной до состояния насыщенного пара будет равно: r – теплота парообразования.

Площадь под BC – r. . Точка С – состояние сухого насыщенного пара. . Степень сухости .

Изменение энтропии в процессе перегрева пара от темп насыщения до некой температуры перегрева: . Т.к. рассм изобарный процесс перегрева, то изменение уд кол-ва теплоты перегрева можно заменить на изменение энтальпии. т.е. процесс тоже экспоненциальный. Площадь под кривой CD – кол-во теплоты, затраченной на перегрев: . энтропия перегретого пара: . Берут из таблиц водяного пара.

 

TS диаграмма водяного пара.

(см.рис.). TS диаграмма строится путем переноса значений из таблиц водяного пара. На оси Т откладывается тройная точка А (Т=273,16К, р=611Па). Откладывая значение энтропии для кипящей воды S’ и для сухого насыщенного пара S’’ при разных температурах получим пограничные кривые x=0; x=1. Влево от нижней пограничной кривой будет располагаться жидкость, между ними – влажный насыщенный пар, справа от верхней – перегретый пар. Ниже нулевой изотермы AB – лед+пар в равновесном состоянии. В области жидкости процесс нагрева воды от 0,01°С (273,16К) до температуры кипения проходит по кривой AaA’, практически совпадающей с нижней пограничной кривой жидкости (не совпадает т.к. вода – аномальная жидкость с макс плотностью при 4°С). практически все теплотехнические агрегаты работают при больших температурах, т.к. даже холодная сетевая вода не менее 7°С. на TS диаграмме наносят изобары (в области влажного пара совпадают с изотермами, в области перегретого пара - резко направляются вверх, имея точку изгиба на верхней пограничной кривой). В области влажного пара также наносятся линии равных степеней сухости. TS диаграмма удобна для нахождения энтропии, позволяет видеть изменение температуры в процессе и находить кол-во теплоты, участвующей в процессе (площадь под кривой процесса). Возможно нахождение работы цикла .

IS диаграмма водяного пара.

Фактически рабочими параметрами водяного пара являются: энтропия (как мера кол-ва теплоты, отнесенное к температуре рабочего тела) и энтальпия (как полная энергия расширенного тела, коим и явл водяной пар). Т.е. в диаграмме iS техническая работа и кол-во теплоты, участвующей в процессе, будет изображаться не сложной площадью, как в TS диаграмме, а длиной линии, что значительно удобнее. Впервые iS диаграмма была предложена в 1904 г Молье. (см.рис). начало координат – тройная точка. По табл данным, откладывая для разных значний давлений энтальпию и энтропию для кипящей воды и сухого насыщ пара, получаем нижнюю и верхнюю пограничн кривые. Изобары в области влажного насыщ пара – пучок расходящихся прямых: . Угловой коэфф наклона изобары к оси абсцисс (S) в каждой точке диаграммы численно равен значению абсолютной температуры данного состояния. .В области перегретого пара изобары уходят резко вверх. Температура растем (при пост давлении) с увеличением энтропии примерно по логарифмической кривой, и крутизна изобары увеличивается. При низких давл и относительно высоких темп перегретый пар по своим свойствам близок к ид газу, поэтому в этой области изотермы близки к горизонт прямым. При приближении к области насыщения перегретый пар приобретает св-ва реал газа, и кривая загибается. Обычно для технич расчетов всю диаграмму не изображают, а только ту ее часть, в диапазоне значений которой работает данный теплотехнический аппарат. Например паровой котел с рабочим давлением 12 бар обычно работает в диапазоне 60-100% (7-12 бар), соответственно и диаграмма изображается в этом диапазоне в области, близкой к сухому нас пару, а пароперегреватели в области перегрева. Для любой точки на этой диаграмме можно найти p, v, T, S, i, χ. Основные достоинства диаграммы в том, что кол-во теплоты в изобарном процессе равно разности ординат конечной и начальной точек процесса и будет изображаться отрезком вертикальной прямой, а не площадью.