Как определить степень сухости влажного насыщенного пара
Влажный насыщенный пар располагается между пограничными кривыми x = 0 и x = 1. Возьмем точку е на изобаре Р в области влажного насыщенного пара (рис. 7.15 и 7.16). В области влажного насыщенного пара параметры состояния не могут быть определены только по давлению и температуре, поскольку давление однозначно определяет температуру насыщения и изобара влажного пара одновременно является его изотермой, представляющей прямую линию в Р,v- и Т,s- диаграммах. В качестве вспомогательного условного параметра для влажного пара применяется степень сухости х. Зная степень сухости х и параметры состояний насыщения воды на линии х=0 и пара на линии х=1, можно рассчитать все остальные параметры состояния влажного пара.
Параметры влажного пара обозначаются с индексом «x». 1 кг влажного пара содержит х кг сухого насыщенного пара и (1 — x) кг воды в состоянии насыщения. Следовательно, любой параметр, подчиняющийся закону сложения (аддитивности), для 1 кг влажного пара будет представлен в виде суммы произведений соответствующих параметров на x кг сухого насыщенного пара и на (1 — x) кг воды при давлении или температуре насыщения. Например, расчет удельного объема, энтальпии, энтропии и внутренней энергии для влажного пара можно выполнить по формулам:
 |
 |
 |
Используя параметры влажного насыщенного пара, можно рассчитать его степень сухости:
 |
При этом горизонтальные отрезки 1-2 изобар и изотерм в Р,v- и T,s- диаграммах в области влажного насыщенного пара делятся точкой е пропорционально значению степени сухости х=(1-е)/(1-2), что позволяет построить линии постоянных степеней сухости х=const (рис. 7.15 и 7.16). В критической точке сходятся все линии постоянных степеней сухости. Внутренняя энергия влажного пара проще определяется как
 |
Теплота, необходимая для получения влажного пара из воды c t=0 о С при изобарном ее нагревании, называется полной теплотой влажного пара и определяется как
 |
Наряду со степенью сухости x в практике часто используется понятие влажности пара (1-x). Влажность дается в долях или в процентах.
Источник статьи: http://ispu.ru/files/u2/book2/TD1_19-06/ttd7-5.htm
Параметры пара
Свойства пара определяются его параметрами, то есть величинами, характеризующими состояние пара (давление, температура, степень сухости, энтальпия, теплосодержание и т. д.). Тепловая энергия подводится к паровой турбине при помощи водяного пара, являющегося носителем тепловой энергии (теплоносителем).
Насыщенный пар
Если нагревать воду в открытом сосуде, то температура ее будет постепенно повышаться, пока не достигнет примерно 100 0 С; после этого дальнейшее повышение температуры прекращается и начинается кипение воды, то есть бурный переход ее в парообразное состояние. Температура воды во время кипения остается одной и той же, так же как температура получающегося над водой пара; она равна точно 100 0 С при нормальном атмосферном давлении, равном давлению ртутного столба 760 мм высотой. Искусственно изменяя давление, можно изменять температуру кипения в очень широких пределах; при увеличении давления температура кипения повышается, при уменьшении давления – понижается.
Так, при давлении 0,02 ата (0,02 от атмосферного давления) вода кипит при 17,2 0 С, а при давлении 10 ата при 179 0 С.
Температура пара над водой, из которой он получается (рис. 1), всегда равна температуре этой воды. Получающийся над водой пар называется насыщенный пар.
Определенной температуре насыщенного пара всегда соответствует определенное давление, и наоборот, определенному давлению всегда соответствует строго определенная температура.
В (таблице 1) приводится зависимость между температурой и давлением насыщенного пара.
Измерив термометром температуру насыщенного пара, можно по этой таблице определить его давление или, измерив давление, определить температуру.
При образовании пара в паровое пространство котла всегда попадают частицы воды, увлекаемые выделяющимся паром; особенно сильное увлажнение пара происходит в современных мощных котлах при работе их с большой нагрузкой. Кроме того, насыщенный пар обладает тем свойством, что при самом незначительном отнятии теплоты часть пара обращается в воду (конденсируется); вода в виде мельчайших капелек удерживается в паре. Таким образом, практически мы всегда имеем смесь сухого пара и воды (конденсата); такой пар называется влажный насыщенный пар. Так же как и у сухого насыщенного пара, температура влажного пара всегда соответствует его давлению.
Состав влажного пара принято выражать в весовых частях пара и воды. Вес сухого пара в 1 кг влажного пара называется или и обозначается буковой «х». Значение «х» обычно дают в сотых долях. Таким образом, если говорят, что у пара «х»=0,95, то это значит, что во влажном паре содержится по весу 95% сухого пара и 5% воды. При «х»=1 насыщенный пар носит название сухого насыщенного пара.
Один килограмм воды при своем испарении дает один килограмм пара; объем получающегося пара зависит от его давления, а следовательно, и от температуры. В противоположность воде, которая по сравнению с газами почти несжимаема, пар может сжиматься и расширяться в очень широких пределах.
Удельный объем, то есть объем 1 кг пара, при давлении 1 ата для сухого насыщенного пара равен 1,425 м 3 , то есть в 1725 раз больше объема 1 килограмма воды. При повышении давления удельный объем пара уменьшается, та как пар как упругое тело сжимается; так, при давлении 5 ата объем 1 кг сухого насыщенного пара уже равен только 0,3816 м 3 .
Энтальпия пара(теплосодержание) – практически определяется как количество тепла, которое нужно для поучения 1 кг пара данного состояния из 1 кг воды при 0 0 С, если нагрев происходит при постоянном давлении.
Понятно, что при одной и той же температуре энтальпии пара значительно больше, чем энтальпия воды. Для того чтобы нагреть 1 кг воды от 0 до 100 0 С, нужно затратить приблизительно 100 ккал тепла, так как теплоемкость воды равна приблизительно единице. Для того же, чтобы превратить эту воду в сухой насыщенный пар, нужно сообщить воде добавочно значительное количество теплоты, которое расходуется на преодоление внутренних сил сцепления между молекулами воды при переходе ее из жидкого состояния в парообразное и на совершение внешней работы расширения пара от начального объема v / (объем воды) до объема v // (объема пара).
Это добавочное количество теплоты называется теплота парообразования.
Следовательно, энтальпия сухого насыщенного пара будет определяться так:
i // =i / +r, ккал/кг,
где i // — полная теплота (энтальпия пара); i / — энтальпия воды при температуре кипения; r – теплота парообразования.
Например, при давлении 3 кг/см 3 теплосодержание 1 кг кипящей воды равно 133,4 ккал, а теплота парообразования равна 516,9 ккал/кг; отсюда энтальпия сухого насыщенного пара при давлении 3 кг/см 2 будет:
i // =133,4+516,9=650,3 ккал/кг (табл 2)
в сильной степени зависит от его степени сухости; с уменьшением степени сухости пара его энтальпия уменьшается.
Энтальпия влажного пара равна:
Эту формулу легко уяснить себе на следующем примере: допустим, что давление пара 5 кг/см 2 и степень сухости 0,9 иначе говоря, 1 кг этого пара содержит 0,1 кг воды и 0,9 кг сухого пара. По (табл 2) находим, что энтальпия воды при давлении 5 кг/см 2 равна округленно 152 ккал/кг, а энтальпия сухого пара 656 ккал/кг; так как влажный пар состоит из смеси сухого пара и воды, то энтальпия влажного пара в данном случае будет равна:
Следовательно, энтальпия влажного пара будет в этом случае примерно на 50 ккал/кг меньше, чем сухого насыщенного пара того же давления.
Перегретый пар
Если насыщенный пар отвести от поверхности испарения воды в котле и продолжать нагревать его отдельно, то температура пара будет подниматься и объем его увеличиваться. Устройство, в котором пар подогревается (пароперегреватель), сообщается с паровым пространством котла (рис 2). Пар, температура которого выше температуры кипения воды при том же давлении, называется . Если давление пара равно 25 ата, а температура его 425 0 С, то он прегрет на 425 – 222,9 = 202,1 0 С, так как давлению 25 ата соответствует температура насыщенного пара, равная 222,9 0 С (табл 2) 
Энтальпия перегретого пара
Следовательно, она превышает энтальпию сухого насыщенного пара того же давления на величину, выражающую собой количество теплоты, дополнительно сообщенное пару при перегреве; это количество теплоты равно:
а=ср(t2 – t1), ккал/кг,
где ср – средняя теплоемкость 1 кг пара при постоянном давлении. Ее величина зависит от давления и температуры пара; в (табл. 3) даны значения ср для некоторых температур и давлений;
t1 – температура насыщенного пара; t2 – температура перегретого пара.
Энтальпии перегретого пара для некоторых давлений и температур приведены в (табл. 4).
Перегревая свежий пар, мы сообщаем ему дополнительную теплоты, то есть увеличиваем начальную энтальпию. Это приводит к увеличению использованного теплопадения и повышению экономического к.п.д. установки работающей на перегретом паре. Кроме того, перегретый пар при движении в паропроводах не конденсируется в воду, так как конденсация может начаться только с момента, когда температура перегретого пара понизиться на столько, что он перейдет в насыщенное состояние. Отсутствие конденсации свежего пара особенно важно для паровых турбин, вода, скопившаяся в паропроводе и увлеченная паром в турбину, легко может разрушить лопатки турбины.
Преимущество перегретого пара настолько значительны и выгодность его применения настолько велика, что современные турбинные установки работают почти исключительно перегретым паром.
В настоящее время большинство тепловых электростанций строится с параметрами пара свыше 130 – 150 ата и свыше 565 0 С. В дальнейшем для самых мощных блоков предполагается по мере освоения новых жаростойких сталей повысить параметры до 300 ата и 656 0 С.
При расширении перегретого пара его температура понижается, по достижении температуры насыщения перегретый пар проходит через состояние сухого насыщенного пара и превращается во влажный пар.
Источник статьи: http://par-turbina.ucoz.net/index/parametry_para/0-10
Определение степени сухости влажного насыщенного водяного пара
Цель работы: углубление знаний по разделу «Реальные газы и пары». Получение навыков практического исследования свойств влажного пара.
Общие положения
Влажный насыщенный пар (ВНП) — это равновесная смесь жидкого и газообразного состояний вещества: насыщенной жидкости (НЖ) и сухого насыщенного пара (СНП). Согласно правилу фаз Гиббса, параметры каждой из находящихся в равновесии фаз двухфазной смеси полностью определяются заданием одного независимого параметра, которым служит, как правило, давление или температура. Однако, для определения характеристик смеси в целом, необходимо знать ее состав. Он задается введением дополнительной характеристики — степени сухости, которая представляет собой массовую долю сухого насыщенного пара:
(1)
Она может меняться в пределах от 0, что соответствует чистой насыщенной жидкости, до 1,что соответствует сухому насыщенному пару.
Область существования влажного насыщенного пара можно изобразить на термодинамических диаграммах (исключая диаграмму р-Т, на которой она вырождается в линию насыщения). Наиболее удобной для анализа является диаграмма Т-s (рис.1).
Область существования влажного насыщенного пара на ней ограничена нижней и верхней пограничными кривыми, которые отделяют ее от областей ненасыщенной жидкости и перегретого пара. Из-за крайне слабой зависимости свойств жидкости от давления область ненасыщенной жидкости практически сливается с нижней пограничной кривой, и свойства жидкости определяются только температурой.
Пограничные кривые сходятся в критической точке (точка К), где различие жидкости и пара пропадает. Снизу область влажного пара ограничивается горизонтальной линией — изотермой температуры тройной точки (точка О), равной 273,16 К. Ниже этой изотермы находится область равновесия лед-пар.
На диаграмме показаны линии основных термодинамических процессов: изобары p = const (сплошная линия) и изохоры (пунктирная линия). Также показаны линии х = const, которые веером выходят из критической точки К. Если известна температура или давление влажного насыщенного пара, то, используя таблицы термодинамических свойств воды и пара, можно найти такие величины, как объем, энтальпию и энтропию влажного пара:
h = h″·x + h′·(1–x) = h′ + r·x , (3)
где r = h″ – h′, кДж/кг — удельная теплота парообразования.
штрих соответствует параметрам насыщенной жидкости, два штриха — параметрам сухого насыщенного пара.
Удельная теплота парообразования представляет собой теплоту, подводимую к веществу в ходе изобарного (и одновременно изотермического) превращения 1 кг насыщенной жидкости в сухой насыщенный пар. На Т-s диаграмме (рис.1) теплота графически изображается площадью под линией процесса (площадь под процессом 1-2).
М етодика экспериментального определения степени сухости
Непосредственное определение степени сухости по величинам масс компонентов смеси по формуле 1 затруднительно, так как невозможно практически отделить капельки жидкости самых разных размеров от сухого пара. Способы определения степени сухости базируются на контролируемом переводе смеси в однофазное состояние, параметры которого легко найти.
В лабораторной работе влажный пар охлаждают до полной конденсации и переохлаждения конденсата. Теперь для определения конечных параметров достаточно знать только температуру, так как параметры ненасыщенной жидкости практически не зависят от давления.
Охлаждение осуществляется путем смешения пара с холодной водой. Процесс смешения производится в калориметре для предотвращения утечки тепла в окружающую среду. Так как смешение производится изобарно, подведенное тепло должно выражаться изменением энтальпии системы, а из-за теплоизоляции оно равно нулю. Поэтому тепловой баланс происходящего процесса выражается в том факте, что сумма энтальпий смешиваемых влажного пара и холодной воды должна быть равна энтальпии получающейся горячей воды:
Слагаемые этого равенства можно записать:
, (6)
где параметры h′ и r — определяются по таблицам состояний воды и пара, исходя из величины давления, а энтальпии воды — горячей hГОР.В и холодной hХОЛ.В — и определяются по температуре воды согласно формулам:
где ср = 4,19 — изобарная теплоемкость воды, кДж/(кг∙К);
tГОР.В , tХОЛ.В — температуры горячей и холодной воды, ºС.
Массы сконденсировавшегося пара и холодной воды можно найти, проводя взвешивание калориметра – сначала пустого, затем наполненного водой, и наконец, наполненного горячей водой.
Источник статьи: http://studfile.net/preview/9710978/page:7/
 |