Термодинамические свойства влажного пара

Термодинамические свойства и процессы воды и водяного пара

Водяной пар является реальным газом. В зависимости от состояния он может быть сухим насыщенным, влажным и перегретым.

Насыщенный пар находится в термическом и динамическом равновесии с жидкостью, из которой он образуется. Температура и давление пара в состоянии насыщения называются параметрами насыщения (или кипения).

Насыщенный пар, в котором отсутствуют взвешенные частицы жидкой фазы, называется сухим насыщенным паром. Состояние сухого насыщенного пара однозначно определяется одним параметром – давлением или температурой насыщения. Остальные параметры сухого насыщенного пара (удельный объем , энтальпия , энтропия ) находятся по таблицам или диаграмме h–s (см. прил. 2, 3).

Влажный пар – это равновесная смесь кипящей жидкости и сухого насыщенного пара. Состояние влажного пара определяется его давлением или температурой , а также степенью сухости x. Степень сухости пара x – это массовая доля сухого насыщенного пара во влажном паре, т. е. . Очевидно, что значение x = 0 соответствует воде в состоянии кипения, а x = 1 – сухому насыщенному пару. Параметры влажного пара вычисляются по формулам

(8.1)

где – параметры кипящей жидкости при давлении влажного пара

Перегретый пар – пар, температура которого выше температуры насыщения при данном давлении. Для характеристики перегретого пара необходимо знать два его параметра – давление и температуру, давление и объем и т. д. Остальные параметры и функции находятся по таблицам или диаграмме h–s (см. прил. 2, 3).

Внутренняя энергии пара в любом состоянии рассчитывается исходя из определения энтальпии . Откуда

. (8.2)

На рис. 8.1 представлены p–v и T–s диаграммы для водяного пара. Здесь показаны области различных состояний воды и водяного пара. На левой ветви пограничной кривой (нижней пограничной кривой) находятся точки, соответствующие началу кипения воды, на правой ветви (верхней пограничной кривой) – сухому насыщенному пару. Обе пограничные кривые сходятся в критической точке К, здесь исчезают различия в свойствах жидкости и пара. При температурах выше критической возможно существование только перегретого пара. Для воды параметры критического состояния следующие:

Количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг кипящей воды в сухой насыщенный пар при постоянном давлении, называют удельной теплотой парообразования r. Удельная теплота парообразования находится как

. (8.3)

Рис. 8.1. p–v и T–s диаграммы для водяного пара

Для практических расчетов и определения параметров воды и водяного пара используют два вида таблиц термодинамических свойств: «Состояние насыщения» (например, по температурам) (прил. 2, табл. П.2.1), где приводятся свойства кипящей жидкости и сухого насыщенного пара и «Свойства воды и перегретого пара» (прил. 2, табл. П.2.2).

Кроме этого, широко используется h–s диаграмма (рис. 8.2). Изобары в области влажного пара являются расходящимися прямыми линиями, затем, пересекая верхнюю пограничную кривую, изобары без излома отклоняются вверх. Изохоры (показаны штриховыми линиями) имеют такой же вид, как и изобары, но являются более крутыми. Изотермы в области влажного пара совпадают с изобарами, а в области перегретого пара отклоняются с изломом вправо, выходя на горизонталь при удалении от верхней пограничной кривой.

Затененная часть диаграммы редко используется при расчете циклов паросиловых установок, поэтому для удобства пользования ее отбрасывают, что существенно уменьшает размеры диаграммы.

Рис. 8.2. h–s диаграмма для водяного пара

Изображение основных термодинамических процессов в p–v и T–s диаграммах представлено на рис. 8.3 и 8.4, а формулы для расчета теплоты q , работы l, внешней полезной работы , а также изменения внутренней энергии – в табл. 8.1.

Рис. 8.3. Изохорный и изобарный процессы водяного пара

Рис. 8.4. Изотермический и адиабатный процессы водяного пара

Термодинамические процессы водяного пара

Процесс	v = const	p = const	T = const	s = const
q		h₂ – h₁	T(s₂ – s₁)
l	p(v₂ – v₁)	q – Δu
l’	v(p₁–p₂)	q – Δh

Задачи

8.1. Вода, находящаяся при давлении 15 бар, нагрета до 190 о С. Началось ли кипение воды?

Источник статьи: http://studopedia.ru/9_92170_termodinamicheskie-svoystva-i-protsessi-vodi-i-vodyanogo-para.html

Термодинамические свойства паров

Любое чистое вещество может находиться в твердой, жидкой или газообразной фазе. Переход вещества из одной фазы в другую связан с изменением параметров при передаче теплоты. Промежуточное состояние вещества между газом и жидкостью называется паром. Приближенно соотношение между параметрами пара можно характеризовать уравнением Клапейрона-Менделеева или уравнением Ван-дер-Ваальса.

Рис. 1.3. Диаграмма реального газа

Если сжимать газ при постоянной температуре, то можно достичь состояния насыщения (сжижения газа), соответствующего этой температуре и некоторому определенному давлению. При дальнейшем сжатии пар будет конденсироваться и в определенный момент полностью превратится в жидкость. Процесс перехода пара в жидкость происходит при постоянных температуре и давлении, так как давление насыщенного пара однозначно определяется температурой. На р—u-диаграмме (рис. 1.3) область двухфазных состояний (пар и жидкость) лежит между кривыми кипящей жидкости и сухого насыщенного пара. При увеличении давления эти кривые сближаются. Сближение происходит потому, что объем пара уменьшается, а объем жидкости увеличивается. При некотором определенном для данной жидкости (пара) давлении кривые кипящей жидкости и пара встречаются в критической точке К, которой соответствуют критические параметры: давление р_КР, температура Т_КР, удельный объем u_КР, характеризующие критическое состояние вещества. При критическом состоянии исчезают различия между жидкостью и паром. При температуре более высокой, чем критическая, газ ни при каком давлении не может сконденсироваться, т.е. превратиться в жидкость.

1.3.2. Водяной пар. Парообразование при постоянном давлении

Водяной пар получил широкое распространение как рабочее вещество в тепловых двигателях и как движущая среда, используемая для осуществления процесса теплообмена в теплообменных аппаратах.

Водяной пар есть вода в газообразном состоянии.

Процесс превращения воды в пар называется парообразованием и может осуществляться двумя различными по интенсивности и характеру процессами: испарением и кипением.

Под испарением понимают парообразование, происходящее на свободной поверхности воды при температуре ниже точки кипения при данном давлении.

Кипение – процесс интенсивного испарения не только со свободной поверхности воды, но и со всего объема образующихся внутри пузырьков пара.

Рассмотрим процесс парообразования 1 кг воды, заключенного в цилиндр 1 с подвижным поршнем 2 (рис. 1.4), давление под которым в течение всего процесса остается постоянным. Предположим, что в начальном состоянии (положение поршня 0) вода находится при t₀ = 0 О С и занимает объем u₀ = 0,001 м 3 /кг.

При изобарном процессе подвода теплоты к воде температура и удельный объем воды будет увеличиваться, и при достижении некоторой температуры t_S вода закипит. На рис. 1.4 состоянию воды на границе кипения соответствует положение поршня 1.

Рис. 1.4. Процесс парообразования

При дальнейшем подводе теплоты начинается парообразование. Часть молекул пара, движущихся в пространстве под поршнем равномерно по всем направлениям, соприкасается с поверхностью воды и возвращается обратно в нее. Происходит процесс превращения пара в жидкость (конденсация). В некоторый момент, когда скорости конденсации и парообразования сравниваются, в системе наступает динамическое равновесие.

Пар, находящийся в термодинамическом равновесии с водой, из которой он образуется, называется насыщенным.

Влажный насыщенный пар представляет собой смесь пара с жидкостью, причем жидкость может быть сосредоточена в нижней части цилиндра или равномерно распределена в виде мельчайших капель по всему объему.

Процесс парообразования идет при постоянном давлении и температуре (изобарно-изотермический процесс). Вследствие этого свойства насыщенного пара определяются температурой, являющейся функцией давления среды, в которой происходит процесс парообразования. При подводе теплоты в процессе парообразования количество пара будет возрастать с одновременным уменьшением количества кипящей воды. Положение поршня 2 на рис. 1.4 соответствует моменту окончания процесса парообразования.

Количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг кипящей воды в сухой насыщенный пар, называется теплотой парообразования.

Во всех промежуточных состояниях между первым и вторым положениями поршня (см. рис. 1.4) под ним находится влажный насыщенный пар, представляющий собой смесь m’ кг кипящей жидкости и m» кг сухого насыщенного пара.

Отношение называют степенью сухости влажного насыщенного пара, а величину — степенью влажности. Степень сухости изменяется от х = 0 (кипящая вода) до х = 1 (сухой насыщенный пар).

При подводе теплоты сухой насыщенный пар переходит в состояние перегретого пара (положение поршня 3 на рис. 1.4). Под перегретым понимают пар, температура которого выше температуры насыщенного пара того же давления.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Источник статьи: http://cyberpedia.su/14x7cfa.html