Термодинамические свойства сухого насыщенного водяного пара

Таблицы сухого насыщенного пара

Для нахождения параметров сухого пара t_s, v”, h” и прочих практически пользуются вместо приведенных в предыдущем разделе формул (в некоторых случаях приближенных) специальными таблицами, в которых приводятся готовые значения этих параметров, вычисленные на основании опытов и теоретических исследований.

Таких таблиц было предложено несколько. В настоящее время широкой известностью пользуются таблицы Теплофизических свойств воды и водяного пара, составленные С.Л. Ривкиным и А.А. Александровым или А.А. Александровым, Б.А. Григорьевым (рис. 6.1)

В издании А.А. Александрова и Б.А. Григорьева 2006 г. приведены девять таблиц (табл. I–IX). В табл. I (рис. 6.2) приведены термодинами-ческие свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по температурам). В первом столбце таблицы указаны температуры пара, расположенные в порядке возрастания от 0 до 374 о С; в остальных столбцах приведены соответствующие им значения параметров кипящей воды и сухого насыщенного пара. В табл. II (рис. 6.3) приведены термоди-намические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по давлениям). В первом столбце таблицы указаны абсолютные давления пара, расположенные также в порядке их возрастания, начиная от 1,00 ∙ 10 3 Па и до 2,21∙ 10 7 Па, а в остальных столбцах приведены соответствующие им значения параметров кипящей воды и сухого насыщенного пара.

В тех случаях, когда требуется найти значение какого-либо из приве-денных в таблицах параметров для промежуточных значений температур и давлений, прибегают к интерполированию. Из табл. I и II видно, что с увеличением температуры и, следовательно, давления удельный объем жидкости v’ увеличивается (весьма незначительно), а удельный объем сухого пара v” уменьшается. При критическом значении температуры
= 374,15 о С оба эти объема становятся одинаковыми. Если значения удельных объемов v’ и v”для различных давлений нанести в системе
vp – координат и провести через полученные таким путем точки кривые,
то получим диаграмму, подобную изображенной на рис. 5.3.

Рис. 6.1. Обложка таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара

Рис. 6.2. Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения

Рис. 6.3. Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения

Интересное свойство водяных паров обнаруживается при рассмот-рении характера изменения величины энтальпии в зависимости от давления пара (колонка 6 в табл. II рис. 6.3).

Как видим, при давлении 1,00 ∙ 10 3 Па h”= 2513,7 кДж/кг. С увели-чением давления энтальпия увеличивается, достигая для давления 3,80 ∙ 10 6 Па максимального значения h”= 2801,8 кДж/кг, а затем постепенно умень-шается до 2087,5 кДж/кг при давлении 2,21 ∙ 10 7 Па. Таким образом, оказывается, что для получения сухого пара давлением, предположим, в 10 МПа, требуется подвести к нему меньше теплоты, чем для пара в 1 МПа (в первом случае h”= 2725 кДж/кг, а во втором h” = 2777 кДж/кг). В то же время пар давлением в 10 МПа способен совершать гораздо большую механическую работу, чем пар давлением в 1 МПа. Это свойство водяных паров является одной из причин, заставляющих стремиться к внедрению в промышленность и энергетику пара высокого давления.

Дата добавления: 2015-04-21 ; просмотров: 2472 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник статьи: http://helpiks.org/3-26544.html

Теплофизические свойства водяного пара: плотность, теплоемкость, теплопроводность

Теплофизические свойства водяного пара при различных температурах на линии насыщения

В таблице представлены теплофизические свойства водяного пара на линии насыщения в зависимости от температуры. Свойства пара приведены в таблице в интервале температуры от 0,01 до 370°С.

Каждой температуре соответствует давление, при котором водяной пар находится в состоянии насыщения. Например, при температуре водяного пара 200°С его давление составит величину 1,555 МПа или около 15,3 атм.

Удельная теплоемкость пара, теплопроводность и его динамическая вязкость увеличиваются по мере роста температуры. Также растет и плотность водяного пара. Водяной пар становится горячим, тяжелым и вязким, с высоким значением удельной теплоемкости, что положительно влияет на выбор пара в качестве теплоносителя в некоторых типах теплообменных аппаратов.

Например, по данным таблицы, удельная теплоемкость водяного пара C_p при температуре 20°С равна 1877 Дж/(кг·град), а при нагревании до 370°С теплоемкость пара увеличивается до значения 56520 Дж/(кг·град).

В таблице даны следующие теплофизические свойства водяного пара на линии насыщения:

• давление пара при указанной температуре p·10 -5 , Па;
• плотность пара ρ″, кг/м 3 ;
• удельная (массовая) энтальпия h″, кДж/кг;
• теплота парообразованияr, кДж/кг;
• удельная теплоемкость пара C_p, кДж/(кг·град);
• коэффициент теплопроводности λ·10 2 , Вт/(м·град);
• коэффициент температуропроводности a·10 6 , м 2 /с;
• вязкость динамическая μ·10 6 , Па·с;
• вязкость кинематическая ν·10 6 , м 2 /с;
• число Прандтля Pr.

Удельная теплота парообразования, энтальпия, коэффициент температуропроводности и кинематическая вязкость водяного пара при увеличении температуры снижаются. Динамическая вязкость и число Прандтля пара при этом увеличиваются.

Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 2 . Не забудьте разделить на 100! Например, теплопроводность пара при температуре 100°С равна 0,02372 Вт/(м·град).

Теплопроводность водяного пара при различных температурах и давлениях

В таблице приведены значения теплопроводности воды и водяного пара при температурах от 0 до 700°С и давлении от 0,1 до 500 атм. Размерность теплопроводности Вт/(м·град).

Черта под значениями в таблице означает фазовый переход воды в пар, то есть цифры под чертой относятся к пару, а выше ее — к воде. По данным таблицы видно, что значение коэффициента теплопроводности воды и водяного пара увеличивается по мере роста давления.

Примечание: теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность водяного пара при высоких температурах

В таблице приведены значения теплопроводности диссоциированного водяного пара в размерности Вт/(м·град) при температурах от 1400 до 6000 K и давлении от 0,1 до 100 атм.

По данным таблицы, теплопроводность водяного пара при высоких температурах заметно увеличивается в области 3000…5000 К. При высоких значениях давления максимум коэффициента теплопроводности достигается при более высоких температурах.

Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Источник статьи: http://thermalinfo.ru/svojstva-gazov/neorganicheskie-gazy/teplofizicheskie-svojstva-teploprovodnost-vodyanogo-para-na-linii-nasyshheniya

Свойства водяного пара: температура, тройная точка, упругость, термодинамическое равновесие, плотность

Изучение теплофизических свойств воды и водяного пара помогает понять, почему происходит испарение. Благодаря динамическому равновесию газообразного и жидкого состояния Н₂О осуществляется круговорот воды в природе. Атмосфера планеты служит защитным колпаком, в ней происходят те же термодинамические процессы, что и в закрытой емкости с водой. Зависимость давления пара от температуры, плотности соответствует уравнению Менделеева-Клапейрона. С помощью формул можно вычислить, чему будет равна плотность пара в пузырьках, поднимающихся к поверхности воды, или при какой температуре закипит вода, если подняться на гору, где давление воздуха ниже.

Вода превращается в пар при температуре

Понятие «водяной пар» характеризует свойство жидкости улетучиваться. Начало испарения — отрыв частичек воды от поверхности воды. Из жидкого агрегатного состояния молекулы переходят в газообразное. Превращение в газовую фазу происходит до момента насыщения, когда возникает равновесие между жидкой или твердой субстанцией и газом. Молекула воды не в силах оторваться от поверхности, если плотность достигает максимальной величины, газ становится насыщенным. Определить величину давления насыщения водяного пара можно для любой температуры. Даже лёд обладает способностью испаряться.

Когда говорят об испарении, уточняют градусы Цельсия, при которых начинается парообразование. При 100°С жидкость закипает только при атмосферном давлении 760 мм рт. столба. Чем ниже давление, тем свободнее отрываются частицы воды от поверхности, насыщая воздух. Снижение давления до 0,006 атмосфер (тройная точка) приводит к тому, что вода одновременно присутствует в трех фазовых состояниях: жидком, твердом, газообразном. Кипение воды в лабораторных условиях достигается без перехода в жидкое состояние. Происходит вскипание твердой фазы, процесс называется возгонкой. Лед трансформируется в газообразное состояние при температуре –0,1°С под давлением ниже тройной точки. Величину давления и плотности насыщенного водяного пара при различной температуре устанавливают экспериментальным путем.

Способность паров насыщать воздух характеризуется влажностью. Упругость водяного пара определяют прибором для измерения влажности, он называется психрометром. Измеряется парциальное давление водяных паров, находящихся в атмосферном воздухе.

Насыщенный водяной пар

Вернемся к эксперименту. Итак, у нас в закрытой банке жидкость. Что происходит? Испарение воды. Процесс начинается при низкой плотности воздуха. Благодаря пару, давление на поверхность жидкости возрастает, оно препятствует движению молекул. Их все меньше и меньше отрывается от воды. Наступает момент, когда образуются капли влаги. Этот процесс называется «конденсация». Когда скорость образования пара равна скорости конденсации, возникает термодинамическое равновесие. Пар в этот момент считается насыщенным. Жидкость и газ уравновешивают друг друга. Такое состояние достигается при определенных условиях, важные параметры:

1. Температура, изменение на долю градуса нарушает равновесие. При повышении парообразование ускоряется, при понижении увеличивается процесс конденсации влаги.
2. Давление, при его понижении молекулы жидкой фазы свободнее передвигаются, отрываются от поверхности, начинается испарение воды.

Почему не учитывается объем банки? Он не меняет термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения. Допустим, крышка экспериментальной банки опустилась ниже, объем уменьшился. К чему это приведет? Пар будет ускоренно конденсироваться до момента равновесия. При увеличении объема ускорится парообразование, но замкнутая система опять придет в равновесное состояние.

Изучая термодинамику, легко понять, почему пар обжигает сильнее воды той же температуры. Что такое кипение? Состояние, при котором жидкая фаза активно превращается в парообразное состояние. Следовательно, происходит обратный процесс конденсации, он сопровождается выделением теплоты. За счет этого ожог от пара сильнее.

Удельная теплоемкость возрастает, если повышается температура воды. Процесс парообразования виден в момент кипения. При повышении давления температура газов достигает 200°С, это свойство используется в теплотехнике, горячим, вязким паром заполняют теплообменники.

Давление насыщенного водяного пара

Формула p=nkT указывает на прямую зависимость давления идеального газа (p) и его температуры (Т). Параметр n –число молекул, содержащихся в заданном объеме, характеризует плотность пара. Постоянная Больцмана k устанавливает взаимосвязь температуры с энергией образования вещества (энтальпия).

Пар нельзя сравнивать с идеальным газом. Его давление при повышении температуры растет быстрее из-за повышения плотности. Концентрация частиц в неизменном объеме возрастает. Эти особенности свойств водяного пара необходимо учитывать при расчетах давления насыщенного водяного пара. Если в идеальном газе возрастает энергия ударов молекул о стенки сосуда, то в насыщенном паре существенно возрастает число ударов за счет увеличения концентрации активных частиц.

Плотность насыщенного водяного пара

Плотностью называется отношение массы вещества к его объему. Этот параметр характеризует расстояние между отдельными молекулами. В жидкой фазе они сцепляются между собой, в твердой расположены симметрично относительно друг друга. В газообразном находятся на произвольном удаленном расстоянии, чем объясняется отличие плотности водяного пара от плотности воды.

Теперь подробно рассмотрим, какое влияние оказывает на плотность насыщенных водяных паров изменение температуры. Она непостоянна из-за изменения массы газообразной фазы:

• при повышении температуры она возрастает за счет ускорения испарения;
• при понижении – падает, вода активно конденсируется.

По сути, она должна постоянно меняться, так как частицы воды непрерывно движутся, переходят из одного агрегатного состояния в другое. Но при динамическом равновесии концентрация неизменна: сколько молекул испарится, столько же конденсируется. Показатели устанавливаются экспериментально для каждой температуры. Их значения сведены в таблицы.

Источник статьи: http://vodavomne.ru/svojstva-vody/svojstva-vodyanogo-para

Термодинамические свойства воды и водяного пара

Основной рабочей средой в паросиловых установках является вода и водяной пар. В процессе совершения работы эта рабочая среда проходит последовательно ряд преобразований от воды до перегретого пара и опять к воде, т.е. происходят фазовые переходы от жидкости к газообразному состоянию и обратно. Фазовые переходы сопровождаются скачкообразными изменениями физических свойств веществ.

На рис.3.6 представлены области различных фаз (твердого, жидкого и газообразного) для воды и водяного пара.

Рис.3.6. Области существования различных фаз в Ts –диаграмме.

1 – область, полезно используемая в паросиловых установках

Для отображения рабочих процессов в паросиловых установках в энергетике используются специальные диаграммы, на которых идеальные процессы в тепловых объектах представляются изобарными и изоэнтропийными. На рис. 3.7 приведена hs и Ts – диаграммы воды и водяного пара. На них хорошо представляются работа турбомашин, которые всегда присутствуют в теплосиловых установках (на hs – диаграмме), а также теплота, подводимая и отводимая в результате термодинамических процессов. На графиках теплота необходимая для парообразования представлена величиной r. Значения параметров с одним штрихом (h ’ , s ’ ) обозначают характеристики рабочей среды на линии насыщения между водой и влажным паром. Величины с двумя штрихами (h ’’ , s ’’ ) определяют состояние на линии насыщения между влажным и перегретым паром. Затраты тепла на нагрев воды и перегрев пара в Ts— диаграмме представляются площадями q_b , q_п .

Рис.3.7. Диаграммы hs (а) и Ts (б) – для воды и водяного пара.

Степень влажности пара х определяет соотношение между газообразной и жидкой фазами рабочей среды.

В энергетике часто используется политропный процесс при h=const, который называется дросселированием. Это движение пара при наличии потерь на трение, но без совершения полезной работы. При малых давлениях пара процесс h=const близок к T=const. Дросселирование является необратимым процессом.

Термодинамические циклы

Цикл (круг, от греч.) совокупность процессов в системе периодически повторяющихся явлений, при которых объект, подвергающийся изменению в определенной последовательности, вновь приходит в исходное положение.

Величина термодинамической работы и тепла в каком-либо политропном процессе зависит от показателя политропы; знак работы (положительный или отрицательный) зависит от направления процесса (расширение или сжатие). Если между точками 1 и 2 (рис.3.8) рабочее тело осуществляет последовательно ряд процессов расширения и сжатия и в результате возвращается в исходную точку, то в итоге рабочее тело совершает так называемый круговой процесс или термодинамический цикл. Такой цикл описывает изменение термодинамических параметров тела и преобразование тепла в работу в тепловых машинах.

Непрерывность действия тепловой машины обеспечивается тем, что рабочее тело с параметрами p, V, T , пройдя последовательно ряд состояний процесса расширения на пути 1а2, а затем ряд состояний сжатия 2б1 вновь возвращается в исходную точку и цикл может быть повторен.

;

.

Поскольку , а также процесс в машине замкнут и повторяется, то можно получать непрерывно некоторую полезную работу .

При процессе расширения работа (тепло) подводится к рабочему телу и тогда:

.

Для осуществления процесса сжатия тепло отводится:

.

Так как внутренняя энергия является функцией состояния, т.е. величиной не зависящей от пути процесса, то для любого кругового цикла: . Следовательно .

Таким образом, полезная работа равна разности количеств тепла, подведенного и отведенного при совершении цикла.

Второй закон термодинамики

Для осуществления термодинамического цикла необходимо иметь не только источник тепла (теплоотдатчик) q_подв , но и холодильник (теплоприемник) q_отв , без которого невозможен возврат рабочего тела в исходную точку. Это условие и составляет содержание второго начала термодинамики.

В то время как первый закон термодинамики характеризует процессы превращения энергии с количественной стороны, второй закон определяет качественную сторону этих процессов. Существует ряд формулировок второго начала (закона) термодинамики.

1. Теплота горячего источника в круговом процессе (цикле) не может быть полностью превращена в работу, так как часть подведенного тепла должна быть передана более холодному источнику (холодильнику).

2. Для совершения любого кругового процесса (цикла) необходимо иметь как минимум два источника тепла – горячего и холодного и, Следовательно, для этой цели в термодинамической системе необходимо наличие разности температур.

3. Любой самопроизвольный термодинамический процесс является необратимым.

4. Теплота не может сама собой переходить от более холодного тела к более нагретому (эта формулировка Клаузиуса).

5. Невозможно построить периодически действующую машину, все действие которой сводилось бы к поднятию некоторого груза и охлаждению теплового источника (формулировка Планка).

Второй закон термодинамики обычно записывается уравнением

.

Равенство в последнем уравнении возможно только для идеальных процессов.

Если процессы расширения располагаются выше процессов сжатия ( ), то такие циклы называются прямыми. Для них работа цикла – положительная величина. Прямые циклы осуществляются в теплоэнергетических установках. Если же процессы располагаются наоборот — обратные циклы. Здесь работа цикла – величина отрицательная. В таких циклах работа подводится извне и в результате совершения цикла превращается в тепло, т.е. здесь осуществляется перенос тепла от холодного источника к горячему. Такой цикл используется в холодильных установках и тепловых насосах.

Цикл Карно

Цикл Карно состоит в преобразовании тепла в работу при наличии только двух источников тепла: верхнего с температурой Т₁ и нижнего с температурой Т₂ (Т₂

Источник статьи: http://infopedia.su/17x5cb9.html