В фазовых диаграммах Р,v- и T,s cостояния сухого насыщенного пара определяются точками правой пограничной кривой К-Л на линии х=1 рис. 7.12 и 7.13.
Процесс 2-3 фазового перехода жидкости от состояния насыщения в сухой насыщенный пар является изобарно-изотермическим, т.е. здесь изобара совпадает с изотермой насыщения воды. Рассмотрим методику определения калорических параметров сухого насыщенного пара.
Теплота, затраченная на превращение 1 кг жидкости в состоянии насыщения (кипения) в сухой насыщенный пар при постоянном давлении (температуре), называется удельной теплотой парообразования и обозначается буквой r, она может быть определена экспериментально.
Все параметры сухого насыщенного пара отмечаются двумя штрихами (v», h», s» и т.д.). Исходя из первого закона термодинамики для процесса парообразования можно записать:
В процессе парообразования температура не изменяется, следовательно, разность внутренних энергий u» — u’ соответствует только изменению потенциальной ее составляющей или, как ее называют, работе дисгрегации (разъединения молекул), т.е. собственно работе перевода жидкости в пар. Она называется внутренней теплотой парообразования и обозначается буквой r :
Работа изменения объема при парообразовании называется внешней теплотой парообразования и обозначается буквой Y :
В диаграмме Р,v она представлена площадью под горизонталью 2-3 (рис.7.12). Использовав введенные обозначения, уравнение (7.9) можно представить в виде
При критическом давлении все члены равенства (7.12) равны нулю: r= r = j =0
В изобарном процессе 1-2-3 (рис.7.13) затрачивается теплота для нагрева жидкости от t=0 0 С до состояния сухого насыщенного пара, называющаяся полной теплотой сухого насыщенного пара:
Эта теплота и все ее слагаемые зависят от давления или от температуры насыщения. Зависимость этих величин от температуры насыщения представлена на рис. 7.14.
Теплоту парообразования можно выразить через разницу энтальпий (7.9). Следовательно, энтальпию сухого насыщенного пара можно определить как
Из рис. 7.14 видно, что l » имеет максимум. Поскольку Рvo‘ несоизмеримо мала по сравнению с l «, то и h» имеет максимум. При этом важно отметить, что максимум энтальпии сухого насыщенного пара h» находится при температуре меньшей, чем у критической точки.
Внутренняя энергия сухого насыщенного пара определяется из соотношения
Изменение энтропии при изобарно-изотермическом процессе парообразования 2-3 может быть определено как
откуда получаем значение энтропии сухого насыщенного пара
Источник статьи: http://ispu.ru/files/u2/book2/TD1_19-06/ttd7-4.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
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Состояние — сухой насыщенный пар
Состояние сухого насыщенного пара является переходным и неустойчивым в тепловом отношении. Всякий дополнительный подвод тепла к нему сопровождается повышением температуры. [1]
Состояние сухого насыщенного пара определяется его давлением или температурой. [2]
Состояние сухого насыщенного пара крайне неустойчиво, так как незначительный отвод теплоты от него при постоянном давлении связан с превращением сухого пара во влажный, а незначительный приток теплоты превращает его в перегретый пар. В связи с этим опытное определение удельного объема и сухого пара довольно сложно. [3]
Состояние сухого насыщенного пара изобразится точкой 2, лежащей левее точки 2, так как удельный объем сухого пара уменьшается с ростом давления. [4]
Состояние сухого насыщенного пара , так же как и состояние кипящей жидкости, определяется одним параметром. Поэтому, если задано давление р, то можно определить все остальные параметры сухого насыщенного пара. [5]
Состояние сухого насыщенного пара неустойчиво. Процесс от точки / может идти в направлении перегрева пара или, наоборот, в направлении его конденсации. [6]
Состояние сухого насыщенного пара неустойчиво. Процесс от точки 1 может идти в направлении перегрева пара или, наоборот, в направлении его конденсации. [7]
Параметры состояния сухого насыщенного пара вполне определяются его давлением или его температурой. [8]
Особенностью состояния сухого насыщенного пара является то, что любой из его трех параметров — р, v и t — своим значе-ние м определяет значение двух других. Например, какому-либо значению давления сухого насыщенного пара соответствует совершенно определенное значение температуры и удельного объема. В табл. I приведены значения удельного объема v и удельного веса Y сухого насыщенного пара при разных давлениях. Из этих значений следует, что удельный объем с возрастанием-давления беспрерывно уменьшается и достигает минимума при критическом. [9]
Лиг соответствуют состоянию сухого насыщенного пара , / ги, и hw2 — воды при насыщении. [10]
Точка 5 соответствует состоянию сухого насыщенного пара . Площадь 4 — 5 — 8 — 7 — 4 соответствует теплоте парообразования г. Кривая 5 — / изображает процесс перегрева пара в пароперегревателе, а точка 1 — состояние перегретого пара после пароперегревателя. [11]
Точка / соответствует состоянию сухого насыщенного пара , образующегося в котле при давлении PI. В результате отвода тепла отработавший пар полностью конденсируется, а образовавшийся конденсат водяным насосом подается в котел. [12]
При полном испарении жидкости состояние сухого насыщенного пара определяется одним параметром: давлением или температурой. Поэтому объем, внутренняя энергия и энтальпия определяются по таблицам насыщенного пара по давлению или температуре. [13]
В то же время состояние сухого насыщенного пара изображается всего лишь одной точкой. Самый незначительный отвод тепла от такого пара вызывает немедленную конденсацию части его, а незначительный нагрев — — — перегрев пара. [14]
Все точки, соответствующие состоянию сухого насыщенного пара , образуют плавную кривую KL, которая, таким образом, является верхней пограничной кривой. По форме она почти симметрична линии АК, но в точке L не заканчивается, а продолжается вниз, отделяя область двухфазного состояния лед — насыщенный пар от области перегретого пара. [15]
Источник статьи: http://www.ngpedia.ru/id461989p1.html
