Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Тема: Параметры водяного пара

Сухой насыщенный пар. Как было выяснено ранее, для сухого насыщенного пара существует важная зави­симость, состоящая в том, что давление его есть функция температуры. Если обозначить давление через р, а тем­пературу через tн (индекс указывает, что речь идет о насыщенном паре), то

т. е. каждому давлению сухого насыщенного пара соот­ветствует единственная и определенная температура (насыщенного пара, кипения) и, наоборот,

В таком случае удельный объем сухого насыщенного пара v" также является функцией давления v" = Ф (р) или соответственно некоторой функцией температуры v" = φ(tн). Состояние сухого насыщенного пара, следо­вательно, определяется одним параметром — давлением или температурой. На основании таблиц для сухого насыщенного пара по заданному давлению могут быть определены соответствующие температуры насыщенного пара и, наоборот, по заданной температуре — соответствующие давления.

Очевидно, что плотность сухого насыщенного пара

а удельный объем

Определим количество тепла, необходимое для полу­чения при постоянном давлении сухого насыщенного пара из холодной воды при 0° С. На осуществление первой стадии процесса, т. е. на нагревание воды от 0° С до температуры кипения, затрачивается некоторое количество тепла q, называемое теплотой жидкости. Если считать энтальпию воды i0 при 0°С и соответст­вующем давлений насыщения равной нулю, то величина q будет численно равна энтальпии i' жидкости при температуре кипения. Действительно, можно записать:

т. е.

(104)

Следует отметить, что i0 = 0 только при абсолютном давлении р = 0,00623 ат и t = 0 °С. При других, в особенности при высоких, давлениях и t = 0° С энтальпия i0 не будет равна нулю.

Таким образом, количество тепла, расходуемое на нагревание 1 кг жидкости от 0 С до температуры кипе­ния при постоянном давлении, называется т е п л о т о й, или энтальпией ж и д к о с т и.

Для температуры примерно до 120° С i' ≈ tн ккал, так как теплоемкость воды ср для этих температур незначительно отличается от единицы, а в системе СИ i' ≈ 4,19 tнкДж.

Внутренняя энергия жидкости

(105)

Учитывая, что величина pv' при низких давлениях очень мала можно считать, что u' — i'.

Вторая стадия процесса — превращение воды, нагре­той до температуры кипения, в сухой насыщенный пар — требует количества тепла r кДж. Это тепло, значительно превосходящее тепло, идущее на нагрев воды (при невысоких давлениях) и подводящееся в процессе парообразования, называется теплотой парообразования. Так как в процессе парообразования при р=const температура не меняется, затраченное тепло часто называют скрытой теплотой парообразования.

В таком случае энтальпия сухого насыщенного пара

i" = i' + r. (106)

С повышением давления, а следовательно, температуры, теплота r уменьшается; при критическом давлении r = 0, так как в этом состоянии исчезает различие между жидкостью и паром и процесс парообразования отсутст­вует. Для критической точки i" = i'.

Внутренняя энергия сухого насыщенного пара опре­деляется по формуле

u" = i"pv", (107)

Пользуясь таблицами для водяного пара, по задан­ному давлению или по заданной температуре могут быть определены все остальные параметры, т. е. t(р), v', v", s", i", i' и r.

Влажный пар. Состояние влажного насыщенного пара определяется двумя параметрами: давлением р и сте­пенью сухости X. При этом, как уже известно, tн = F (р). Так как влажный пар представляет собой смесь сухого насыщенного пара при температуре tн с водой при той же температуре, то удельный объем влажного пара со сте­пенью сухости х будет

vвл = xv" + (1 — х) v' м3/кг.

В обычных технических расчетах значение х бывает достаточно высоким, а удельный объем горячей воды — незначительным, поэтому вторым членом правой части (1—х) v' можно пренебречь и с достаточной степенью точности считать, что

vвл = xv" м3/кг. (108)

Плотность влажного пара

кг/м3 (109)

Из соотношений (108) и (109) следует, что удельный объем влажного пара меньше удельного объема сухого насыщенного пара, а, следовательно, плотность влажного пара больше плотности сухого насыщенного пара.

Определим энтальпию влажного пара и его внутреннюю энергию.

Независимо от того, какой имеется в виду получить пар — влажный или сухой, на нагревание воды до температуры кипения потребуется затратить тепло, равное i' кДж. Что касается затраты тепла на процесс парообразования, то поскольку он для влажного пара является незаконченным, расход тепла на парообразо­вание составит xr, т. е. часть тепла от полной теплоты парообразования r. Тогда энтальпия влажного пара выразится формулой

(110)

а внутренняя его энергия

(111)

Перегретый пар. Как отмечалось, температура перегретого (или ненасыщенного) пара выше температуры насыщенного пара того же давления, а его удельный объем vne больше удельного объема v " сухого насыщенного пара того же давления. Чем выше температура перегрева, тем в большей степени перегретый пар приближается к газам и подчиняется их законам.

Получение перегретого пара в технике происходит следующим образом. Из парового котла влажный насыщенный (близкий к сухому) пар поступает в так называемый пароперегреватель, чаще всего змеевикового типа, обогреваемый дымовыми газами. Пароперегрева­тель сообщается с паровым пространством котла, поэтому давление в пароперегревателе и котле одно и то же (строго говоря, в пароперегревателе давление несколько меньше из-за потерь на торможение пара и трение о стенки).

Таким образом, принимается, что процесс перегрева протекает при р = const (изобарный процесс). Объем пара изменяется, увеличиваясь вместе с увеличением температуры.

Особенно важным преимуществом перегретого пара является то, что его конденсация, т. е. процесс перехода пара в жидкость, наступает только после потери тепла перегрева, когда температура понизится до температуры tн сухого насыщенного пара. Кроме того, как будет выяснено далее, использование в паровых двигателях, перегретого пара увеличивает их термический к. п. д. Если состояние сухого насыщенного пара определяется его давлением или температурой, а влажного пара — давлением или температурой, а также степенью сухости, то состояние перегретого пара определяется какими-нибудь двумя параметрами. При обычно задаваемых р и t пе удельный объем перегретого пара для абсолютных давлений до 12 ат может быть найден при помощи сле­дующего характеристического уравнения:

(112)

откуда

(113)

Тогда плотность перегретого пара

Имеется ряд других более точных, но сложных характеристических уравнений для перегретого водяного пара, полученных различными исследователями. Поэтому для вычисления удельного объема и других параметров перегретого пара обычно пользуются таблицами и диа­граммами, составляемыми по экспериментальным данным с использованием уравнения состояния.

Энтальпия перегретого пара получается как сумма энтальпии сухого насыщенного пара i" и тепла qпе при р = const, затраченного на перегрев пара, т. е.

Так как

(114)

где (tпе — tн) — разность температур перегретого и су­хого насыщенного пара заданного давления, а срт — средняя массовая теплоемкость при постоянном давлении, то энтальпию перегретого пара можно выразить следующей формулой:

(115)

или

(116)

Теплоемкость перегретого пара зависит как от его температуры, так и от давления. Энтальпию перегретого пара удобнее всего определять по диаграмме is. Величину внутренней энергии перегретого пара определяют по формуле

(117)

На рис. 15 показаны кривые зависимости эн­тальпии жидкости i', сухого насыщенного i" пара, теплоты парообразования r и энтальпии перегретого iпе пара от давления.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...