Процесс парообразования. Основные понятия и определения.

Процесс парообразования. Основные понятия и определения.

Диаграмма водяного пара

 

 

 

 

 

 

 То же, что и выше, но другими словами

 

Рассмотрим процесс получения пара. Для этого 1 кг воды при температу-

ре 0 ^о С поместим в цилиндр с подвижным поршнем. Приложим к поршню извне некоторую постоянную силу Р. Тогда при площади поршня F давление будет постоянным р= Р/ F. Изобразим процесс парообразования, т. е. превра-щения вещества из жидкого состояния в газообразное, в р, v – диаграмме (рису-нки 1. 1. и 3. 3).

 

Начальное состояние воды, находящейся под давлением р и имеющей температуру 0 ^о С, изобразится на диаграмме точкой а_о. При подводе теплоты к воде ее температура повышается, пока не достигнет температуры кипения, со-ответствующей данному давлению. Состояние жидкости, доведенной до температуры кипения, изображается на диаграмме точкой а.

 

При дальнейшем подводе теплоты начинается кипение воды с сильным увеличением объема. В цилиндре теперь находится двухфазная среда – смесь воды и пара, называемая влажным насыщенным паром . По мере подвода теп-лоты количество жидкой фазы уменьшается, а паровой растет. Наконец, по-следняя капля воды превращается в пар, и цилиндр оказывается заполненным только паром, который называется сухим насыщенным . Состояние его изобра-жается точкой а .

Насыщенным называется пар, находящийся в термическом и динамиче-ском равновесии с жидкостью, из которой он образуется.

 

Насыщенный пар, в котором отсутствуют взвешенные частицы жидкой фазы, называется сухим насыщенным паром.

 

Двухфазная смесь, представляющая собой пар со взвешенными в нем ка-пельками жидкости, называется влажным насыщенным паром.

 

Массовая доля сухого насыщенного пара во влажном называется степе-нью сухости пара и обозначается буквой х. Для кипящей жидкости х = 0, а для сухого насыщенного пара х = 1.

 

При сообщении сухому пару теплоты при том же давлении его темпера-тура будет увеличиваться, пар будет перегреваться. Точка а изображает состоя-ние перегретого пара и в зависимости от температуры пара может лежать на разных расстояниях от точки а .

Таким образом, перегретым называется пар, температура которого превышает температуру насыщенного пара того же давления.

 

Если рассмотреть процесс парообразования при более высоком давлении, то можно заметить следующие изменения. Точка а_о, соответствующая состоя-нию 1 кг воды при 0 ^о С и новом давлении, остается почти на той же вертикали, так как вода практически несжимаема. Точка а смещается вправо, ибо с ростом давления увеличивается температура кипения, а жидкость при повышении температуры расширяется. Что же касается пара (точка ), то, несмотря на увеличение температуры кипения, удельный объем пара все-таки падает из-за более сильного влияния растущего давления.

Если теперь соединить одноименные точки (при разных давлениях) плав-

ными кривыми, то получим три кривых. Под знаком изображена нулевая изотерма, все точки которой соответствуют состоянию1кг воды при0^оС и дав-лении р. Нижняя пограничная кривая представляет зависимость от давления удельного объема жидкости при температуре кипения. Верхняя пограничная кривая дает зависимость удельного объема сухого насыщенного пара от давления.

Все точки горизонталей между кривыми и соответствуют состояни-

 

ям влажного насыщенного пара, точки кривой  определяют состояние кипя-

щей воды, точки кривой  - состояние сухого насыщенного пара. Влево от

кривой  до нулевой изотермы лежит область некипящей однофазной жидко-

сти, вправо от кривой - область перегретого пара. Таким образом, кривые

 

и определяют область насыщенного пара, отделяя ее от области воды и пере-гретого пара, и поэтому называются пограничными. Выше точки К, где погра

 

ничных кривых нет, находится область однофазных состояний, в которой нель-зя провести четкой границы между жидкостью и паром.

 

Термодинамические параметры кипящей воды и сухого насыщенного па-ра берутся из таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара. В этих таблицах термодинамические величины со штрихом относятся к воде, нагретой до температуры кипения, а величины с двумя штрихами - к сухому насыщенному пару.

 

Для исследования различных процессов с водяным паром кроме таблиц используется Т, s-диаграмма (рисунок 3. 5). Она строится путем переноса чис-ловых таблиц водяного пара в Т, s – координаты.

 

 

Рисунок 3. 5. Т, s - диаграмма водяного пара

 

Состояние воды в тройной точке (состояние, в котором могут одновре-менно находиться в равновесии пар, вода и лед ). Точка А’ на рисунке 3. 5 имеет параметры S_o=0; T_o=273, 13 К. Откладывая на диаграмме для разных температур значения S’ и S”, получим кривую насыщения. Вправо и вверх от кривой насы-щения находится область перегретого пара, ниже кривой насыщения - находится двухфазная область влажного насыщенного пара, влево - область жидкости.

 

На диаграмму наносят изобары, изохоры и линии постоянной степени су-хости (х = const). Область диаграммы, лежащая ниже нулевой изотермы, отве-чает различным состояниям смеси пар + лед.

 

 

Рисунок 3. 3. Р, V - диаграмма водяного пара:           I – жидкость;

II – влажный пар; III –перегретый пар

 

 

Вопросы для самопроверки

1. Что такое энтропия? Как она определяется, в чем измеряется?

 

2. Сформулируйте второй закон термодинамики. Что называется термическим КПД?

 

3. Изобразите цикл Карно в Р, V и Т, S-диаграммах. Из каких процессов он со-стоит?

 

4. От чего зависит термический КПД цикла Карно?

5. Изобразите диаграмму водяного пара. Какие области она разделяет?

 

6. Как на диаграмме водяного пара проходят изобары, изохоры, линии постоян-ной степени сухости?

 

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: