Рисунок 11 – ТS -диаграмма водяного пара

Графически на ТS -диаграмме произвольный процесс нагрева жидкости, парообразования и перегрева пара при постоянном давлении изображается кривой

. Если нанести на диаграмме ряд таких изобарных процессов и соединить характерные точки, то получим пограничные кривые кипящей жидкостиАК (х=0 ) и сухого пара КВ (х=1 ), которые сходятся в критической точке К .

Пограничные кривые делят диаграмму на три части: влево от АК – область жидкости, между кривыми АК и КВ – область влажного пара, вправо от КБ и вверх от точки К – область перегретого пара.

На диаграмму наносят изобары, линии постоянных удельных объемов, а в области влажного пара – линии равных степеней сухости. Область диаграммы, лежащая ниже изобары тройной точки (

), изображает различные состояния смеси пар+лед.

На TS -диаграмме площадь, заключенная между линией обратимого процесса и осью абсцисс (например,

), изображает удельное количество теплоты, сообщаемое рабочему телу, для превращения воды в перегретый пар. Удельная работа любого обратимого цикла изображается наТS -диаграмме площадью цикла. С помощью ТS -диаграммы легко определить термический КПД обратимого цикла.

Недостатком диаграммы является то, что при определении количества теплоты приходится измерять соответствующие площади, что усложняет определение необходимых величин.

35Is-диаграмма водяного пара

Рисунок 12 – IS -диаграмма водяного пара

IS -диаграмма для водяного пара впервые была предложена Молье в 1904 г. и обладает определенными преимуществами при расчетах по сравнению с ТS -диаграммой.

Большим достоинством IS -диаграммы является то, что техническая работа и количество теплоты, участвующие в процессах, изображаются отрезками линий, а не площадями, как в ТS -диаграмме.

По оси ординат откладывается удельная энтальпия пара, а по оси абсцисс – удельная энтропия. За начало координат принято состояние воды в тройной точке, где энтропия и энтальпия воды равны нолю.

Пользуясь данными таблиц водяного пара, на диаграмме, прежде всего, наносят пограничные кривые жидкости и пара, сходящиеся в критической точке К . Пограничная кривая жидкости выходит из начала координат, так как в этой точке энтальпию и энтропию принимают равной нулю. Состояние воды изображается точками на соответствующих изобарах, которые практически сливаются с пограничной кривой жидкости. Линии изобар в области влажного пара являются прямыми наклонными линиями, расходящимися веером от пограничной кривой, жидкости. В изобарном процессе:

(115)

. (116)

Угловой коэффициент наклона изобары к оси абсцисс в каждой точке диаграммы численно равен абсолютной температуре данного состояния. Так как в области влажного пара изобара совпадает с изотермой, то согласно последнему уравнению изобары влажного пара являются прямыми линиями:

, а это и есть уравнение прямой лини.

В области перегретого пара изобары имеют кривизну с выпуклостью, обращенной вниз. Изобара АВ соответствует давлению в тройной точке.

В области влажного пара наносится сетка линий постоянной сухости пара (

), которые сходятся в критической точкеК . Изотермы в области влажного пара совпадают с изобарами. В области перегретого пара они расходятся: изобары поднимаются вверх, а изотермы представляют собой кривые линии, обращенные выпуклостью вверх. При низких давлениях изотермы весьма близки к горизонтальным прямым, с повышением давления кривизна изотерм увеличивается. На диаграмму наносится сетка изохор, которые имеют вид кривых, поднимающихся более круто вверх по сравнению с изобарами.

Обратимый адиабатный процесс в IS -диаграмме изображается вертикальной прямой. Поэтому все вертикальные прямые представляют собой адиабаты. Область диаграммы, лежащая ниже изобары тройной точки, изображает различные состояния смеси пар+лед.

Состояние влажного насыщенного пара определяется его давле­нием или температурой и степенью сухости х. Очевидно, значение х = 0 соответствует воде в состоянии кипения, а х = 1– сухому на­сыщенному пару.

Температура влажного пара есть функция только давления и определяется так же, как и температура сухого пара, по табличным значениям. Удельный объем влажного пара зависит от давления и от степени сухости и определяется из уравнения:

Из этой формулы получаем значение:

Для давлений до 3 МПа и х ≥ 0,8 можно пренебречь последним членом равенства. Тогда удельный объем влажного насыщенного пара:

v x = v"x. (13.3)

Для больших давлений и малых следует пользоваться полной формулой.

Плотность влажного пара:

(13.4)

или приближенно

. (13.5)

Рис. 13.3 – hs – диаграмма процесса парообразования

Перегретый пар имеет более высокую температуру по сравне­нию с температурой U сухого насыщенного пара того же давления. Следовательно, в отличие от насыщенного пара перегретый пар определенного давления может иметь различные температуры. Для характеристики состояния перегретого пара необходимо знать два его параметра, например давление и температуру. Разность температур перегретого и насыщенного пара того же давления t – t н назы­вают перегревом пара.

Весьма важным в теплотехнических расчетах является опреде­ление количества теплоты, затрачиваемой на отдельные стадии процесса парообразования и изменения внутренней энергии.

Количество теплоты, затраченной для подогрева жидкости от 0 С до температуры кипения при постоянном давлении, называют теплотой жидкости. Ее можно определить как разность энталь­пий жидкости в состоянии кипения и жидкости при том же давле­нии и 0° С, т.е.

, (13.6)

а так как при невысоких давлениях с достаточной для техниче­ских расчетов точностью можно считать равным нулю, то

Значения внутренней энергии жидкости можно вычислить из общей зависимости h = u + pv .

u" = h" – pv" , (13.8)

а так как величина рv" мала, то при невысоких давлениях можно принимать

u" = h" , (13.9)

т.е. внутренняя энергия жидкости равна энтальпии жидкости. Зна­чения h", а следовательно, и u" приводятся в таблицах насыщенного пара.

Количество теплоты, необходимое для перевода 1 кг кипящей жидкости в сухой насыщенный пар при постоянном давлении, назы­вают теплотой парообразования и обозначают буквой r. Это коли­чество теплоты расходуется на изменение внутренней энергии, свя­занное с преодолением сил сцепления d между молекулами жидко­сти, и на работу расширения (ф).

Величину d называют внутренней теплотой парообразования, а величину ф – внешней теплотой парообразования. Очевидно,

ф = р (13.10)

и r = d + ф . (13.11)

Значения г приводятся в таблицах сухого насыщенного пара. Энтальпия h " сухого насыщенного пара определяется по форму­ле

а изменение внутренней энергии при получении сухого насыщенно­го пара из 1 кг жидкости при 0 °С – из выражения:

u" = h" – pv" . (13.13)

Для влажного насыщенного пара имеем следующие соотноше­ния:

, (13.15)

где h x – энтальпия влажного насыщенного пара;

u x – внутренняя энергия влажного насыщенного пара. Количество теплоты, необходимое для перевода 1 кг сухого насы­щенного пара в перегретый при постоянном давлении, называется теплотой перегрева. Очевидно,

, (13.16)

где – истинная массовая теплоемкость перегретого пара при по­стоянном давлении.

В результате тщательных исследований установлено, что тепло­емкости c p перегретых паров зависят от температуры и давления.

Однако пользоваться этой зависимостью неудобно. Расчеты существенно упрощаются тем, что в таблицах водяного пара при­водятся значения энтальпии перегретого пара h(i). Поэтому теплота перегрева может быть найдена из выраже­ния:

Энтропия водяного паря отсчитывается от условного нуля, в ка­честве которого принимают энтропию воды при 0,01 0 С и при давлении насыщения, соответствующем этой температуре, т.е. при давлении 611 Па.

Энтропии s" и s" приведены в таблицах насыщенного пара, а r/Т н можно получить из этих же таблиц как разность s"–s".

Энтропия перегретого пара может быть найдена из уравнения

Значения s приводятся в таблице перегретого пара.

), показывающая характер изменения различных свойств, в зависимости от параметров состояния. В основном большое применение получили h, s-диаграммы воды и водяного пара, так как в качестве рабочего тела в теплотехнике чаще всего применяются именно вода и водяной пар, из-за их сравнительной дешевизны и доступности, причём наиболее пристальное внимание оказывается именно той части диаграммы, в которой вода в парообразном состоянии , так как в жидком состоянии она практически несжимаема.

Создание

При проведении технико-экономических расчётов для подбора оборудования в теплоэнергетике и других отраслях, и моделирования тепловых процессов, необходимы надёжные проверенные данные о теплофизических свойствах воды и водяного пара в широкой области давлений и температур .

Многолетнее международное сотрудничество в области исследования свойств воды и водяного пара, позволило разработать и внедрить международные нормативные материалы, содержащие уравнения для описания различных свойств, в специальные таблицы. На основании этих уравнений, соответствующих требованиям Международной системы уравнений для научного и общего применения (The IFC Formulation for Scientific and Generale Use), были составлены и опубликованы подробные таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара, которые широко применяются в практике инженерных теплотехнических расчётов. Данные, полученные путём расчёта по международным уравнениям, были приняты и в СССР , и получили определение таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара. В них также включили данные по динамической вязкости.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "H, s-диаграмма" в других словарях:

ЛАФЧХ фильтра Баттерворта первого порядка Логарифмическая амплитудно фазовая частотная характеристика (ЛАФЧХ) представление частотного отклика линейной стационарной системы в логарифмическом масштабе. ЛАФЧХ строится в виде двух графиков:… … Википедия

Диаграмма равновесия, фазовая диаграмма, графич. изображение равновесных состояний (см. Равновесие термодинамическое) в ва в виде точек в n мерном пространстве, по осям координат к рого отложены п независимых параметров состояния рассматриваемой… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Звезда Наблюдательные данные (Эпоха J2000.0) Прямое восхождение … Википедия