8.3 Изохорный процесс изменения состояния пара

На – диаграмме изохорный процесс представляет собой отрезок прямой, параллельный оси ординат и соединяющий начальное и конечное давления. Если в начальном состоянии (процесс a – b), то влажный насыщенный пар при повышении давления полностью переходит в жидкость в точке b. В точке b температура достигает при этом температуру кипения при давлении . Для случая в процессе изохорного повышения давления, степень сухости пара повышается и пар, становясь все суше, проходит через состояние сухого насыщенного пара , а при дальнейшем повышении давления он переходит в перегретое состояние (точка 2).

Рис. 8.4 р, V; Т, S ; i, – диаграммы изохорного процесса изменения пара

На T, S – диаграмме изохоры влажного и перегретого пара строят по точкам. В двухфазной области изохоры не пересекаются, так как . Начальная точка процесса считается заданной, если известна любая пара параметров. В двухфазной области задание P и t не определит состояния. Необходимо задание степени сухости х, либо любого другого параметра, ( и т. д.). Точка 1 лежит на пересечении изобары (она же изотерма ) с величиной, определяющий состояние влажного пара – паросодержанием . Из параметров соответствующих конечному состоянию (точка 2) известны или или либо .

Рассмотрим – диаграмму и построим в ней изохорный процесс. В области перегретого пара, состояние считается заданным, если известны два любых параметра, состояние находится в месте пересечения двух изопроцессов, например или .

Процесс будет определен, если к этому еще задать один параметр, определяющий конечное состояние, например температуру: .

В двухфазной области для определения состояния необходимо при известных давлении и температуры задать еще третий параметр. Например, степень сухости .

При этом процесс изобарного перехода в будет определен, если заданны один конечный параметр или степень сухости .

В перегретой области начальное состояние определяется заданием любых двух параметров, а конечное состояние будет определено, если известен процесс и один конечный параметр.

На третьей диаграмме показаны три случая изохор два в области влажного пара и третий в области перегретого пара. Для изохорного процесса удельная работа расширения . Подведенная удельная теплота расходуется на изменение внутренней энергии .

Вспоминая, что , запишем для

так как

получим

 Дж/кг. (8.17)

Рассмотрим процесс, в области влажного пара и запишем выражение для расчета удельного объема через степени сухости и удельные объемы состояний 1 и 2.

, (8.18)

Решим их относительно степени сухости в состоянии 2 заменив удельный объем первым равенством из (9.18)

. (8.19)

Если пренебречь в виду их малости величинами и , то получим приближенную расчетную зависимость

. (8.20)

9.4 Изобарный процесс изменения состояния водяного пара

Пусть начальное состояние пара 1 лежит в двухфазной области, а конечное в области перегретого пара. В – диаграмме изобара изображается горизонтальной прямой. Если известно начальное состояние влажного пара 1 , то конечное состояние при изобарном процессе будет известно при задании одного любого из конечных параметров . Простота и наглядность изображения изобарного процесса в и  – диаграммах не исключает удобства использования для термодинамических расчетов – диаграммы. Точки 1-2 изобарного процесса в – диаграмме также определяются по известным двум начальным и одному конечному параметру.

Рис. 8.5 р, ; Т, s и i, -диаграммы изменения состояния водяного пара

В двухфазной области изобара совпадает с изотермой и поэтому она в – диаграмме представляет собой прямую, перпендикулярную оси ординат. В – диаграмме площадь под изобарой численно равна совершенной за процесс работе расширения. В – диаграмме площадь под процессом равна теплоте, подведенной в процессе к рабочему телу.

Найдем изменение удельной внутренней энергии в течении процесса

.

Так как перепишем последнюю зависимость в виде

. (8.21)

Подведенная удельная теплота равна разности энтальпий

(8.22)

Удельная работа расширения

. (8.23)

Если процесс протекает в двухфазной области при постоянном давлении , то при переходе из состояния 1 в состояние 2 удельный объем и могут быть найдены по известным соотношениям

или (8.24)

В двухфазной области при

или . (8.25)

Найдем из (8.24), (8.25) отношение степеней сухости для состояния 2 и 1

. (8.26)

Решая (8.26) относительно окончательно получим

. (8.27)

Таким образом, можно найти все интересующие нас в расчетах термодинамические параметры и функции для состояния 2 и изобарного процесса 1-2 как в двухфазной области, так и за ее пределами.

Если пренебречь удельным объемом , так как и , то получим упрощенную зависимость

. (8.28)

Удельные объемы и находят по таблицам насыщенного пара по заданному давлению в процессе .