10.2. Р, υ-диаграмма водяного пара
Ф
азовая
р,
υ-диаграмма
системы, состоящей из жидкости и пара,
представляет собой график зависимости
давления от удельных объемов воды и
пара (рис. 27).
Отрезок NS – вода при температуре 0 ºС и некотором давлении р занимает удельный объем υ0.
Кривая АЕ – вся кривая выражает зависимость удельного объема воды от давления при температуре 0 ºС. Так как вода – вещество почти несжимаемое, то кривая АЕ почти параллельна оси ординат.
Если при постоянном давлении сообщать воде теплоту, то ее температура будет повышаться и удельный объем увеличиваться. При некоторой температуре ts вода закипает, а ее удельный объем υ' в точке А' достигнет при данном давлении максимального значения. С увеличением давления растет температура кипящей жидкости ts и объем υ' также увеличивается.
Кривая АК – пограничная кривая жидкости – график зависимости давления от υ'. Характеристикой кривой АК является степень сухости х = 0.
В случае дальнейшего подвода теплоты при постоянном давлении начнется процесс парообразования. При этом количество воды уменьшается, количество пара увеличивается. В момент окончания парообразования – точка В' – пар будет сухим насыщенным. Удельный объем сухого насыщенного пара обозначается υ''.
Сухой насыщенный пар – пар, не содержащий капель влаги и не перегретый по отношению к состоянию насыщения. |
Если процесс парообразования происходит при постоянном давлении, то температура его не изменяется и процесс А'В' является одновременно и изобарным, и изотермическим. В точках А' и В' вещество находится в однофазном состоянии. В промежуточных точках вещество состоит из смеси пара и вода. Такую смесь тел называют двухфазной системой.
Кривая КВ – график зависимости давления от удельного объема υ'' – пограничная кривая пара. Характеристикой кривой КВ является степень сухости х = 1.
Точка А соответствует состоянию кипящей жидкости в тройной точке, когда вещество находится в трех агрегатных состояниях одновременно (t0 = 0,01 ºC = 0 ºC), изобара АВ соответствует состоянию равновесия всех трех фаз (тройная точка на р, υ-диаграмме). Эта изобара при выбранном масштабе изображения кривых практически совпадает с осью абсцисс.
Если к сухому насыщенному пару подводить теплоту при постоянном давлении, то температура и объем его будут увеличиваться, и пар из сухого насыщенного перейдет в перегретый – точка D.
Перегретый пар – нагретый до температуры, превышающей температуру кипения при данном давлении. |
Кривые АК и ВК делят диаграмму на три части. Влево от пограничной кривой АК до нулевой изотермы располагается область жидкости. Между кривыми АК и КВ располагается двухфазная система, состоящая из смеси воды и сухого пара. Вправо от КВ и вверх от точки К располагается область перегретого пара или газообразного состояния тела. Обе кривые АК и КВ сходятся в одной точке К, которая называется критической точкой.
Критическая точка – это конечная точка фазового перехода «жидкость – пар», начинающегося в тройной точке. Выше нее существование вещества в двухфазном состоянии невозможно. Никаким давлением нельзя перевести газ в жидкое состояние при температурах выше критической. Параметры критической точки для воды: tК = 374,12 ºC, υК = 0,003147 м3/кг, pК = 22,115 МПа, iК = 2095,2 кДж/кг, sК = 4,424 кДж/(кг К). |