10.3. T, s-диаграмма водяного пара

Г рафически на Т, s-диаграмме произвольный процесс нагрева жидкости, парообразования и перегрева пара при постоянном давлении изображается кривой АА₁'В₁''D₁ (рис. 28).

Если нанести на диаграмме ряд таких, как кривая АА₁'В₁''D₁, изобарных процессов и соединить характерные точки, то получим пограничные кривые кипящей жидкости АК (х = 0) и сухого пара КВ (х = 1), которые сходятся в критической точке. На диаграмме нанесена изобара (АВ), соответствующая давлению в тройной точке, где р₀ = 0,611 кПа. Пограничная кривая жидкости выходит из оси ординат при температуре 273,16 К, так как, по определению, в тройной точке удельная энтропия жидкости равна нулю. Пограничные кривые делят диаграмму на три части:

область жидкости – влево от АК;

область влажного пара – между кривыми АК и КВ;

область перегретого пара – вправо от КВ и вверх от точки К.

В области жидкости процесс нагрева воды от температуры 0 К до температуры кипения происходит по изобаре АаА₁', которая практически сливается с пограничной кривой жидкости.

На диаграмму наносят изобары – линии постоянных удельных объемов, а в области влажного пара – линии равных степеней сухости, в этой области изобары представляют собой прямые линии, параллельные оси абсцисс, а в области перегретого пара – кривые линии ВD. Область диаграммы, лежащая ниже изобары тройной точки, изображает различные состояния смеси лед + пар.

На T, s-диаграмме площадь, заключенная между линией обратимого процесса и осью абсцисс, изображает удельное количество теплоты, сообщаемое рабочему телу, равное . Удельная работа любого обратимого цикла, равная , изображается на T, s-диаграмме площадью цикла. С помощью T, s-диаграммы легко определить термический КПД цикла.

10.4. I, s-диаграмма водяного пара

i, s-диаграмма водяного пара впервые была предложена Молье в 1904 г., именем которого она обычно и называется (рис. 29). Эта диаграмма обладает определенным достоинством по сравнению с T, s-диаграммой: техническая работа и количество теплоты, участвующие в процессах, изображаются отрезками линий, а не площадями.

П ри построении i, s-диа-граммы по оси ординат откладывается удельная энтальпия газа, по оси абсцисс – удельная энтропия. За начало координат принимается состояние воды в тройной точке (s' = 0, i' = 0). Пользуясь данными таблиц водяного пара, на диаграмму прежде всего наносят пограничные кривые жидкости и пара, сходящиеся в 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. Линии изобар в области влажного пара являются прямыми наклонными линиями, расходящимися веером от пограничной кривой жидкости.

В изобарном процессе или .

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: . Это уравнение есть уравнение прямой.

В области перегретого пара изобары имеют кривизну с выпуклостью, обращенной вниз. На i, s-диаграмму нанесена изобара АВ, соответствующая давлению в тройной точке при р₀ = 0,000611 бар.

В области влажного пара наносится сетка линий постоянной сухости пара (х = const), которые сходятся в критической точке К.

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