2. Особливості пароутворення при постійному тиску

На рис.28 зображено процес пароутворення 1 кг води в p-v-координатах при р = const. Початковий стан води, що знаходиться під тиском р і має температуру Т = 273,15 К (t = 0°С), і об'єм v₀ (усі параметри рідини при температурі t = 0°С будемо позначати індексом "0") можна зобразити на діаграмі точкою а. Якщо при постійному тиску надавати воді теплоту, то, як показує досвід, температура її буде підвищуватися доти, поки вона не досягне величини температури Т_н кипіння, а питомий об'єм - v' (точка b).

При подальшому підведенні теплоти відбувається стале перетворення води в пару. Процес пароутворення протікає не тільки при постійному тиску, але і при постійній температурі T_н доти, поки рідина цілком не перетвориться в пару. Звідси випливає, що ізобара й ізотерма процесу кипіння реальної речовини збігаються. При завершенні пароутворення води (на діаграмі точка с) питомий об'єм дорівнює v". Таким чином, відрізок b-с відповідає процесові пароутворення. На цій ділянці зберігається двохфазна суміш пари і води.

Рис.28 – pv- та Ts-графіки процесу пароутворення

Насичена волога – двохфазна суміш пари і води.

Pv-діаграма

Т. а – стан води при номінальних умовах р₀ і t^o

Лінія а-a` – нагрівання води до t_н

a`-a`` – випаровування (вологий насичений пар)

у т.a`` – один сухий насичений пар

лінія a``-e – процес перегріву пари (вибирається вільно

т. b – стан води при р₁ і t^o

b-b` - нагрівання води до t_н і збільшення при цьому об’єму

b`-b`` - перегрівання води в пар при постійному тиску

b``- води немає – один сухий насичений пар

b``- e` – процес перегріву сухої пари при сталому тиску

Крива 1 представляє собою границю між двома станами речовини - рідиною і вологою насиченою парою. Крива 2 - границя між вологою насиченою і перегрітою парою. Криву 1 що характеризує стан киплячої рідини (х = 0), називають нижньою граничною кривою. Криву 2, що характеризує стан сухої насиченої пари (х = 1), називають верхньою граничною кривою.

Точка К називається критичною точкою, а параметри цієї точки – критичними: якщо в цьому стані – стані рівноваги між водою і сухою насиченою парою – від робочого тіла відвести певну кількість тепла, вся його маса перетвориться в киплячу воду (х=0), а якщо підвести – вся маса перетвориться в суху насичену пару (х=1)

T-s діаграма

а - температура води дорівнює 0. Нагрівання води – підвищення температури, збільшення об’єму. Підвищення температури доти, доки пара не закипить.

b – кипіння води. Температура буде зберігатися до того часу поки вода перетвориться в сухий насичений пар – с

с – e - перегрітий пар

T-s-діаграму водяної пари будують аналогічно попередній, а саме, наносять ізобари, ізотерми і ізохори. В місці вологої насиченої пари ізобари збігаються з ізотермами. У місці перегрітої пари ізобари та ізохори являють собою логарифмічні криві різної кривизни (з огляду на те, що )

Для прове­дення теплотехнічних розрахунків, пов'язаних з параметрами та іншими величинами водяної пари, на практиці користуються спеці­альними таблицями, складеними на основі досліджень і дослідів бага­тьох вчених. Якщо треба визначити параметри для проміжних значень тиску чи температури (яких немає в таблицях), користуються методом інтерполяції. Параметри вологої пари визначаються за формулами , задавшись мірою сухості х. Для розрахунків, пов'язаних з параметрами перегрітої пари, користуються таблицями перегрітої пари. Величини v, і, s для заданих параметрів перегрітої пари беруть , з таблиць безпосередньо або знаходять також інтерполюванням.

is-діаграма водяної пари, зміст діаграми і користування нею. Під час виконання теплотехнічних розрахунків користуються не тільки таблицями водяної пари, а й графічними матеріалами.

Рис.29 - is(hs)-діаграма процесу пароутворення

Наве­дені рv-діаграма й Ts-діаграма непридатні для використання, бо для визначення енергії (роботи чи тепла) потрібно щоразу вимірю­вати відповідні площі, що пов'язане з великою незручністю і знач­ними похибками. Найзручнішим, і тому найбільш поширеним, у тепло­техніці е графічний спосіб у вигляді is-діаграми. На цій діаграмі по осі ординат відкладають у масштабі ецтальпію водяної пари і [кДж/кг], а по осі абсцис —ентропію s [кДж/(кг • К). Бу­дують is-діаграму за табличними даними по точках. Спочатку наносять нижню межову криву 1k, а потім – верхню 2k. Нижче межових кривих лежить ділянка вологої насиченої пари, а вище верхньої межової кривої — ділянка перегрітої пари. Після цього, взявши на обох кривих точки однакових тисків, з'єднують їх прямими лініями. Це будуть ізобари й одночасно ізотерми вологої насиченої пари. На ділянці перегрітої пари ізобари й ізотерми розходяться: ізобари — Криві, що нахиляються до вертикалей, а ізотерми — криві, що нахи­ляються до горизонталей. Ці криві також будують по точках згідно з табличними даними. Через усі ділянки діаграми проходять лінії сталих об'ємів — ізохори. В зоні вологої пари наносять сітку ліній сталої міри сухості пари.