5 Водяна пара

Водяна пара являє собою реальний газ, який підкоряється рівнянню стану Ван-дер-

Ваальса:

, (50)

де р - тиск, v - об'єм, Т - абсолютна температура, R - газова стала, а i b -коефіцієнти, що враховують, відповідно, сили тяжіння та відштовхування між молекулами пари.

Водяна пара може бути насиченою та ненасиченою. Насиченою зветься пара, яка утворюється в процесі: кипіння і знаходиться в терм|ічній та динамічній рівновазі з рідиною. Відрізняють суху насичену пару, яка не вміщуе в собі рідини при температурі насичення, та вологу насичену пару, яка є двофазовою системою з сухої насиченої пари (m_сп) та рідини (m_p).

Показннк сухості:

. (51)

Перегріта пара має місце при температурах, вищіх за температуру насичення.

Для практичних розрахунків термодинамічних процесів водяної пари широке використання знайшла is – діаграма (див. додаток 5). На діограмі розміщено ізобари (р=соnst), ізохори (V=соnst), ізотерми (Т=соnst), а також лінії з різними показниками сухості (х =соnst). Лінія з різними показниками сухості х=1 відповідає сухій насиченій парі. Вище цієї лініі знаходиться перегріта пара, а нижче-волога пара. Слід пам'ятати, що в області вологої пари ізотерми збігаються з ізобарами. Адіабатний процес в is -діаграмі-вертикальна лінія (s=const), процес дроселювання- горизонтальна лінія (i=соnst).

Розв’язання задач треба починати з якісного зображення процесу в координатах is. Якщо задано параметри стану водяної пари, то точка в координатах is, що зображує термодинамічний стан пари, знаходиться на перетині відповідних ізоліній. Для цієї точки знаходять значения ентальпії (і) та ентропії (s). Перехід в новий термодинамічний стан дасть нові значення термодинамічних параметрів р, v, Т, а також термодинамічних функцій i та s. Це дае можливістъ підрахувата кількість втраченої теплоти, внутрішню ентропію та інше.

Запитання для самоконтролю і повторения

1.Реальні гази. Чим вони відрізняються від ідеальних?

2.Рівняння стану реальних газів (рівняння Ван-дер-Ваальса).

З.Водяна пара та її характеристики.

4. is -діаграма водяної пари. Зобразити основні процеси на is -діаграмі.

Приклади розв'язування задач

Задача 1

Волога насичена пара має початкові параметри стану: тиск 0,1 МПа, питомий об'єм 1,6 м³/кг. Визначити кінцеві параметри стану пари після ізобарного нагріву до 300°С, кількість теплоти, зміну вмутрішньої енергії та роботу процесу.

Дано: Р₁=0,1 МПа= 1 бар; v₁= 1,6 м³/кг; Р₂=Р_1; t₂=300°С.

Знайти: v₂, q, I, ∆u.

Розв'язання

Визначимо параметри точок 1та 2 на is-діаграмі.

Точка 1: Точка 2:

P₁= 1 бар, р₂= р,= 1 бар ,

v₁= 1,6 м³/кг, v₂=2,8м³/г,

t₁=100°С , t₁=300°С,

i₁=2540 кДж/кг, t₂=3070 кДж/кг.

x₁ =0,94 .

Кількість теплоти при ізобарному процесі

кДж/кг.

Робота

кДж/кг.

Змінення внутршньої ентропії

кДж/кг.

Задача 2

Визначити кількість теплоти та роботу, що необхідно для одержання 1 кг перегрітої пари, яка має температуру 300°С,з сухої насиченої пари при тиску 10 бар.

Дано: х=1; р=10бар=10⁶ Па; t₂=300°С.

Визначити: q, I .