3. Ізотермічний процес

В ізотермічному процесі температура не змінюється t₁= t₂ = const. Нехай початковий стан пари задається тиском Р₁ = 0,02 МПа і ступіню сухості пари х₁ = 0,9. Пара ізотермічно розширяється так, що в кінці процесу її тиск стає Р₂ = 0,003 МПа, рис. 2.4. В місці перетину ізобари Р₁ = 0,02 МПа і лінії ступеню сухості х₁ = 0,9 знаходимо початкову точку процесу. З точки 1 опустившись на осі і, s, визначаємо і₁= 2615 кДж/кг, s₁=7,2 кДж/(кгК). Через точку 1 проходить ізохора v₁ = 7 м³/кг. В області вологої насиченої пари, де лежить точка 1, ізобари співпадають з ізотермами, тому з початкової точки 1 спочатку рухаємось по ізобарі уверх до точки перетину з лінією ступеню сухості х = 1 і визначаємо ізотерму, яка приходить у цю точку, це t₁= 60 ^оС. Далі рухаємось по цій ізотермі до точки перетину з ізобарою Р₂= 0,003 МПа і визначаємо кінцеву точку процесу – точку 2. Опустившись на осі визначаємо і₂ = 2615 кДж/кг, s₂ = 8,79 кДж/(кгК). Через цю точку проходить ізохора v₂ = 50 м³/кг, температура у цій точці t₂ = t₁ = 60 ^оС. Лінію ізотермічного процесу 1-2 наводимо більшою по товщині. Процес побудований. Точка 1 знаходиться в області вологої насиченої пари, тому пара там волога насичена, точка 2 знаходиться в області перегрітої пари, тому пара там перегріта.

Рис. 2.4. Ізотермічний процес

Кількість теплоти в ізотермічному процесі, кДж/кг

q_т = T(s₂ – s₁),

Зміна внутрішньої енергії, кДж/кг

U = (і₂ – Р₂v₂) – (і₁ – Р₁v₁)

Робота ізотермічного процесу

l_т = q - U .

В процесі розширення питомий об’єм пари збільшується, тому процеси розширення ідуть зліва направо уверх по ізотермі, а процеси стискування справа наліво вниз.

4. Адіабатний процес

В адіабатному процесі постійною величиною є ентропія s₁ = s₂ = const, тому процес іде по лінії s = сonst. Нехай початковий стан пари задається тиском Р₁ = 0,2 МПа і температурою t₁ = 460 ^оС. Пара адіабатно розширюється до тиску Р₂ = 0,002 МПа. В місці перетину ізобари Р₁ і ізотерми t₁ знаходимо початкову точку процесу 1.

Опустившись на осі, визначаємо невідомі раніше параметри пари у точці 1: і₁=3400кДж/кг, s₁=s₂=8,4 кДж/(кгК). Через точку 1 проходить ізохора v₁ = 1,7 м³/кг. Із точки 1 рухаємось по ізоентропі s = const до точки перетину з ізобарою Р₂ = 0,002 МПа і отримуємо кінцеву точку процесу 2. У цій точці параметри пари: і₂ = 2435 кДж/кг, s₂ = 8,4 кДж/кг, t₂ = 18 ^оС. Для визначення температури піднімаємось по ізобарі Р₂ = 0,002 МПа до лінії х = 1 і визначаємо, яка ізотерма приходить у цю точку, t₂ = 18 ^оС. Через точку 2 проходить лінія ступеню сухості х₂ =0,96. Лінія 1-2 визначає теоретичний адіабатний процес розширення водяної пари, який проходить без тертя.

Для адіабатного теоретичного процесу теплота

q_s = 0.

Робота процесу

l_s = q - U = (і₁ – Р₁v₁) – (і₂ – Р₂v₂)

Процеси розширення ідуть зверху вниз, від точки 1 до точки 2, а стискування знизу уверх. У точці 1 пара перегріта, а у точці 2 – волога насичена.

Рис. 2.5. Адіабатний процес

Реальні процеси розширення пари такі, наприклад, як витікання через сопла, або розширення на робочих лопатках парової турбіни, через наявність сил тертя між струминами газу та газом і стінкою каналу відхиляються від вертикальної лінії: s = const. Виділена теплота тертя приводить до збільшення ентропії і вихідної ентальпії. Дійсний процес розширення відповідає політропному процесу лінії 1-2д. Якщо відома величина зменшення ентальпії і = і_2д – і₂, то точку 2д знаходять у місці перетину ізоентальпії і_2д = і₂ + і, і ізобари Р₂. Нехай для нашого прикладу і = 80 кДж/кг, тоді і_2д = 2435 + 80 = 2515 кДж/кг. Точку 2д знаходимо у точці перетину ізоентальпи і_2д = 2515 кДж/кг і ізобари Р₂ = 0,002 МПа. Ентропія в точці 2д s_2д = 8,67 кДж/(кгК). Точка 2д лежить в області вологої насиченої пари. Теоретичній та дійсний процеси наводимо товстими лініями. Незворотність процесу характеризується внутрішнім відносним к.к.д.