25.Су және су буының параметрлерін анықтау

Изобаралы процестегі сұйыққа берілген жылу мөлшері былай анықталады:

q=h₂ – h₁

Осы қатынасты а’, а’’ процесіне қолдансақ, онда

q= r =h’’- h’ (5.5)

Мұндағы r шамасы бу түзілу жылуы деп аталып, бір килограмм қайнаған суды тұрақты температурада толығынан құрғақ қаныққан буға айналдыруға қажетті жылу мөлшерін анықтайды.

Энтропияның өсімін бу түзілу процесінде мына формула бойынша табады:

шамаларын есептеуді бастайтын нөлдік күй ретінде судың үштік нүктесінің күйі алынады.

Қайнаған су мен құрғақ қаныққан будың күйі бір ғана параметрмен анықталатындықтан, белгілі қысым немесе температура бойынша су және су буының кестесінен -дің мәндерін алуға болады.

Ал ылғалды қаныққан будың меншікті көлемі v_x, энтропиясы s_x және энтальпиясы һ_х аддитивті ереже бойынша табылады. 1 кг ылғалды буда х кг құрғақ бу және (1-х) кг қайнаған су болатындықтан

(5.6)

сондай-ақ

(5.7)

және

(5.8)

Ылғалды будың параметрлерін тікелей кестелерден табуға болмайды. Оларды берілген қысым (немесе температура) және құрғақтық дәрежесі бойынша жоғарыдағы формулалармен анықтайды.

Қайнамаған су мен қыздырылған будың бірфазды күйін берілген екі параметр бойынша табады. Берілген қысым және температура бойынша су және қыздырылған бу кестесінен v, h, s – тің мәндерін анықтайды.

26. Су буының Ts және hs- диаграммалары

Ts- диаграммасы

Су буымен жасалынатын процестерді зерттеу үшін кестелерден басқа Ts- диаграммасын пайдаланады (5.3-сурет). Бұл диаграмма су буының кестесіндегі сандық мәндерді T және s- координаттарында көшіру арқылы салынады.

Үштік нүктедегі (s₀=0, T₀=273,16 К) судың күйі диагрммада А’ нүктесімен бейнеленеді. Диаграммада әр температураға сәйкес s’ және s’’ мәндерін сала отырып астыңғы және үстіңгі шекаралық сызықтарды аламыз. Астыңғы шекаралық сызықтан сұйықтық аймақ, шекаралық сызықтар арасында – ылғалды қаныққан будың қосфазалы аймағы, ал үстіңгі шекаралық сызықтан оңға және жоғары қарай – қыздырылған бу аймағы орналасқан.

Диаграммаға изобара және әр А’В’’ изобарасын бірдей бөліктерге бөліп, сонан соң x=const сызықтарымен жалғастырып жасалынған құрғақтық дәрежесі тұрақты сызықтар салынады. Диаграмманың нөлдік изотермадан төмен жатқан аймағы бу + мұз қоспасының әртүрлі күйіне сәйкес келеді.

Ts- диаграммада процесс сызығының астында жатқан аудан жұмыстық денеге берілген немесе одан алынған жылу мөлшеріне эквивалент болады. Кез келген қайтымды циклдің жұмыс мөлшері сол циклдің ауданына тең, сондықтан диагрмманың көмегімен циклдің термиялық ПӘК-ін анықтауға болады. Термодинамикалық процестерді және циклдарды зерттеуде Ts- диаграммасы жеткілікті түрде кеңінен қолданылады.

hs-диаграммасы

Егер жұмыстық дененің күйін анықтайтын тәуелсіз параметрлер ретінде энтропия s мен энтальпияны h қабылдасақ, онда кез келген күйді hs-диаграммасында нүктемен бейнелеуге болар еді.

5.4-суретте су буының кестесіндегі сандық мәндерді h және s координаттарына көшіру арқылы салынған hs-диаграммасы көрсетілген. Координаттар бастамасы ретінде судың үштік нүктесінің күйі (s₀=0, һ₀=0,) алынған. Диаграммада әртүрлі күйге сәйкес судың қайнау температурасындағы s’ және h’ мәндерін, сонымен бірге құрғақ қаныққан будың s’’ және h’’ мәндерін салып астыңғы және үстіңгі шекаралық сызықтарды аламыз.

Ылғалды будың қосфазалы аймағында изобаралар түзулердің шашырайтын бумасын құрайды. Шындығында, р=const процесінде

ds=dq_p/T=dh/T

немесе

(dh/ds)_p=T,

демек изобараның көлбеу бұрышының тангенсі сан жағынан берілген күйдің температурасына тең. Қанығу аймағында изобара изотермамен тұстасатындықтан, көлбеу бұрышының тангенсі тұрақты болып изобара түзу сызық болады. Қанығу қысым өскен сайын температура да өседі, соған орай изобараның көлбеу бұрышының тангенсі де өсіп, қанығу аймағында р=const түзулері шашырай орналасады. Қысым өскен сайын изобара сызығы жоғары орналасады. Критикалық қысымның шеткі изобарасы тым тік кетеді. Сондықтан, критикалық нүкте К p,v және . T,s- диаграммаларындағыдай шекаралық сызықтың төбесінде жатпай, сол жақ құламасына орналасады. Қыздырылған бу аймағында тұрақты қысымда будың температурасы өсіп, изобараның тіктігі артады. Сол себепті қыздырылған будың изобарасы логарифмдік қисық сызыққа жуықтайды.

Су аймағында да изобаралар жоғарыдағыдай бейнелейді, бірақ олар шекаралық сызыққа өте жақын орналасқандықтан, сонымен сіңісіп кетеді.

Төмен қысымда және салыстырмалы жоғары температурада қыздырылған бу өзінің қасиеттері жағынан идеалды газға жуықтайды. Изотермалық процестерде идеалды газдың энтальпиясы өзгермейтіндіктен, аса қыздырылған будың изотермалы көлденең (горизонталь) орналасады. Қанығу аймағына, демек үстіңгі шекаралық сызыққа жақындағанда қыздырылған будың қасиеттері идиалды газдан әлдеқайда ауытқып, изотермалар қисаяды.

Су буының hs-диаграммасында, сонымен қатар изобарадан тік орналасқан v=const сызықтар салынған.

Бұл диаграмманың әр нүктесі үшін p, v, t, s, x мәндерін табуға болады. Диаграмманың ең үлкен құндылығы сонда, жылу мөлшері (р=const болғанда) T,s- диаграммасындағыдай ауданмен емес, кесіндімен бейнеленеді, соның арқасында ол жылулық есептерде өте кеңінен қолданылады.