6. Водяной пар. Состояния водяного пара

Водяной пар — газообразное состояние воды. Образуется молекулами воды при ее испарении. При поступлении водяного пара в воздух он, как и все другие газы, создаёт определённое давление, называемое парциальным. Оно выражается в единицах давления — паскалях. Количество водяного пара в граммах, содержащегося в 1 кубическом метре, называют абсолютной влажностью воздуха.

Так как теплоёмкость пара, вернее теплота его конденсации достаточно велика, он часто используется в качестве эффективного теплоносителя. Как примеры использования можно привести паровое отопление, промышленное использование пара, например, парогенераторы.

Испарение – процесс перехода из жидкого состояния в газообразное.

Кипение – процесс парообразования по объему жидкости.

Процесс парообразования начинается при достижении жидкостью температуры кипения, которая называется температурой насыщения t_н и на протяжении всего процесса остается неизменной. С повышением давления t_н увеличивается. Давление, соответствующее t_н называется давлением насыщения рн.

Насыщенным паром называют пар, который образовался в процессе кипения и находится в динамическом равновесии с жидкостью. Насыщенный пар по своему состоянию бывает сухим насыщенным и влажным насыщенным.

Сухой насыщенный пар представляет собой пар, не содержащий капель жидкости и имеющий температуру насыщения (t= t_н) при данном давлении.

Влажный насыщенный пар – это равновесная смесь, состоящая из капель жидкости, находящейся при температуре кипения, и сухого насыщенного пара.

Отношение массы сухого насыщенного пара к массе влажного насыщенного пара называется степенью сухости х влажного пара, то есть x=m_с.п. /m_в.п.

Очевидно, что для жидкости х=0, для сухого насыщенного пара х=1.

Если к сухому насыщенному пару продолжать подводить теплоту, то его температура увеличится. Пар, температура которого при данном давлении больше, чем температура насыщения (t>tн), называется перегретым. Перегретый пар – это пар, находящийся при температуре, превышающей температуру кипения жидкости при давлении, равном давлению перегретого пара. Величина превышения температурой пара температуры кипения жидкости называется степенью перегрева пара.

7. P-V диаграмма водяного пара

Процесс построения диаграммы осуществляется при фиксированных значениях давлений. С анализом состояния воды при подводе к ней теплоты. В начале процесса происходит подвод теплоты на участке I-II с доведением температуры до t_н. При последовательном подводе теплоты на участке I-III осуществляется постепенный переход воды из капельного состояния в газообразное. Указанный процесс завершается в точке К при полном переходе воды в газообразное состояние. Дальнейший подвод теплоты идет на перегрев водяного пара. Рассматривая диаграмму в PV-координатах можно определить наличие 2х пограничных линий. 1ая линия – I-К – нижняя пограничная кривая соответствует состоянию воды при t_н при давлениях Р₁, Р₁^’... 2ая линия – К-III – верхняя пограничная кривая соответствует состоянию воды при температуре насыщения в зависимости от давления. Точка К – критическая точка. В области, ограниченной верхней и нижней пограничными кривыми линиями, находится механическая смесь воды и водяного пара при t_н – это состояние водяного пара носит название влажного насыщенного водяного пара. Водяной пар, состояние которого определяется точками, лежащими на верхней пограничной кривой, носит название сухого насыщенного пара. Водяной пар, параметры которого соответствуют точкам правее и выше верхней пограничной кривой, носит название перегретого пара.

Влажный насыщенный пар – это пар, температура которого ниже температуры насыщения и который находится в взаимодействии с водой.

Сухой насыщенный пар – пар, температура кот. равна температуре насыщения при данном давлении и в котором отсутствуют мельчайшие капельки воды.

Перегретый пар – пар, температура которого выше температуры насыщения при данном давлении.

Степень сухости – отношение массы сухого насыщенного к массе влажного насыщенного пара. Изменяется от 0 до 1. [кДж/кг]

Теплота парообразования – кол-во теплоты, которое надо подвести к 1кг воды, находящемся при температуре насыщения, чтобы превратить ее в сухой насыщенный пар, в процессе при постоянном давлении.

8. H-S диаграмма водяного пара. Таблица водяного пара

П ервоначальную точку находим по двум координатам. В нашем случае это Н и х. От первой точки опускаясь перпендикулярно вниз находим S. После это путем интерполяции между известными изобарами определяем величину Р. После этого по изобаре Р поднимаемся до верхней пограничной точки, далее определяем изотерму (интерполяцией) t. После этого путем интерполяции между известными изохорами определяем υ.

Таблицы водяного пара

Для идеальных газов зависимость между параметрами р, v и T устанавливается уравнением состояния p·v=R·T. Причем два из этих параметров однозначно определяют третий. Перегретый и насыщенный пары по своим свойствам существенно отличаются от идеальных газов. Поэтому соотношения между параметрами р, v и Т перегретых и насыщенных паров значительно сложнее, чем уравнение состояния идеального газа. Для насыщенных паров давление является функцией температуры (р=f(Т)), поэтому две переменные р и Т не определяют состояния. Причем удельный объем vx определяется степенью сухости пара х. Удельный объем vx является функцией параметров р и х или T и х. Объемы vb и vc являются функциями температуры или давления. Следовательно, чтобы определить состояние насыщенного пара, необходимо установить зависимости вида p=f(T), vb=j(р), vc=f(р). В настоящее время известны многочисленные уравнения состояния перегретого водяного пара. Они связывают между собой основные параметры р, v и Т, но эти уравнения имеют весьма сложный вид и расчеты по ним являются чрезвычайно трудоемкими. Поэтому при практических расчетах параметров паров используются специальные таблицы и диаграммы, составленные на основании экспериментальных и теоретических данных. В них приводятся соответствующие друг другу значения р, T, vb, vc, ib, ic, r, sb и sc. В настоящее время составлены подробные таблицы для перегретых и насыщенных водяных паров до температур 1000 °С и давления 98 МПа. Таблицы составлены с высокой степенью точности. Известны три вида таблиц:

1-2) термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по температуре и по давлению)

3) термодинамические свойства воды и перегретого пара.