6.2. Описание свойств с использованием pv-диаграммы
На рис. 1-5 дано схематично графическое описание состояния вещества (рабочего тела) в области влажного пара и окрестных состояниях. Сама область влажного параограничена линиями. Левая называетсянижней пограничной кривой, обозначается степенью сухости х=0 и проходит через состояния насыщенной жидкости. Правая линия называетсяверхней пограничной кривой, обозначается степенью сухости х=1 и проходит через состояниясухого насыщенного пара. Обе пограничные линии сходятся вверху, в критической точке, отмеченной давлением рCи удельным объемомvC.
Слева от нижней пограничной кривой находится область состояний вещества в жидкой фазе. Справа от верхней пограничной кривой - область состояний впарообразной фазе. В этих состояниях пар общепринято называтьперегретым паром, в отличие от уже названных видов пара - насыщенного, влажного и сухого насыщенного. На рис.1-5 показано также расположение четырех изотерм t=const, в том числе критической изотермы ТС, проходящей через критическую точку. Видно, что две нижние изотермы, проходя через область влажного пара, имеют горизонтальный участок и становятся здесь изобарами. Совпадение изобар и изотерм в области влажного пара отражает известную особенность процессов кипения и конденсации: кипение или конденсация приp=constпротекают приt=const. На эту особенность области влажного пара необходимо обратить внимание.
6.3. Таблицы термодинамических свойств рабочих тел
Практическое применение при определении значений параметров и функций состояния рабочих тел - p, v, t, u, h, s - имеют таблицы термодинамических свойств веществ и соответствующие диаграммы состояния. Таблицы приводятся в различных справочных изданиях и в учебных пособиях по термодинамике, теплотехнике и холодильной технике. Построение таблиц достаточно специфично. Так, таблицы для пограничных кривых х=0 и х=1 области влажного пара приводятся под заголовком “Термодинамические свойства жидкости (указывается ее наименование) и пара в состоянии насыщения”. Они приводятся отдельно от таблиц для областей перегретого пара и жидкости.
Если состояние влажного пара имеет степень сухости х, отличную от нуля или единицы, то применяют простые расчетные формулы:
vX= v ‘(1- x) + v” x, (1-15)
hX= h’(1- x) + h” x,
sX=s’(1-x) +s”x.
6.4. Диаграммы термодинамических свойств рабочих тел
Более удобно, хотя и менее точно параметры состояния рабочих тел можно определять по диаграммам. Ниже представлена Ts- диаграмма водяного пара. На ней показана критическая точка К с расходящимися от этой точки линиями степени сухости пара х=1,. х=0 и промежуточными линиями х=const. ПоTs-диаграмме можно, например, найти точку, изображающую состояние, заданное давлением и температурой, и определить искомые параметры h, s, x.
Несомненным достоинством диаграмм по сравнению с таблицами является то, что на них можно изображать процессы. Например, на pv-диаграмме рис.1-5 изображен изотермический процесс А-В-С-D. Также и в конце главы 8 дано схематичное изображение в диаграммах круговых процессов рабочего тела, совершаемых в паротурбинной установке и в холодильной машине.
.В практических расчетах параметров водяного пара широко используется также hs-диаграмма. Такая диаграмма приведена в учебном пособии [3].
Методические указания по работе с диаграммами
Решение первой из задач выполняется в два шага.
Шаг первый. Значения двух заданных параметров состояния переносятся на диаграмму, то есть на диаграмме находятся и отмечаются две изо-линии, соответствующие заданным параметрам. На пересечении этих изо-линий отмечается точка, изображающая заданное состояние.
Шаг
второй: по другим изо-линиям, проходящим
через отмеченную точку или рядом с нею,
находятся искомые параметры и функции
состояния.
Каждая точка в плоскости прямоугольных координат диаграммы состояний определена значениями, указанными на этих двух координатах. Следовательно, каждая такая точка выражает определенное равновесное состояние данного рабочего тела, поскольку рассматриваемые здесь рабочие тела, как уже отмечалось, имеют два независимых параметра состояния. При вычерчивании диаграмм на плоскость диаграммы наносят точки, для которых с помощью термодинамических таблиц определяют давление, удельный объем, удельную энтальпию, а затем точки с одинаковыми значениями давления соединяют изобарой р=const , надписав на этой линии величину давления в этих точках. Аналогично через точки с одинаковым удельным объемом проводятся изохоры, а через точки с одинаковой энтальпией - изоэнтальпы. Они позволяют не только определять значения параметров заданного состояния, но и изображать на них заданные процессы.