Адиабатный процесс
Допустим, что при адиабатном расширении пара начальное и конечное состояние его определяется параметрами: p, t1 и p2.
Процесс расширения изобразится прямой, параллельной оси ординат, отрезком 1-2 (рисунок 6).
Рисунок 6. Адиабатный процесс в h – s координатах
При адиабатном расширении перегретого пара вначале происходит уменьшение его степени перегрева, а затем переход в сухой насыщенный и во влажный насыщенный пар со степенью сухости x2.
Работа пара происходит за счет внутренней энергии:
.
Рассмотрим расчёт процессов водяного пара с использованием таблиц водяного пара (см. приложение таблица 4).
Состояние влажного насыщенного пара определяется его давлением или температурой и степенью сухости x. Очевидно, значение x=0 соответствует воде в состоянии кипения, а x=1 – сухому насыщенному пару.
Удельный объем влажного пара зависит от давления и от степени сухости и определяется из уравнения:
,
(3)
где υ′ - удельный объем кипящей воды, м3/кг;
υ″ - удельный объем сухого насыщенного пара, м3/кг;
x – степень сухости пара.
Из этой формулы получаем значение x:
.
(4)
Плотность влажного пара определяется из равенства:
Перегретый пар имеет более высокую температуру t по сравнению с температурой tн сухого насыщенного пара того же давления. Разность температур перегретого и насыщенного пара того же давления t – tн называют перегревом пара.
Энтальпия h″ сухого насыщенного пара определяется по формуле:
,
(5)
где h′ - энтальпия кипящей воды, кДж/кг;
r -теплота парообразования, кДж/кг.
Для влажного насыщенного пара значение его энтальпии равно:
(6)
Количество тепла, необходимого для перегрева 1 кг сухого насыщенного пара в перегретый при постоянном давлении, называют теплотой перегрева.
Очевидно,
,
где ср - истинная массовая теплоемкость перегретого пара при постоянном давлении.
Теплота перегрева может быть найдена из выражения:
,
где h- энтальпия перегретого пара, кДж/кг.
Изменение внутренней энергии пара определяется из выражений:
-
для сухого насыщенного пара;
(7)
-
для влажного насыщенного пара;
(8)
-
для перегретого пара.
(9)
Энтропия водяного пара отсчитывается от условного нуля, в качестве которого принимают энтропию воды при 0,01 оС и при давлении насыщения, соответствующем этой температуре, т.е. при давлении 0,006108 бар (0,006228 ат).
Энтропия жидкости s′ определяется из выражения:
,
(10)
где с - теплоемкость воды;
ТН – температура насыщения в оК.
Энтропия сухого насыщенного пара s″определяется из уравнения:
,
(11)
где r - теплота парообразования.
Энтропия влажного насыщенного пара определяется как
или
,
(12)
где x – степень сухости пара.
Энтропия перегретого пара может быть найдена из уравнения:
.
(13)