И

400

500

600

Рисунок 6.2 – Зависимость температуры насыщения зависит от давления

Авлениядавления

зотермическое уменьшение объема насыщенного пара приводит к частичной конденсации его, общее количество пара уменьшается. Но его плотность и давление не изменяются. Наоборот, изотермическое увеличение объема вызывает испарение дополнительной порции воды, что приводит к увеличению количества пара. Однако, как и при уменьшении объема, его плотность и давление остаются неизменными.

Точка а” (рис. 6.1) соответствует состоянию, при котором вся жидкость превратилась в пар. Насыщенный пар, не содержащий влаги при температуре насыщения, называют сухим насыщенным или сухим паром.

Участку а’ - а” соответствует так называемый влажный пар, представляющий собой смесь кипящей жидкости и сухого пара. При этом между жидкостью и паром может не быть резкой границы, а капельки жидкости пронизывают пар во взвешенном виде.

Массовую долю сухого пара во влажном называют степенью сухости Х. Доля воды во влажном паре, называемая степенью влажности, равна 1-Х.

Давление и температура насыщения еще не определяют состояние влажного пара. В качестве дополнительного параметра применяют степень сухости Х

Если вновь 1 кг воды, взятой при 0 ^оС, поместить под поршень цилиндра при более высоком давлении, чем прежде, то ее удельный объем остается равным v = 0, 001 м³/кг. В координатах р – v (рис. 6.1, а) новое состояние определяется точкой b, абсцисса которой совпадает с абсциссой точки а. В координатах Т –s (рис. 6.1, б) точки а и b совпадают. Поскольку при любом давлении энтропию воды при 0 ^оС принимают равной нулю.

С повышением давления воды закипает при более высокой температуре, объем занимаемый ею в момент кипения и энтропия также увеличиваются. Это состояние обозначим b’. По мере подведения теплоты к кипящей воде в цилиндре образуется влажный пар, который затем превращается в сухой. Это состояние обозначим b”. Точка b” лежит на графике левее точки а”, так как плотность насыщенного пара с повышением температур увеличивается, а удельный объем и энтропия уменьшаются.

Если рассматривать каждый раз процесс парообразования при более высоком давлении, то точки характеризующие состояние воды при 0 ^оС, расположатся в координатах р – v на прямой 1, параллельной оси ординат, а в координатах Т – s сольются в одну точку а, лежащую на оси ординат. Точки, соответствующие состоянию кипения воды, образуют так называемую нижнюю пограничную линию 2, а точки, характеризующие состояние сухого пара, - верхнюю пограничную кривую 3. на нижней пограничной кривой все точки характеризуют состояние рабочего тела, для которого степень сухости Х = 0, поэтому ее называют кривой равной сухости Х = 0. соответственно верхняя пограничная кривая является кривой равной сухости Х = 1.

При некотором давлении точки с одним и двумя штрихами совпадают (точка К). это значит, что при некотором давлении нет прямолинейного участка перехода жидкости в пар. В точке К жидкость и сухой пар обладают одинаковыми параметрами. Эту точку называют критической и все параметры, характеризующие рабочее тело в этой точке, - критическими. Для воды критические параметры: р_кр = 22,129 Мпа, Т_кр = 647,31 К, v_кр = 0,00326 м³/кг.

Ели к сухому насыщенному пару при постоянном давлении продолжать подводить теплоту, то его температура, удельный объем и энтропия увеличатся. График изобарного подведения теплоты при этом изобразится в координатах р – v прямой, параллельной оси абсцисс, а в координатах Т – s - кривой, весьма близкой к логарифмической.

Пар, температура и удельный объем которого больше, чем у сухого, называют перегретым. Изотермическое изменение объема перегретого пара приводит к изменению его давления. Он не насыщает пространство, в котором находится, называется ненасыщенным.

Верхняя и нижняя пограничные кривые при р > р_кр (рис. 6.1, а) делят диаграмму на три части: слева от нижней пограничной кривой – область жидкого состояния, справа от верхней пограничной кривой – область перегретого пара, а между ними – область влажного пара.

По диаграмме Т – s можно определить количество теплоты каждого процесса. Например, площадь под кривой ab’ характеризует количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг воды от 273 К до температуры кипения, соответствующей определенному давлению. На участке b’b” изобара совпадает с изотермой, и площадь под эти участком характеризует количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг кипящей воды в сухой пар при температуре насыщения, т.е. представляет собой удельную теплоту парообразования r. Площадь под кривой b”b’” характеризует количество теплоты, затраченное на перегрев 1 кг сухого пара до некоторой температуры Т_п > Т_н.