5.3. Расчет параметров мокрого пара

На основе определения мокрого пара можно записать:

,

где используются безразмерные параметры: x = M_П/M_МП - степень сухости (массовая доля пара), 1-x = M_Ж/M_МП - массовая доля жидкости.

При x = 0, M_П = 0, M_МП = M_Ж - состояние кипящей воды.

При x = 1, M_П = M_МП, M_Ж = 0 - состояние сухого насыщенного пара.

При 0 < x < 1- состояние мокрого пара.

Параметры мокрого пара рассчитываются по формулам для смеси:

,	(5.2)
,	(5.3)
.	(5.4)

Формулы (5.2)-(5.4), записанные относительно x,

,	(5.5)
,	(5.6)
	(5.7)

используются для расчета степени сухости, если известны параметры мокрого пара h, v или s.

5.4. Диаграммы p-V, t-s, h-s воды и водяного пара

Н а рис. 5.3 - 5.5 изображены диаграммы, которые построены путем переноса численных значений параметров воды и водяного пара, приведенных в таблицах [8], соответственно в p-v-, T-s- и h- s- координаты.

За начало отсчета энтальпии (h), энтропии (s) приняты параметры тройной точки: p = 0,00611 бар, t = 0,01 ⁰С, v = 0,001 м³/кг.

При h = 0, s = 0 внутрення энергия u = h - pv = - 0,611  0.

Во всех диаграммах линии степеней сухости (0 < x < 1) построены путем деления изобар в области мокрого пара на 10 (или 20) отрезков. Все линии степеней сухости пересекаются в критической точке.

Изобары и изотермы в области мокрого пара имеют одно направление.

В T–s- и h–s- диаграммах изохоры располагаются круче изобар.

В T–s- и h–s- диаграммах в области недогретой жидкости изобары имеют направление нижней пограничной кривой, и расположены в непосредственной близости к ней.

Адиабаты в p- v- диаграмме располагаются круче изотерм.

Диаграмму h-s называют рабочей, т.к. она исключительно широко используется для определения параметров. При термодинамическом анализе процессов и циклов T-s- и p-v- диаграммы чаще всего применяются как иллюстрационные.

5.5. Процессы воды и водяного пара

Для анализа работы паровых двигателей, теплообменного оборудования, паровых теплотрансформаторов (холодильных машин, тепловых насосов) существенное значение имеют изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы. Расчет этих процессов можно выполнить либо с помощью таблиц воды и водяного пара, либо с применением h–s- диаграммы. Первый способ более точен, второй – отличается простотой и наглядностью.

Порядок расчета процессов с помощью таблиц воды и водяного пара:

1. Определяется состояние (одно из пяти) воды или водяного пара в начальной точке путем сравнения исходных данных с табличными.

2. Определяются параметры в начальной точке.

3. Определяется состояние в конечной точке.

4. Определяются параметры конечной точки.

5. Рассчитывается теплота и работа процесса.

6. Дается иллюстрация процесса в p- v-, T-s-, h-s- диаграммах.

При определении состояния в начальной и конечной точках сравнивают исходные параметры с табличными (p_s, t_s, v, v, h, h , s, s).

Для перегретого пара:

при данном p:

при данной t:

Для недогретой воды:

при данном p:

при данной t:

Для мокрого пара:

.

Для кипящей жидкости:

.

Для сухого насыщенного пара:

.

При использовании h-s- диаграммы параметры в начальной и конечной точках определяются из диаграммы, рассчитываются теплота и работа процесса. Затем дается изображение процесса во всех диаграммах.

Формулы для расчета теплоты и работы в процессах изменения состояния воды и водяного пара получены на основании соотношений:

,

и приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Процесс	Работа, w	Работа, l	Теплота, q
Изохорный	w = 0	l = v(p1 – p2)	q = u2 - u1
Изобарный	w = p(v2 -v1)	l = 0	q = h2 - h1
Изотермический	w = q-(u2 - u1)	l = q-(h2 - h1)	q = T(s2 - s1)
Адиабатный	w = u1 – u2	l = h1 – h2	q = 0

Особенности расчета изменения параметров, теплоты и работы процессов водяного пара по сравнению с процессами идеального газа состоят в следующем. Для воды и водяного пара:

- не выполняются связи между параметрами, полученные на основе уравнения состояния идеального газа;

- не применима молекулярно-кинетическая теория теплоемкости;

- для изотермического процесса , т.к.

;

- изменение параметров h, u, s не рассчитывается по формулам через теплоемкости, а определяется через параметры начальной и конечной точек

.