Тема: реальные газы

Рабочим телом в некоторых теплоэнергетических установках являются пары, которые по своим свойствам не являются идеальными газами. В теплоэнергетических установках, используемых для получения электроэнергии, используется водяной пар, потому что:

1) запасы воды в природе очень велики;

2) вода безопасна для окружающей природы и обслуживающего персонала;

3) для воды характерно большое отношение удельных объектов пара и жидкости.

Простейшим уравнением состояния реальных газов является уравнение Ван-дер-Ваальса, которое имеет такой вид:

(р +а / v²) (v – b) = RT

Это уравнение является уравнением третьей степени относительно удельного объема и, следовательно, имеет три корня.

Возможны три случая:

1) все три корня действительных и разных;

2) все три корня действительных и равных между собой;

3) один действительный и два мнимых.

Посмотрим теоретические изотермы (изотермы Ван-дер-Ваальса) сжатие реального газа:

Ткр  Т₃  Т₂  Т₁

В точках а, а, а начинается выделение жидкой фазы, т. е. начинается процесс конденсации.

В точках с, с, с- процесс конденсации завершается.

Волнообразный характер кривой между точками а и с указывает на нестабильность процесса и этот участок графика не подтверждается на практике.

Верхней пограничной кривой называется геометрическое место точек начала процесса конденсации (или завершения процесса парообразования).

Нижней пограничной кривой, называется геометрическое место точек завершения процесса конденсации (или начала процесса парообразования).

В критической точке К удельные объемы жидкости и пара одинаковы, т. е. исчезают различия между жидкой и газообразной фазами. Такое состояние вещества, называемое критическим, впервые было открыто Д.И.Менделеевым.

Различают такие состояния, как сухой насыщенный, влажный насыщенный и перегретый пар.

Сухим насыщенным паром называется пар, в котором отсутствуют капельки кипящей жидкости, а температура которого равна температуре насыщения (температуре кипения).

Влажным насыщенным паром называется механическая смесь сухого насыщенного пара и капелек кипящей жидкости (t_{ВЛАЖ. НАСЫЩ. ПАРА}= t_НАСЫЩ.).

Перегретым водяным паром называется пар, в котором отсутствуют капельки жидкости, а температура которого выше температуры насыщения.

Состав влажного насыщенного пара может быть охарактеризован с помощью коэффициента, называемого степенью сухости:

Х = m_СНП / m_ВНП = m_СНП / (m_СНП + m_{Кипящей жидкости})

Степень сухости может изменяться в пределах от 0 до 1, т.е.0  Х  1.

Реальные изотермы сжатия газа впервые были получены английским ученным Эндрюсом и поэтому, получили название - изотермы Эндрюса.

В соответствии с этой диаграммой, процесс фазового превращения (парообразование=конденсация) протекает как при постоянном давлении, так и при постоянной температуре.

В термодинамике обще приняты следующие обозначения:

1) термодинамические параметры кипящей жидкости в своем обозначении имеет один штрих (U, S, h, u,…);

2) термодинамические параметры сухого насыщенного пара в своем обозначение имеют два штриха (U, S, h, u,…);

3) термодинамические параметры влажного насыщенного пара имеют индекс х (U_х, S_х, h_х, u_х,…).