1.4.3 Процесс парообразования для воды

Образование пара может происходить двумя путями:

– испарение – парообразование с поверхности жидкости, при любой температуре и без подвода тепла;

– кипение – парообразование по всему объему жидкости при определенной температуре для данного давления и при непрерывном подводе тепла.

Процесс образования жидкости из пара называется конденсацией и происходит при отводе тепла на охлаждаемой поверхности твердой стенки.

1. Области состояния и параметры состояния для воды и водяного пара.

Все поле состояний воды и водяного пара, представленное на рисунке 1.10, делится на 3 области:

1 – область состояний воды, недогретой до кипения;

2 – область влажного пара, где существует двухфазное сос­тояние, т.е. смесь кипящей воды и сухого насыщенного пара;

3 – область перегретого пара, где температура пара выше температуры кипения воды при данном давлении.

Границей между областями служат пограничные кривые: – левая (а) и правая (б), а также критическая изотерма Т_К.

Левая пограничная кривая (а) показывает состояние воды при температуре кипения. Так как каждому давлению воды соответству­ет только одна температура кипения, то состояния воды при темпе­ратуре кипения определяется только одним параметром (Р или Т). Состояние воды при температуре кипения называется насыщенным, а давление и температура соответствующие этому состоянию - давле­нием и температурой насыщения, обозначаемые индексом ("Н", т.е. Р_Н и Т_Н) все остальные параметры состояния на левой пограничной кривой (а) обозначаются ( и U΄).

Рисунок 1.10 – Области состояния воды и водяного пара

Процесс превращения кипящей жидкости в пар при подводе теп­ла происходит, как указывалось выше, при постоянном давлении (Р_н ) и постоянной температуре ( Т_н ) в области влажного пара. В конце процесса, когда вся жидкость испарится мы получим сухой насыщенный пар, под которым понимается пар, имеющий температуру кипения жидкости Т_н при данном давлении Р_н .

Правая пограничная кривая (б) показывает состояние сухого насыщенного пара, имеющего температуру Т_н и давление Р_н . Остальные параметры состояния на правой пограничной кривой (б) обозначаются Количество тепла, которое необходимо для превращения I кг кипящей воды при постоянном давлении ( Р_н ) и температуре насы­щения ( Р_н ) в сухой насыщенный пар называется теплотой паро­образования (испарения) и обозначается – r . Из условия Р_H = const, и Т_H = const теплоту парообразования определяют по формуле:

.

Состояние влажного пара в области II определяется соотно­шением в нем количества кипящей жидкости и сухого насыщенного пара, смесь которых и образует влажный пар.

Величина этого соотношения задается степенью сухости влаж­ного пара, которая обозначается – x и показывает количество сухого насыщенного пара, приходящееся на 1 кг влажного пара (смеси).

Из этого следует, что на левой пограничной кривой x = 0; на правой пограничной кривой x =1 , а в области II – x изменяется в области от 0 до 1.

Температура и давление влажного пара по всем точкам перехода от жидкости к пару постоянны и равны Р_н и Т_н . Остальные пара­метры состояния в этой области обозначаются (V_x, i_x, S_x, и U_x) и определяются по величине x и параметрам состояния ком­понентов смеcи (кипящей воды и сухого насыщенного пара) из урав­нений теплового и материального баланса:

Если сухой насыщенный пар нагревать, подводя к нему тепло при постоянном давлении, то температура его будет расти до Т > Т_н при давлении Р_н и мы получим перегретый пар, область состояний которого - III. Состояние перегретого пара в этой об­ласти определяется по двум независимым параметрам (например Р и Т).

Количество тепла, затрачиваемое на перегрев сухого насыщен­ного пара, называется теплотой перегрева и определяется из усло­вия Р_н = const:

.

Для иллюстрации указанных положений на диаграммах p – υ и T – S, (рисунок 10), показан процесс превращения воды в перегретый пар при Р = Р_н = const, (процесс 0–3, где 0 – 1 – участок подогрева воды от 0°С до Т = Т_н; 1–2 – участок испарения воды при Т_н = const, и превращение ее в сухой насыщенный пар; 2–3 – участок перегрева сухого насыщен­ного пара до Т₃ > Т_н).