Теоретические основы теплотехники 1

84

Таблица 2

Критические характеристики газов

9. Пары и парообразование

Процесс парообразования. Основные определения

При анализе режимов работы теплосиловых установок практически всегда приходиться иметь дело с разного рода жидкостями и их парами.

Процесс парообразования и методика определения основных характе-

ристик процесса парообразования для всех жидкостей практически анало-

гичны, что дает возможность рассматривать процесс парообразования на примере воды, как одного из наиболее распространенных веществ в природе.

Рассмотрим изобарный процесс парообразования 1 кг воды в координатах р – v (рис. 19).

В исходном состоянии ( а0 ) вода представляет из себя недогретую жид-

кость, имеет температуру ( t0 ), значение которой ниже температуры насы-

щения (ts1 ), а давление воды в этой точке равно р1. В результате изобарного подвода теплоты в процессе ( а0 - а ) вода нагревается до температуры насы-

щения ts1 и в токе ( а ) начинается процесс кипения.

85

Рис. 19. Диаграмма состояний водяного пара в координатах p-v

Процесс кипения протекает на участке а'- а" при постоянном давлении

р1 и постоянной температуре ts1. В точке (а") вода полностью испаряется. Пар в этом состоянии называется сухим насыщенным. На участке (а'-а") вода находится в двух фазах и состоит из смеси кипящей воды и сухого насыщен-

ного пара. Эта двухфазная равновесная система называется влажным насы-

щенным паром. При дальнейшем изобарном подводе теплоты сухой насы-

щенный пар превращается в перегретый (а). Перегретый пар имеет темпера-

туру выше температуры кипения (насыщения) при данном давлении. В со-

стоянии (а) параметры перегретого пара имеют следующие значения: р1, tа > ts1 , va.

Аналогичные процессы изобарного подвода теплоты к воде можно провести при других давлениях р2, р3, и т. д. Соответствующие процессы изображаются линиями b0 -b'-b"-b и с0- с'-с"-с. Точки, характеризующие со-

86

стояния кипящей воды и сухого насыщенного пара при различных давлени-

ях, соединяются плавными линиями.

Линия a'-b'-с' показывает зависимость удельного объема кипящей воды

Точки на линии a"-b"-с" характеризуют состояние сухого насыщенного пара, а кривая определяет зависимость удельного объема сухого пара от дав-

кривые пересекаются в точке (К), называемой критической.

Параметры и функции состояния кипящей воды на нижней погранич-

ной кривой линии насыщения обозначаются одним штрихом, а сухого насы-

щенного пара - двумя штрихами. Для однозначного определения состояния кипящей воды и сухого насыщенного пара достаточно знание давления р или температуры насыщения ts, по значению которых в термодинамических таб-

лицах водяного пара можно найти свойства кипящей воды - v', u', h', s' и су-

хого насыщенного пара - v", u", h", s".

В области между пограничными кривыми находится влажный насы-

щенный пар. Каждой температуре насыщенного пара соответствует опреде-

ленное давление, то есть между этими параметрами существует однозначная

Для характеристики влажного насыщенного пара, помимо р или ts, в

качестве второй независимой переменной используется массовая концентра-

ция сухого насыщенного пара в смеси, называемая степенью сухости или

паросодержанием ( x )

где G" – масса сухого насыщенного пара; G – масса кипящей жидкости;

G – масса влажного насыщенного пара.

90

Рис. 20. Диаграмма состояния h-s водяного пара

Характеристики перегретых паров различных веществ v, h, s, u, сp и сv

приводятся в термодинамических таблицах водяного пара в функции от дав-

ления и температуры.

При проведении термодинамических расчетов, наряду с аналитически-

ми методами, достаточно часто используются и графические методы расчета,

проводимые с использованием энтропийных диаграмм (Т - s и h - s). На этих диаграммах (рис. 20) обычно нанесены линии нижней пограничной кривой

(x=0), верхней пограничной кривой (х=1), изобары (p=idem), изохоры

(v=idem), изотермы (T=idem) и линии постоянной степени сухости (x=idem).

В области влажного насыщенного пара изобары и изотермы совпадают друг с другом, так как ts f ( p ) . При переходе в область перегретого пара изобары и изотермы разделяются и каждая представляет собой отдельную