8.3. Таблицы водяного пара t, s и h, s-диаграммы для пара

Ввиду сложности уравнений состояния для пара в расчетной практике они не применяются. Для практических целей используют таблицы термодинамических параметров состояния. Две таблицы составлены для определения теплофизических свойств насыщенной жидкости и сухого насыщенного пара, т.е. в них приведены: t_s, p_s, u¢, u², h¢, h², r, s¢, s². В качестве независимой переменной в первой из этих таблиц использована температура, а во второй - давление. В третьей таблице приведены u, h и s для недогретой до температуры насыщения воды и перегретого пара в широком диапазоне давлений и температур.

Параметры влажного пара могут быть рассчитаны по приведенным выше формулам с использованием параметров насыщенной жидкости и сухого пара, взятых из таблиц.

T, s-диаграмма водяного пара. Наряду с табличными данными в практических расчетах широко пользуются графическими методами решения задач. Для этих целей используют T, s и h, s - диаграммы для пара.

Рассмотрим диаграмму - T, s. Начальное состояние 1 кг воды при Т₀ = 273 К и s₀ = 0 изобразится точкой а (рис. 8.3), ав - изобара подогрева воды до температуры насыщения T_s. Точка в соответствует насыщенной жидкости, вс - процесс парообразования (кипения) при p = const и T_s = const. Следовательно, вс является одновременно изобарой и изотермой. Точка с соответствует сухому насыщенному пару. Любая точка между точками в и с (например точка г) будет соответствовать влажному насыщенному пару. Линия cd - изобара перегрева пара.

Точка d соответствует перегретому пару. Линии ав и cd согласно уравнениям (8.7) и (8.24) являются логарифмическими кривыми.

Площади под кривыми ав, вс и cd изображают соответственно теплоту жидкости q¢, теплоту парообразования r и теплоту перегрева пара q_п. Из выражений (8.13) и (8.20) следует, что x = (s_x - s¢)/(s² - s¢), т.е. х = вг / вс (рис. 8.3).

Таким образом, весь процесс парообразования от состояния воды при 0 ^оС до состояния перегретого пара с температурой Т_п изображается изобарой авcd. При другом, более высоком давлении р₁ весь процесс изобразится линией ав₁с₁d₁ (рис. 8.4), при давлении p₂ > р₁ - линией ав₂с₂d₂ и т.д. При увеличении давления точки в и с сближаются. Соединив между собой точки в, в₁, в₂ ... и т.д., получим линию насыщенной жидкости или нижнюю пограничную кривую. Строго говоря, линии подогрева жидкости ав, ав₁, ав₂ и т.д. не совпадают, но различие между ними очень невелико и практически они сливаются в одну линию, поэтому можно считать, что пограничная кривая совпадает с линиями подогрева жидкости до T_s при различных давлениях.

Соединяя точки с, с₁, с₂ ... и т.д., получим линию сухого насыщенного пара или верхнюю пограничную кривую. Точка соединения верхней и нижней пограничных кривых дает критическую точку к. Между пограничными кривыми лежит область влажного насыщенного пара. Правее и выше верхней пограничной кривой кс будет перегретый пар, а часть диаграммы, лежащая левее нижней пограничной кривой, ак будет областью жидкости. В области влажного пара наносят линии постоянной степени сухости x = const. На диаграмму также наносятся изохоры u = const.

Некоторым неудобством данной диаграммы является то, что при определении количества теплоты приходится измерять соответствующие площади.

Диаграмма h. s для водяного пара. Более удобной для расчетных целей является диаграмма h, s (диаграмма Молье). Одним из ее основных преимуществ перед T, s - диаграммой является то, что количество теплоты, участвующее в процессе, изображается линейным отрезком, а не площадью, как в системе координат T, s.

По значениям h¢, s¢, h², s², взятым из таблиц для разных давлений, строят верхнюю КВ и нижнюю ОК пограничные кривые (рис. 8.5).

Между пограничными кривыми будет влажный пар, над верхней пограничной кривой перегретый пар, слева от нижней пограничной кривой жидкость. Нижняя пограничная кривая будет соответствовать насыщенной жидкости, а верхняя пограничная кривая сухому пару при различных давлениях.

В области влажного пара изобары и изотермы совпадают (являясь линиями парообразования или кипения) и представляют собой слабо расходящиеся прямые линии. После верхней пограничной кривой изобары и изотермы расходятся. Изобары в виде логарифмических кривых поднимаются вверх, а изотермы направлены вправо. В области влажного пара наносятся линии постоянной степени сухости x = const. На диаграмме наносятся также изохоры u = const, которые идут под небольшим углом к изобарам. Обычно всю h, s-диаграмму не выполняют, а вычеркивают только верхнюю часть, достаточную для нахождения встречающихся на практике параметров пара, и выполняют ее в большом масштабе.