3.3. Изобарный процесс
На рис. 3.4. изображены в координатах T,s и h,s две изобары: одна (р1 = =idem) – докритическая, а вторая (р2 = idem) – сверхкритическая, то есть р2>р1. На изобарах отмечены восемь точек, из них точки 1, 2, 5 и 6 находятся в состоянии перегретого пара, 3 и 4 — в состоянии жидкости), 7 и 8 — в двухфазной области (влажный пар).
Рис. 3.4. Изображение изобарных процессов на энтропийных диаграммах
Используя принятые обозначения точек, выделим возможные варианты изобарного процесса:
1-2 и 5-6 – процессы, протекающие в области перегретого пара;
3-4 – процесс в области жидкости;
4-7 – процесс с фазовым переходом жидкость – влажный пар;
7-8 – процесс в области влажного пара;
8-5 – процесс с фазовым переходом влажный пар – перегретый пар.
Рассмотрим примеры решения задач.
Задача 1. Определить фазовое состояние и термодинамические свойства водяного пара, если его давление 10 бар, а удельный объём 0,12 м3/кг. Задачу решить с помощью диаграммы h,s, а затем уточнить по таблицам свойств воды и водяного пара (табл. 2 приложения).
Решение задачи с помощью диаграммы h,s.
Находим точку пересечения изобары р = 1,0 МПа на диаграмме h,s (черная линия) с изохорой v = 0,12 м3/кг (зелёная линия). Это и есть искомая точка, которую обозначим цифрой 8 (рис. 3.5). Поскольку данная точка находится левее и ниже пограничной кривой пара (х = 1), она соответствует состоянию
Рис. 3.5. Определение состояния пара с помощью диаграммы h,s по заданным значениям давления и удельного объема.
влажного пара со степенью сухости х8 = 0,6, которое характеризируется следующими калорическими свойствами: энтальпия h8 = 2000 кДж/кг; энтропия s8 = 4,87 кДж/(кг·К). Определение значений h8 и s8 показано стрелками, исходящими из точки 8.
Температура в точке 8 определяется по точке пересечения изобары р = 1,0 МПа с пограничной кривой х = 1; в рассматриваемом случае t8 = 180 °C
Решение задачи с помощью таблицы свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения (табл. 2)
Из табл.2 видно, что при р = 10 бар удельный объём насыщенной жидкости v' = 0,0011274 м3/кг, а удельный объём насыщенного пара v'' = 0,19430 м3/кг, то есть v'< v8< v'', что соответствует влажному пару. Тогда
Из первого равенства этого тождества рассчитываем степень сухости
.
Затем, используя соответствующие равенство этого тождества, рассчитываем калорические свойства:
Значение температуры в точке 8 определяется по табл. 2 – t8 = ts = 179,88°С.
Результаты обоих вариантов расчета согласуются в пределах точности определения свойств по диаграмме h, s.
Задача 2. Определить количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 кг пара, находящегося в состоянии 8 (см. предыдущую задачу), чтобы его изобарно перевести в состояние перегретого пара, имеющего температуру 300°С (точка 5). Задачу решить с помощью диаграммы h,s, а затем уточнить по таблицам свойств воды и водяного пара (табл. 1 приложения).
Решение задачи с помощью диаграммы h,s
Рис. 3.6. Определение состояния пара по заданным значениям давления и температуры с помощью диаграммы h,s
Находим точку 5 на пересечения изобары р = 1,0 МПа (черная линия) и изотермы t = 300°С (красная линия). Точка 5 находится в состоянии перегретого пара (выше и правее пограничной кривой х = 1). Определяем калорические свойства пара в точке 5: энтальпию h5 = 3050 кДж/кг; энтропию s5 = =7,1 кДж/(кг·К) — показано стрелками. Значение удельного объёма v5 = =0,26 м3/кг определяем, интерполируя визуально между изохорами, охватывающими точку 5
Теплота в изобарном процессе 8-5 рассчитывается из соотношения
Решение задачи с помощью таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара.
Поскольку параметры точки 5 (р5=10 бар и t5=300°С) совпадают с табличными (см. табл. III, [3], стр.98), выписываем термодинамические свойства перегретого пара в соответствующей точке: удельный объём v5= 0,2580 м3/кг; энтальпия h5=3051,3 кДж/кг; энтропия s5=7,2391 кДж/(кг·К).
Тогда теплота, подводимая в изобарном процессе 8-5, равна:
Как и в предыдущих случаях, результаты двух вариантов расчета хорошо согласуются между собой.