33 Pv-диаграмма водяного пара

Рисунок 10 – PV-диаграмма водяного пара

Фазовая PV-диаграмма системы, состоящей из жидкости фара, представляет собой график зависимости удельных объемов воды и пара от давления.

Пусть вода при температуре 0 ºС и некотором давлении занимает удельный объем (отрезок NS). Вся кривая АЕ выражает зависимость удельного объема воды от давления при температуре 0 ºС. Так как вода – вещество почти несжимаемое, то кривая АЕ почти параллельна оси ординат. Если при постоянном давлении сообщать воде теплоту, то ее температура будет повышаться и удельный объем увеличиваться. При некоторой температуревода закипает, а ее удельный объемв точкедостигает при данном давлении максимального значения. С увеличением давления растет температура кипящей жидкостиитакже увеличивается.

График зависимости от давления представлен кривой АК, которая называется пограничной кривой жидкости. Характеристикой кривой АК является степень сухости.

В случае дальнейшего подвода теплоты при постоянном давлении начинается процесс парообразования. При этом количество воды уменьшается, а количество пара увеличивается.

В момент окончания парообразования в точке пар будет сухим насыщенным. Удельный объем сухого насыщенного пара обозначается.

При постоянстве давления температура не изменяется и процесс является одновременно изобарным и изотермическим. В точкахивещество находится в однофазном состоянии. В промежуточных точках вещество состоит из смеси воды и пара. Такую смесь называютдвухфазной системой.

График зависимости удельного объема от давления представлен кривой, которая называется пограничной кривой пара, для нее.

Точка соответствует состоянию кипящей жидкости в тройной точке (t 0 ºС), а изобара соответствует состояниям равновесия всех трех фаз. Эта изобара при выбранном масштабе изображения кривых практически совпадает с осью абсцисс.

Если к сухому насыщенному пару подводить теплоту при постоянном давлении, то его температура и объем будут увеличиваться и пар из сухого насыщенного перейдет в перегретый (точка ).

Обе кривые иделят диаграмму на три части. Влево отрасполагается область жидкости, между – двухфазная система, вправо оти вверх от точкирасполагается область перегретого пара или газообразного состояния тела. Точканазываетсякритической точкой. Критическая точка является конечной точкой фазового перехода жидкость – пар. Выше точки существование вещества в двухфазном состоянии невозможно. Никаким давлением нельзя перевести газ в жидкое состояние при температурах выше критической.

В точке для воды:= 374,12 ºС; = 0,003147м³/кг; = 22,115МПа; = 2095,2кДж/кг; = 4,424кДж/(кгК).

При температуре 0 ºС область между линией и осью ординат – равновесное сосуществование жидкой и твердой фаз. Основные параметры жидкости, сухого и влажного насыщенного пара при 0 ºС и различных давлениях можно приближенно принимать= 0,001м³/кг.

Удельное количество теплоты, расходуемое на нагревание воды от 0 ºС до температуры кипения при соответствующем давлении, определяется по уравнению:

, (107)

где: – удельная энтальпия кипящей жидкости, Дж/кг;

– удельная энтальпия воды при 0 ºС, Дж/кг.

В термодинамике удельные энтальпию и энтропию воды в состоянии соответствующем тройной точке, принимают = 0кДж/(кгК); = 0 Дж/кг.

Удельную внутреннюю энергию воды в этой же точке при 0 ºС также принимают равной нулю. Удельная внутренняя энергия кипящей жидкости определяется из общей формулы, используемой для определения удельной энтальпии:

или . (108)

Энтальпию кипящей жидкости берут из таблиц.

Количество теплоты, затраченное на парообразование 1 кг воды при температуре кипения до сухого насыщенного пара, называется удельной теплотой парообразования и обозначается . С возрастанием давления и температурыуменьшается и в критической точке=0. Удельная теплота парообразования расходуется на изменение внутренней потенциальной энергии или на работу дисгрегации (разъединения) и работу расширения.

Удельная энтальпия сухого насыщенного пара определяется по формуле:

, (109)

а удельная внутренняя энергия:

. (110)

Температура влажного пара равна температуре кипения жидкости при данном давлении. Удельный объем влажного пара определяется как объем смеси, состоящей из сухого пара и воды:

. (111)

Удельная энтальпия влажного пара определяется по формуле:

, (112)

где – удельная энтальпия жидкости,;

– количество теплоты для испарениях-й доли воды.

Удельная внутренняя энергия влажного пара:

. (113)

Перегретым называют пар, имеющий при данном давлении более высокую температуру, чем сухой насыщенный пар.

Удельной теплотой перегрева принято называть то количество теплоты, которое необходимо затратить на перегрев 1 кг сухого пара до требуемой температуры при постоянном давлении. Свойства перегретого пара приближаются к свойствам газа.