34 Тs-диаграмма водяного пара
Рисунок 11 – ТS-диаграмма водяного пара
Графически
на ТS-диаграмме
произвольный процесс нагрева жидкости,
парообразования и перегрева пара при
постоянном давлении изображается кривой
.
Если нанести на диаграмме ряд таких
изобарных процессов и соединить
характерные точки, то получим пограничные
кривые кипящей жидкостиАК
(х=0)
и сухого пара КВ
(х=1),
которые сходятся в критической точке
К.
Пограничные кривые делят диаграмму на три части: влево от АК – область жидкости, между кривыми АК и КВ – область влажного пара, вправо от КБ и вверх от точки К – область перегретого пара.
На
диаграмму наносят изобары, линии
постоянных удельных объемов, а в области
влажного пара – линии равных степеней
сухости. Область диаграммы, лежащая
ниже изобары тройной точки (
),
изображает различные состояния смеси
пар+лед.
На
TS-диаграмме
площадь, заключенная между линией
обратимого процесса и осью абсцисс
(например,
),
изображает удельное количество теплоты,
сообщаемое рабочему телу, для превращения
воды в перегретый пар. Удельная работа
любого обратимого цикла изображается
наТS-диаграмме
площадью цикла. С помощью ТS-диаграммы
легко определить термический КПД
обратимого цикла.
Недостатком диаграммы является то, что при определении количества теплоты приходится измерять соответствующие площади, что усложняет определение необходимых величин.
35Is-диаграмма водяного пара
Рисунок 12 – IS-диаграмма водяного пара
IS-диаграмма для водяного пара впервые была предложена Молье в 1904 г. и обладает определенными преимуществами при расчетах по сравнению с ТS-диаграммой.
Большим достоинством IS-диаграммы является то, что техническая работа и количество теплоты, участвующие в процессах, изображаются отрезками линий, а не площадями, как в ТS-диаграмме.
По оси ординат откладывается удельная энтальпия пара, а по оси абсцисс – удельная энтропия. За начало координат принято состояние воды в тройной точке, где энтропия и энтальпия воды равны нолю.
Пользуясь данными таблиц водяного пара, на диаграмме, прежде всего, наносят пограничные кривые жидкости и пара, сходящиеся в критической точке К. Пограничная кривая жидкости выходит из начала координат, так как в этой точке энтальпию и энтропию принимают равной нулю. Состояние воды изображается точками на соответствующих изобарах, которые практически сливаются с пограничной кривой жидкости. Линии изобар в области влажного пара являются прямыми наклонными линиями, расходящимися веером от пограничной кривой, жидкости. В изобарном процессе:
(115)
. (116)
Угловой
коэффициент наклона изобары к оси
абсцисс в каждой точке диаграммы численно
равен абсолютной температуре данного
состояния. Так как в области влажного
пара изобара совпадает с изотермой, то
согласно последнему уравнению изобары
влажного пара являются прямыми линиями:
,
а это и есть уравнение прямой лини.
В области перегретого пара изобары имеют кривизну с выпуклостью, обращенной вниз. Изобара АВ соответствует давлению в тройной точке.
В
области влажного пара наносится сетка
линий постоянной сухости пара (
),
которые сходятся в критической точкеК.
Изотермы в области влажного пара
совпадают с изобарами. В области
перегретого пара они расходятся: изобары
поднимаются вверх, а изотермы представляют
собой кривые линии, обращенные выпуклостью
вверх. При низких давлениях изотермы
весьма близки к горизонтальным прямым,
с повышением давления кривизна изотерм
увеличивается. На диаграмму наносится
сетка изохор, которые имеют вид кривых,
поднимающихся более круто вверх по
сравнению с изобарами.
Обратимый адиабатный процесс в IS-диаграмме изображается вертикальной прямой. Поэтому все вертикальные прямые представляют собой адиабаты. Область диаграммы, лежащая ниже изобары тройной точки, изображает различные состояния смеси пар+лед.