Перегретый пар

Перегретый пар имеет более высокую температуру tпо сравнению с температуройt_нсухого насыщенного пара того же давления. Следовательно, перегретый пар определённого давления может иметь различные температуры.

Для характеристики перегретого пара необходимо знать два его параметра, например давление и температуру.

Разность температур перегретого и насыщенного пара того же давления называютперегревом пара.

Важным является определение количества теплоты, затрачиваемой на отдельные стадии процесса парообразования и изменения внутренней энергии.

Теплота жидкости– это количество теплоты, затраченной для подогрева жидкости от 0⁰С до температуры кипения при постоянном давлении. Её можно определить как разность энтальпий жидкости в состоянии кипения и жидкости при том же давлении и 0⁰С

(11)

Так как при невысоких давлениях можно считать равным нулю, то

(12)

Внутренняя энергия жидкости равна энтальпии жидкости

, (13)

где значения i’, а следовательно иu’ приводятся в таблицах насыщенного пара.

Теплота парообразования(r) – это количество теплоты, необходимое для перевода 1кг кипящей жидкости в сухой насыщенный пар при постоянном давлении. Это количество теплоты расходуется на изменение внутренней энергии, связанное с преодолением сил сцепления (d) между молекулами жидкости, и на работу расширения (ψ).

Величина (d) – внутренняя теплота парообразования.

Величина (ψ) – внешняя теплота парообразования.

(14)

(15)

Значения rприводятся в таблицах насыщенного пара.

Теплота перегрева– количество теплоты, необходимое для перевода 1кг сухого насыщенного пара в перегретый при постоянном давлении.

Значения энтальпии перегретого пара приводятся в таблицах воды и перегретого водяного пара.

Энтропия пара

Энтропия водяного пара отсчитывается от условного нуля, в качестве которого принимают энтропия воды при 0,01⁰С и при давлении насыщения, соответствующем этой температуре 0,0006108МПа.

Энтропия жидкостиопределяется по формуле

, (16)

где 4,19 - теплоёмкость воды, кДж/(кг∙К);

Т_н– температура насыщения, К.

Если жидкость подогревается не до температуры кипения, а до произвольной температуры Т, то под Т_нв формуле (16) следует понимать эту произвольную температуру.

Энтропия сухого насыщенного пара s”определяется

, (17)

где r– теплота парообразования.

Энтропия влажного насыщенного параопределяется

(18)

, (19)

где х – степень сухости пара.

Энтропия s’ иs” приводится в таблицах насыщенного пара, аможно получить из этих же таблиц как разностьs”-s’.

TS-диаграмма для водяного пара

Важное значение в теплотехнических расчётах имеют диаграммы TSиis.

Рисунок 2 - TS-диаграмма для водяного пара

Кривая О₁К – нижняя пограничная кривая (х=0), кривая КВ₁– верхняя пограничная кривая (х=1).Точка О₁соответствует температуре 273К (0⁰С), точка К – критическому состоянию пара.

Нижняя пограничная кривая совпадает с изобарами жидкости, поэтому кривая О₁К одновременно изображает процесс подогрева жидкости при постоянном давлении от 0⁰С до температуры кипения.

Линии АВ представляют собой одновременно изобары и изотермы и изображают процесс парообразования.

Линии ВС представляют собой изобары и изображают процесс перегрева пара. Вся область жидкости в TS-диаграмме совпадает с кривой О₁К. между кривыми О₁К и КВ₁расположена область влажного насыщенного пара. ВTS-диаграмме наносятся также кривые одинаковой степени сухости параNP,LMи другие. Так как площадиTS-диаграммы, ограниченные кривой процесса, крайними ординатами и осью абсцисс, измеряют в определённом масштабе количества теплоты, подведённой к рабочему телу при постоянном давлении, то площадь ОО₁А₁Gсоответствует энтальпии жидкостиi’, площадь А₁В₁FG– теплоте парообразования (r) и площадь В₁С₁DF– теплоте перегрева. Вся площадь ОО₁А₁В₁С₁Dсоответствует энтальпии перегретого параi.

is-диаграмма для водяного пара

Рисунок 3 - is-диаграмма для водяного пара

На ней нанесены изохоры (пунктирные кривые), изобары, изотермы и линии равной сухости пара. Линия ВВ – верхняя пограничная кривая. Ниже её расположена область влажного насыщенного пара, выше её – область перегретого пара. Изобары в области насыщенного пара – прямые линии, являющиеся одновременно изотермами. При переходе в область перегретого пара изобары и изотермы разделяются, и каждая из них представляет собой отдельную кривую. is-диаграмма позволяет быстро определить параметры пара с достаточной точностью, даёт возможность определять энтальпию водяного пара и разности энтальпий в виде отрезков, наглядно изображает адиабатный процесс, имеющий большое значение при изучении паровых двигателей.