2 Парообразование в – диаграмме

Изобарный процесс парообразования в – диаграмме изображается горизонтальной линией a-b-c-d у которой участок a-b соответствует подогреву жидкости от 0°С до температуры кипения, участок b-c – превращению кипящей воды в сухой насыщенный пар и участок с-d – перегреву пара до заданной температуры. Таким образом, на графике величины соответствуют удельным объемам жидкости при 0°С, кипящей жидкости и сухого насыщенного пара.

При подогреве жидкости удельный объем ее несколько увеличивается а процесс парообразования характеризуется резким увеличением удельного объема. Так, например, для воды при нормальном давлении = 0,001м³/кг, =0,001044 м³/кг,

= 1,677 м³/кг, т. е. при подогреве воды от 0°С до температуры кипения (100°С), удельный объем увеличивается всего лишь на 4,4%, а в процессе парообразования более чем в 1600 раз.

Построив в диаграмме аналогичные графики для нескольких различных давлений и соединив одноименные точки плавными линиями (рис. 7.4), м ожно заметить, что в связи с очень малой сжимаемостью жидкости линия а – а1 – а2…, выражающая зависимость , практически вертикальна; в связи с тем, что при увеличении давления возрастает температура кипения, от которой зависит , линия b–b1–b2..., выражающая зависимость , идет круто вверх с наклоном в правую сторону; наконец, линия c – c1 – c2..., выражающая зависимость , имеет гиперболический характер. Например, для водяного пара она до давления 20 бар довольно точно описывается уравнением Молье

, (7.1)

где р выражено в барах, а – в кубических метрах на килограмм.

Линия b – b1– b2…, отделяющая область жидкости от области влажного пара и характеризуемая равенством х = 0, называется нижней пограничной кривой; линия c – c1 – c2..., отделяющая область влажного пара от области пара перегретого и характеризуемая равенством х=1, называется верхней пограничной кривой.

С ростом давления разность уменьшается и пограничные кривые сближаются, плавно сходясь в критической точке k, где они обе принимают горизонтальное направление.

Как видно из графика, точка k соответствует некоторому предельному состоянию вещества, при котором исчезает видимое различие между жидкостью и паром. Критические параметры, характеризующие это состояние для каждого вещества, имеют определенные значения. Так, например, для воды р_кр=221,15 бар, р_кр=374,12°С, р_кр= 0,003147 м3/кг.

3 Тройная точка. Правило фаз

влажный пар представляет собой равновесную систему, в которой одно и то же вещество находится в двух различных агрегатных состояниях.

О тдельные части равновесной системы, называются фазами, а происходящий в ней переход из одного агрегатного состояния в другое называется фазовым превращением.

Р

Рисунок 7.5

ассмотрим вопрос фазовых превращении вещества в более широком плане, включая в него и твердую фазу. Для этого удобно использовать pt-диаграмму, т. е. систему координат, в которой по оси абсцисс откладывается температура вещества, а по оси ординат давление, под которым оно находится (рис. 7-5).

Если точка а в такой диаграмме изображает исходное состояние вещества, взятого в твердой фазе, то процесс изобарного подвода тепла с переходом вещества сначала в. жидкое, а затем в газообразное состояние изобразится горизонтальной линией a-b-c-d, причем участок ее a-b соответствует нагреву твердой фазы до расплавления, участок b-c нагреву жидкой фазы до температуры кипения и участок c-d перегреву газовой фазы (т. е. паров данного вещества).

Отсюда видно, что точка b соответствует двухфазной системе твердое тело– жидкость, а точка с –двухфазной системе жидкость–пар (т. е. всем состояниям влажного пара).

С увеличением давления точка b смещается влево, так как температура плавления уменьшается, а точка с смещается вправо, так как температура кипения увеличивается. Следовательно, с ростом давления точки b и с расходятся.

Наоборот, с уменьшением давления точки b и с сближаются и, наконец, сливаются в одной точке А.

При более низких давлениях переход вещества из твердого состояния в газообразное происходит непосредственно, без промежуточного превращения в жидкость (например, по линии e-f-g, на которой точка f соответствует двухфазной системе твердое тело – перегретый пар). Такой процесс называется сублимацией или возгонкой. Обратный переход вещества из газообразного состояния в твердое обычно называют десублимацией.

Таким образом, получается фазовая диаграмма, в которой площадь, расположенная левее линии В-А-D, соответствует твердой фазе, площадь, расположенная выше линии В-А-С,– жидкой фазе и площадь, расположенная правее линии С-А-D,– газовой фазе (перегретому пару).

Точка А, соответствующая такому состоянию вещества, при котором оно может находиться во всех трех фазах, называется тройной тоxкой. Каждому веществу в тройной точке свойственны строго определенные значения всех параметров.

Так, для воды р_а = 0,006112 бар, =1,00021 л/кг 0,001 м³/кг, t_а=0,0075 0,01°С. тройная точка принята за начало отсчета внутренней энергии и энтропии воды и водяного пара, т. е. U_а=0 и s_а= 0.