4.3 Три стадії отримання перегрітої пари

При аналізі особливостей трьох стадій отримання перегрітої пари необхідно:

• визначити параметри початкового і кінцевого станів речовини;

• розрахувати зміни питомих калоричних параметрів ;

• визначити питому кількість теплоти Δq, яку на кожному етапі на кожному етапі отримує пара.

Слід мати на увазі, що для реального газу , оскільки його питома внутрішня енергія залежить не лише від температури, але й від об’єму.

Використовуючи рівняння першого закону термодинаміки для ізобарного процесу, зміни питомих внутрішньої енергії Δu і ентальпії Δh в процесі отримання водяної пари можна визначити за формулами

(5)

→ (6)

Зміну питомої ентропії при переході від стану 1 до 2 розраховують за виразом

(7)

У виразі (7) мається на увазі, що початковий стан 1 відповідає холодній воді, а кінцевий 2 – перегрітій парі.

4.3.1. Перша стадія - процес підігріву води до температури насичення

За початкову температуру води, яка подається у котлоагрегат, при довільному тиску, приймаємо t_а = 0 ºС. Тоді лінія АА₁ на рис. 7.4а відповідає станам холодної рідини при різних тисках і при температурі 0 ºС (ізотерма холодної рідини). Питомий об’єм води при цій температурі м³/кг. Через незначну стискуваність води лінія АА₁ майже вертикальна. Лівіше від неї є зона рівонаодитьав такодамиа вняння стану формулюються у статистичній фізиці.0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000новаги води і льоду.

Початком відліку u = 0, h = 0, s = 0 для води прийнято вважати потрійну точку, в якій речовина може одночасно бути у твердому, рідкому і газовому станах (точка А на рис. 7.4а). Параметри стану у потрійній точці для води такі:

р_А = 0,00061 МПа, Т_А = 273,16 К, v_А = 0,001 м³/кг.

Процес пароутворення при тиску р_А = 0,00061 МПа показаний на діаграмі 7.4б ізобарою (ізотермою) АВ.

Нехтуючи впливом тиску на зміну об’єму води, приймають для всіх станів на лінії АА₁ : v₀ = 0,001 м³/кг, u₀ = 0, h₀ = 0, s₀ = 0 .

Кінцевий стан води на стадії підігріву (точка b) визначається досягненням при заданому тиску р_н температури насичення t_н = f(p_н). Ця залежність дається у таблицях, або інтерполяційними формулами. Стани киплячої води при різних тисках відповідають граничній кривій рідини АК, яка відображає залежність питомих об’ємів киплячої води v^' від тиску. На граничній кривій рідини х = 0.

Параметри киплячої рідини позначаються відповідними буквами з штрихами (v^', u^', h^', s^', і т. д.) і подані у таблицях в залежності від тиску р_н або температури t_н. Питома кількість теплоти, яка необхідна для реалізації першої стадії отримання перегрітої пари, називається питомою теплотою рідини, за (7.6)

(7.8)

або, врахувавши, що h₀ = 0, і використавши середню теплоємність c_р = с_{р mр},,

(7.9)

Зміна питомої внутрішньої енергії при підігріві води за (7.5)

Зміна питомої ентропії води на ділянці ab

, (7.10)

тобто на „T-s” діаграмі, див. рис.7.4б, ізобарний процес зміни стану води зображається логарифмічною кривою ab. Оскільки питома ентропія води при 0 ºС умовно рівна нулю, точка а на осі ординат буде знаходитися на 273 ºС вище від абсолютного нуля.

Реальні ізобари підігріву води на „T-s” діаграмі мають складніший вигляд і розташовуються лівіше граничної кривої х = 0. Однак для спрощення аналізу будемо вважати їх суміщеними з кривою х = 0, що мало вплине на точність розрахунку. В цьому випадку ізобара води р_кр проходить по лінії АК, а потім (після критичної точки К ) переходить в ізобару перегрітої пари.