RV- И Ts-ДИАГРАММЫ ВОДЯНОГО ПАРА - Конспект Лекций, раздел Науковедение, КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ЛЕКЦИЯ 1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Парообразование Может Осуществляться Путем Испарения Или Кипе...
Парообразование может осуществляться путем испарения или кипения.
Испарением называется парообразование, происходящее только с поверхности жидкости. Этот процесс происходит при любой температуре жидкости, причем с повышением температуры интенсивность его возрастает.
Кипением называется процесс бурного парообразования во всем объеме жидкости. Кипение происходит при постоянном давлении (r = const) и соответствующей этому давлению постоянной температуре (tн = const), называемой температурой насыщения или кипения.
Температура кипения (насыщения) tн возрастает с увеличением давления. Зависимость между tн и r определяется опытным путем. Для воды, например, хорошее соотношение между ними получается из уравнения Руша:
tн = 100 
, (115)
где r – абсолютное давление, ат.
Все параметры кипящей жидкости принято обозначать соответствующей буквой со штрихом, например: J¢ – удельный объем, h¢ – энтальпия, s¢ – энтропия, u¢ – внутренняя энергия, q¢ – теплота.
В процессе кипения жидкости вместе с пузырьками пара выносятся мельчайшие частицы воды. Смесь пара и частиц жидкости называется влажным насыщенным паром.
Если при данном давлении к кипящей жидкости подвести количество теплоты, необходимо для полного превращения в пар всей массы жидкости, то в момент исчезновения последних капель получим сухой насыщенный пар при температуре насыщения tн. Все параметры сухого пара обозначаются теми же буквами, но с двумя штрихами: J², h², s², u².
Рис. 20. rJ (а)- и Ts (б)-диаграммы водяного пара: FK – нижняя пограничная кривая; KL – верхняя пограничная кривая.
Сухой насыщенный пар является в парогенераторах неустойчивым, практически мгновенным состоянием при переходе в перегретый пар.
Перегретым паром называется пар, который при одинаковом давлении с сухим насыщенным имеет большую температуру, чем температура насыщения. Получают пар в паровых котлах (парогенераторах) при постоянном давлении. Это давление определяется при конструировании в зависимости от назначения парогенератора.
Рассмотрим процесс преобразования воды в пар в rJ-координатах (рис. 20, а). Пусть при данном давлении r 1 кг воды при температуре 0 0С занимает удельный объем J0 (точка а). При подводе теплоты температура воды повышается до тех пор, пока не станет равной температуре насыщения tн, то есть температуре кипения при данном давлении r. Удельный объем воды увеличится и достигнет J¢. Состояние кипящей жидкости обозначено на диаграмме точкой a¢.
При дальнейшем подводе теплоты к кипящей воде она превращается в пар, причем давление и температура смеси воды и пара остаются неизменными, то есть процесс парообразования является изобарно-изотермическим. В тот момент, когда последние частицы кипящей жидкости испаряется, будет получен сухой насыщенный пар. Состояние сухого насыщенного пара отмечено на диаграмме точкой a². Следовательно, на линии a¢a² имеет место смесь кипящей воды и пара – влажный насыщенный пар. Состояние влажного пара в любой точке на линии a¢a² определяется давлением r, температурой насыщения tн и степенью сухости х.
Степенью сухости х называется массовая доля сухого пара, содержащегося во влажном паре:
x = mсух/mвл = mсух/mсух + mж , (116)
где mсух, mж – соответственно масса сухого пара и масса жидкости, находящихся в 1 кг смеси.
Для сухого пара х = 1, для кипящей жидкости х = 0. Величина (1 – х) называется степенью влажности пара. Таким образом, влажный насыщенный пар отличается от сухого только степенью сухости: влажный пар имеет степень сухости x < 1, сухой – x =1.
Если к сухому насыщенному пару состояния a² продолжать подводить теплоту при том же давлении r, то он превращается в перегретый пар. Состояние перегретого пара отмечено точкой d. Перегретый пар отличается от сухого пара тем, что при данном давлении имеет температуру выше температуры насыщения.
При более высоком давлении r1 процесс получения пара происходит аналогично. Однако удельный объем кипящей воды (точка b¢) будет увеличиваться, поскольку с повышением давления повышается и температура насыщения tн, оказывающая большее влияние на увеличение удельного объема, чем давление – на его уменьшение.
Удельный объем сухого пара (точка b²) J² с повышением давления, наоборот, уменьшается. На диаграмме точка b² лежит левее точки a². Если соединить стояние воды и пара при различных давлениях, то на rJ-диаграмме получим линии I, II, III.
Л и н и я I определяет состояние воды при температуре 0 0С и различных давлениях. Вследствие малой сжимаемости воды зависимость J0 от r незначительна, и ею, как правило, пренебрегают.
Л и н и я II определяет состояние кипящей жидкости (х = 0) и показывает, что удельный объем J¢ с повышением давления увеличивается. Эта линия называется нижней пограничной кривой. Слева от нее – область нагреваемой воды, справа – область влажного пара. При уменьшении давления линии I и II пересекаются в точке F, называемой тройной точкой. Каждое вещество в этой точке находится в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. в тройной точке каждое вещество имеет определенные параметры. Например, для воды температура и давление в тройной точке соответственно равны: tтр = 0,01 0С, rтр = 4,6 мм рт. ст.
Л и н и я III характеризует состояние сухого насыщенного пара (х = 1) при различных давлениях и называется верхней пограничной кривой. Справа от нее находится область перегретого пара, слева – влажного насыщенного пара. Из рисунка видно, что удельный объем сухого пара J² будет тем меньше, чем больше давление.
При повышении давления кривые II и III сходятся в точке К, называемой критической точкой. Эта точка соответствует состоянию, при котором исчезает различие между жидкостью и паром. Анализ показывает, что сконденсировать перегретый пар путем его сжатия по изотерме можно только в том случае, если его температура будет ниже критической. Критическое состояние вещества впервые было установлено Д. И. Менделеевым в 1861 г. Критические параметры для воды имеют следующие значения: rкр = 221,15 бар, tкр = 374,12 0С, Jкр = 0,003147 м3/кг.
При анализе циклов тепловых двигателей (в частности, паротурбинных установок) широко применяется Ts-диаграмма. Для водяного пара Ts-диаграмма представлена на рисунке 20, б. В тройной точке (tтр = 0,01 0С, r = 4,6 мм рт. ст.) энтропия условно принята равной нулю. Поэтому линия I (см. рис. 20, а) в Ts-диаграмме превращается в точку на оси ординат на 273,16 К выше абсолютного нуля. Это точка является началом нижней пограничной кривой (х = 0). Изобары нагрева жидкости (a–a¢, b–b¢ и т. п.) от 0 0С до tтн в Ts-диаграмме являются логарифмическими кривыми, кривизна которых практически совпадает с кривизной нижней пограничной кривой. Следовательно, точки a¢, b¢… располагаются на нижней пограничной кривой. Процесс парообразования (a¢–a², b¢–b² и т. п.) протекает при r = const и при tн = const, поэтому изобары парообразования изображаются в Ts-диаграммах горизонтальными линиями; изобары перегрева пара (a²–d, b²–d и т. п.) – линиями, близкими к логарифмическим. Площади под кривыми процесса обозначают: q¢ – количество теплоты на нагрев при данном давлении 1 кг жидкости от 0 0С до tн; r – удельная теплота парообразования; qпе – теплота, затраченная на перегрев пара при данном давлении до температуры tпе > tн.
Все темы данного раздела:
ТЕРМОДИНАМИКИ И ЕЕ ЗАДАЧИ
Процессы обмена энергией имеют место в любых явлениях окружающего мира. Поэтому термодинамика как наука о взаимном превращении теплоты и работы дает методы изучения энергетических я
СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА
Термодинамическая система представляет собой совокупность материальных тел, находящихся в механическом и тепловом взаимодействии друг с другом и с окружающими телами. Термоди
И РЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ
Реальные газы при низких давлениях близки к идеальным, так как в этом случае можно пренебречь силами межмолекулярного взаимодействия и объемом молекул. Это относится, в частности, к кислороду, возд
ГАЗОВЫЕ СМЕСИ
В практике в качестве рабочего тела используют, как правило, не какой-либо однородный газ, а газовую смесь: воздух, продукты сгорания различных видов топлива, природные газы и т. п.
ИСТИННАЯ И СРЕДНЯЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ
Теплоемкости могут быть массовые, объемные, молярные. Теплоемкость 1 кг газа называется массовой: она обозначается буквой с и измеряется в Дж/(кг . К).
Те
ТЕПЛОЕМКОСТИ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
Как указывалось выше, температура газа при одном и том же количестве сообщаемой теплоты q изменяется по-разному в зависимости от характера термодинамического процесса. Это означает,
Значения молярных теплоемкостей и коэффициента k в зависимости от атомности
Газ
mсJ
mср
mсJ
mср
k
ТЕПЛОЕМКОСТЬ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ
Теплоемкость газовой смеси, как и отдельных газов, может быть отнесена к 1 кг, 1 м3 или 1 кмолю.
Если смесь задана массовыми долями, то ее массовую теплоемкость
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
В результате воздействия на рабочее тело (газ, пар) внешней среды, например сжатия, расширения, нагрева и т. д. происходит изменение параметров его состояния.
Всякое измене
И ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ
Работа совершается только при изменении объема газа. Если происходит расширение газа, то работа совершается против внешних сил; при сжатии, наоборот, газ воспринимает работу
ТЕПЛОТА
Теплота является формой движения мельчайших частиц тела. Передача теплоты от одного тела к другому осуществляется либо путем непосредственного контакта между ними (теплопроводность,
ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
Первый закон термодинамики представляет собой частный случай всеобщего закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам.
Формулировка первого зако
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ГАЗАХ
Всякое изменение состояния рабочего тела (газа) в общем случае характеризуется изменением его основных параметров: r, J, T. Состояние газа изменяется двумя путями: сообщением ему те
ЭНТРОПИЯ ГАЗОВ
При исследовании все процессы рассматриваются как равновесные и обратимые.
Прежде чем рассматривать порядок исследования термодинамических процессов, введем пятый параметр
ИЗОХОРНЫЙ ПРОЦЕСС
Процесс, протекающий при постоянном удельном объеме, называется изохорным. Изохорный процесс применяется, в частности, при расчетах теоретических циклов карбюраторных двигате
ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕСС
Процесс, протекающий при постоянном давлении, называется изобарным. Такой термодинамический процесс может протекать в цилиндре, поршень которого перемещается без трения, так
ЭНТАЛЬПИЯ ГАЗА
В процессах, связанных с расчетом котельных установок, паровых турбин, а также с сушкой и охлаждением сельскохозяйственной продукции, используют параметр состояния рабочего тела (га
ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
Процесс, протекающий при постоянной температуре рабочего тела, называется изотермическим. Он возможен, например, в цилиндре поршневой машины, если по мере подвода теплоты q к рабоче
АДИАБАТНЫЙ ПРОЦЕСС
Адиабатным называется процесс, который осуществляется без теплообмена между газом и внешней средой (q = 0). Практическое использование этот процесс находит в соплах паровых т
ПОЛИТРОПНЫЙ ПРОЦЕСС
Во всех реальных тепловых машинах (двигателях внутреннего сгорания – ДВС, компрессорах, газотурбинных установках и т. д.) процессы сжатия рабочего тела (газа), горения топлива, расш
Результаты анализа политропных процессов
Группа
Пределы
изменения
показателя
политропы
Изменение внутренней энергии
Подвод (отвод) теплоты
Теплое
КРУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
Замкнутый процесс, в результате которого газ, пройдя ряд различных состояний, возвращается в исходное, называется круговым процессом (циклом).
Поясним данное определ
ПРЯМОЙ ОБРАТИМЫЙ ЦИКЛ КАРНО
В 1824 г. С. Карно предложил цикл, которому было присвоено его имя. Прямой обратимый (то есть состоящий только из равновесных, обратимых процессов) цикл Карно является идеальным цик
ОБРАТНЫЙ ОБРАТИМЫЙ ЦИКЛ КАРНО
Этот цикл является идеальным циклом холодильных машин. Изображение обратного цикла Карно приведено на рисунке 10. Цикл состоит из тех же процессов, что и прямой цикл, но состояние р
ВТОРОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ
Первый закон термодинамики устанавливает эквивалентность теплоты и работы как двух форм передачи энергии. Однако этот закон ничего не говорит об условиях преобразования теплоты и ра
КОМПРЕССОРОВ
Двигателями внутреннего сгорания (ДВС) называются тепловые поршневые машины, в которых в качестве рабочего тела используются продукты сгорания жидких или газообразных топлив, сжигае
ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Для анализа работы ДВС и определения основных показателей (индикаторная мощность, механический КПД) на работающем цилиндре записывают с помощью индикатора индикаторную диаграмму, пр
ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК
Газотурбинные установки (ГТУ) по сравнению с ДВС имеют существенное преимущество – отсутствие в ГТУ механизмов с возвратно-поступательным движением позволяет строить их быстроходным
ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ
Сжатый воздух находит широкое применение в технологических процессах, в частности для привода пневмомеханизмов, молотов, вибраторов, пневмоподъемников, для транспортировки сыпучих м
ВОДЯНОЙ ПАР
Водяной пар в качестве рабочего тела находит широкое применение в паровых турбинах, являющихся основными тепловыми двигателями на тепловых и атомных электростанциях.
В каче
Hs-ДИАГРАММА ВОДЯНОГО ПАРА
В инженерной практике термодинамические процессы с водяным паром рассчитывают с помощью hs-диаграммы. Эта диаграмма в СССР построена до давления 100,0 МПа и до температуры 1000
ПАРАМЕТРЫ ВОДЫ И ВОДЯНОГО ПАРА
При исследованиях принято считать, что при 0 0С и любом давлении энтальпия h0, внутренняя энергия u0, энтропия s0 воды равны нулю. В изоб
ЦИКЛ КАРНО ДЛЯ ВОДЯНОГО ПАРА
Наиболее совершенным идеальным циклом паросиловой установки является прямой обратимый цикл Карно, термический КПД которого, как отмечалось выше, максимальный в заданном интервале температур и не за
ЦИКЛ РЕНКИНА
Основным идеальным циклом паросиловых установок является цикл Ренкина. На рисунке 24 приведена принципиальная схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, а на рисунке 25 – rJ- и Ts-ди
ЦИКЛА РЕНКИНА
Исследование выражения для термического КПД цикла Ренкина при различных начальных (на входе в паровую турбину) и конечных (на входе в конденсатор) параметрах пара позволяет сделать вывод – начально
ВЛАЖНЫЙ ВОЗДУХ
В качестве рабочего тела атмосферный воздух применяется при сушке, нагреве, охлаждении различных материалов, в установках кондиционирования и т. д.
В атмосферном воздухе со
ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
Согласно закону Дальтона, давление смеси газов равно сумме парциальных давлений ее компонентов:
pнл.в. = pс.в. + pв.п., (128)
&nbs
Hd-ДИАГРАММА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
Данная диаграмма позволяет наиболее просто и быстро определять параметры влажного воздуха.
В Hd-диаграмме (рис. 27, а) по оси абсцисс откладывается влагосодержание d (г/кг сухого воздуха),
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Одно из основных понятий теплопроводности – температурное поле. Температура – один из основных параметров, характеризующих тепловое состояние рабочего тела или среды. Совокуп
ЗАКОН ФУРЬЕ
Закон Фурье устанавливает количественную взаимосвязь между температурным полем и интенсивностью распространения теплоты в нем посредством теплопроводности. Согласно закону Фурье, ве
ПРИ СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ
Теплопроводность однослойной плоской стенки. Схема распространения теплоты для этого случая приведена на рисунке 30. Пусть теплота распространяется в стенке, ограниченной пар
КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА
В практике наиболее часто приходится рассчитывать конвективный теплообмен между жидкостью (газом) и поверхностью твердого тела или канала (трубы), по которому она протекает. Если пр
ПРИ КИПЕНИИ ЖИДКОСТИ
Теплоотдача при кипении жидкости сопровождается изменением агрегатного состояния рабочего тела. Это явление имеет специфические особенности и большое практическое значение для энерг
И ЗАКОНЫ ИЗЛУЧЕНИЯ
Теплообмен излучением – процесс переноса теплоты в виде электромагнитных волн (фотонов). Этот вид теплообмена осуществляется в три этапа: внутренняя энергия тела в начале пре
ТЕПЛООБМЕНА ИЗЛУЧЕНИЕМ
Знание законов излучения позволяет получить расчетные формулы для лучистого теплообмена между телами. В частности, формулой (155) пользуются при определении излучательной способност
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА. СНОВЫ РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
Разделение процесса переноса теплоты на теплопроводность, конвективный теплообмен и теплообмен излучением удобно для его изучения. В действительности встречается сложный теплообмен,
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЗ ПЛОСКУЮ СТЕНКУ
Пусть однослойная плоская стенка (рис. 37) толщиной d из материала, коэффициент теплопроводности которого l, омывается с одной стороны горячей жидкостью с температурой tж1
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЗ ЦИЛИНДРИЧЕСКУЮ СТЕНКУ
В практике наиболее распространенным элементом теплообменных устройств является труба. Схема процесса теплопередачи через цилиндрическую стенку (трубу) представлена на рисунке 38.
ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ
При решении практических задач теплопередачи требуется либо повысить интенсивность переноса теплоты от греющей среды к нагреваемой, либо, наоборот, затормозить этот процесс. Интенси
ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от греющего теплоносителя (с более высокой температурой) к нагреваемому тепл
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО
Энергетическим топливом называют такие горючие вещества, которые экономически целесообразны при сжигании в технических устройствах для получения теплоты.
В качестве топлива
ПОНЯТИЕ УСЛОВНОГО ТОПЛИВА
Теплота сгорания топлива показывает, какое количество теплоты (в килоджоулях) выделяется при полном сгорании твердого, жидкого или газообразного топлива при нормальных условиях.
ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА
Главная составляющая горючей части топлива – углерод. Теплота сгорания углерода – 33 650 кДж/кг. Содержание углерода по горючей массе топлива составляет: в антраците – 87…93%
ВИДОВ ТОПЛИВА
Древесина. Использование древесины в качестве топлива ограничено. Теплота сгорания дров в значительной степени определяется влажностью. Чем больше влажность дров, тем меньше
СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
В зависимости от скорости горения различают нормальное горение и взрывное. Скоростью горения называется скорость распространения пламени. При нормальном горении скорость распростран
ДЛЯ ПОЛНОГО СГОРАНИЯ ТОПЛИВА
Если состав топлива известен, то количество воздуха, необходимого для полного сгорания любого из его компонентов, можно определить из выражения С + О2 = СО2. Э
ОБЪЕМ И СОСТАВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
Для правильного расчета и выбора теплотехнических агрегатов необходимо знать количество образующихся продуктов сгорания. Как правило, количество продуктов сгорания относят к 1 кг тв
Численные значения энтальпий составляющих продуктов сгорания и воздуха при различных температурах
Температура,
К
НСО2, кДж/м3
НN2, кДж/м3
НО2,
кДж/м3
УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ
Алексеев Г. Н. Общая теплотехника.– М.: Высшая школа, 1980. Андрющенко А. И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок.– М., Высшая школа. Ар
Новости и инфо для студентов