Основные термодинамические процессы водяного пара.

Рис . Термодинамические процессы водяного пара на i, s-диаграмме: 1 – 2 – изохорный процесс, 1 – 3 - изобарный процесс, 1 – 4 - изотермный процесс, 2 – 5 – адиабатный процесс

Для анализа работы паросиловых установок существенное значение имеют изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы. Политропные процессы не рассматриваются, т.к. водяной пар не соответствует свойствам идеального газа.

Термодинамические процессы водяного пара очень наглядно изображаются на i, s-диаграмме (рис ). Процесс = горизонтальная прямая. Для удобства нанесены линии равных давлений, температур и степеней сухости. На рис. показано протекание изохорного, изобарного, изотермического и адиабатного процессов на i, s-диаграмме. Следует обратить внимание, что в области влажного пара линии изобар и изотерм совпадают.

По i, s-диаграмме можно выполнить приближённые расчеты этих процессов, поскольку значения подлежащих определению параметров считываются непосредственно с диаграммы.

Общий метод расчета по i, s-диаграмме состоит в следующем. По известным параметрам наносится начальное состояние рабочего тела, затем проводится линия процесса и определяются его параметры в конечном состоянии. Далее вычисляется изменение внутренней энергии, определяются количества теплоты и работы в заданном процессе.

Точные расчёты проводятся с помощью таблиц воды и водяно­го пара. При расчётах важно знать в какой зоне находятся начальные и конечные значения параметров. Это удобно определять на Т – s диаграмме. Из диаграммы Т – s видно, что количество теплоты равно площади под кривой процесса.

Для любой точки на Т - s-диаграмме

 

(4-32)

или

,

 

Рис. 4.9\ Изохорный процесс водяного пара на Т – s - диаграмме

 

Изохорный процесс(рис. 4.9).

Из рисунка видно, что нагреванием при постоянном объеме влажный пар можно перевести в сухой насыщенный и перегретый. Охлаждением его можно сконденсировать, но не до конца, так как при каком угодно низком давлении над жидкостью всегда находится некоторое количество насыщенного пара. Это означает, что изохора не пересекает нижнюю пограничную кривую.

В изохорном процессе работа

l = 0,

поэтому подведенная теплота расходуется (в соответствии с первым законом термодинамики ) на увеличение внутренней энергии пара:

 

q = u₂-u₁ (4.33)

 

 

Р»с. 4.10. Изобарный процесс водяного пара на Т – s - диаграмме

 

 

Изобарный процесс (рис. 4.10).

При подводе теплоты к влажному насыщенномy пару его степень сухости увеличи­тся и он (при постоянной в этой области температуре) переходит в сухой, а при дальнейшем подводе теплоты — в перегретый пар (температура пара при этом растет). При отводе теплоты влажный пар конденсируется при T_s = const. Полученная в процессе теплота рав-разности энтальпий:

q= i₂-i₁ (4.34)

 

Работа процесса подсчитывается по формуле

l= p(v₂ -v₁). (4.35)

.

 

Рис. 4.11. Изотермический процесс водяного пара на Т –s -диаграмме

 

 

Изотермный процесс (рис. 4.11). Внутренняя энергия водяного пара в процессе Т = const не остается постоян­ной (как у идеального газа), так как изменяется ее потенциальная составляю­щая.

Количество полученной в изотерми­ческом процессе теплоты равно

q = T(s₂ — s₁). (4.36)

Работа расширения определяется из первого закона термодинамики:

l = q — Δu (4.37)

 

Величина Δu находится по формуле

.

Рис. 4.12. Адиабатный процесс водяного пара на Т – s - диаграмме

Адиабатный процесс (рис. 4.12).

При адиабатном расширении давление и тем­пература пара уменьшаются и перегре­тый пар становится сначала сухим, а за­тем влажным.

q = 0.

Работа адиабатного про­цесса определяется выражением

 

 

Внутренняя энергия

 

 

.

 

В области перегретого пара k = 1.3, в области влажного пара, включая верхнюю и нижнюю пограничные кривые k = 1,035+0,1 х.