Процесс парообразования в pv-координатах

ТЕМА13. ВОДЯНОЙ ПАР

В теплотехнике в качестве рабочих тел применяются вещества, фазовое состояние которых не претерпевает изменений за время рабочего процесса (газы), и вещества, фазовое состояние которых изменяется (жидкая вода - водяной пар). Во втором случае вещест­во, служащее РТ, в жидком состоянии подается в парогенератор, а в парообразном совершает работу.

Рассмотрим процесс парообразования и его основные харак­теристики в координатах pv, Ts, hs.

На рис.13.1 изображен процесс парообразования 1 кг воды в pv-координатах при р = const для водяного пара. Кривой I соответст­вует вода при 0° С, кривой II - вода при температуре кипения (или температуре насыщения) и кривая III- сухой насыщенный пар.

Кривую II называют нижней пограничной кривой, кривую III - верхней пограничной кривой, а точку К, разделяющую обе по­граничные кривые, называют критической.

 

 

Рис. 13.1. рv-диаграмма процесса парообразования

 

Кривые I, II, III делят всю диаграмму на три части:

область между кривыми I и II - жидкость,область между кривыми II и III - смесь кипящей жидкости и па­ра, т.е. влажный насыщенный пар и область правее кривой III - перегретый пар.

Критическая точка К характеризует критическое состояние при котором исчезает различие в свойствах пара и жидкости. Критическая температура является наивысшей температурой жидкости и ее насыщенного пара. При температурах выше критической воз­можно существование только перегретого пара.

Критические параметры водяного пара следующие:

t_kp= 374,15° С; р_kp =22,129 МПа; v_kp = 0,00326 m³кГ.

Возьмем холодную жидкость в состоянии а. Подведем к ней те­плоту q_жи, повышая ее температуру при неизменном давлении, доведем жидкость до кипения (насыщения) - точка b (р_b, T_b, v_b, h_b).Дальнейший подвод теплоты приведет к постепенному испарению всей жидкости - этому моменту будет соответствовать точка со­стояния с (р_с ,Т_с ,v_с ,h_c ). Вещество в этой точке представляет собой сухой насыщенный пар - пар, находящийся в динамическом рав­новесии с водой, с температурой, равной температуре воды.

Линия b-с соответствует состояниям вещества, при которых оно представляет собой смесь частиц жидкости и сухого пара - влажный насыщенный пар. Массовую долю сухого пара в 1 кг влажного пара называют степенью сухости и обозначают через х. Вся энергия, подводимая в виде теплоты к пару в этом процессе, расходуется на преодоление сил сцепления между молекулами и расширение пара, поэтому при постоянном давлении температура влажного пара не изменяется. Количество теплоты, израсходован­ной на превращение 1кг жидкости в пар, называют теплотой паро­образования и обозначают r(площадь под прямой b-с).

В точке с (х=1)вся жидкость превратиться в сухой пар, кото­рый характеризуется крайней неустойчивостью - дальнейший под­вод тепла (q_пер) приводит к перегреву сухого пара в перегретый с соответствующим повышением температуры, а отвод - к переходу сухого пара во влажный без изменения температуры.

Если осуществить аналогичный процесс перевода жидкости в пар при другом давлении, то мы получим другую кривую процес­са а'- b'- с'- d' и т.д.