ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ИСТЕЧЕНИЕ И ДРОССЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОВ И ПАРОВ Водяной пар из "Техническая термодинамика и тепловые двигатели " Рассматривается водяной пар, так как он наиболее распространен. Однако ряд положений, устанавливаемых ниже, относится не только к водяному пару, но и к пару любой другой жидкости. [c.64] Насыщенный пар. Пусть в цилиндре под поршнем находится 1 кг воды при температуре 0,01° С, или приближенно 0° С и давлении р . Объем, занимаемый ею, обозначим с о. Рассматриваемое состояние жидкости изобразится в ру-диаграмме некоторой точкой О (рис. 1.22). Если, сохраняя постоянное давление р , подводить к жидкости тепло, то температура и объем ее будут расти и, когда они достигнут определенных значений, жидкость начнет кипеть. [c.64] Температура кипения жидкости и удельный объем кипящей жидкости V зависят от давления, под которым происходит кипение, и они тем больше, чем выше давление. Состояние кипящей жидкости изобразится на рис. 1.22 точкой /, а изобарный процесс подогрева жидкости от температуры 0 С до точки кипения при постоянном давлении р — линией 0—1. [c.64] По мере подвода тепла к кипящей жидкости при неизменном давлении происходит ее испарение и соответственно перемещение поршня в цилиндре. Если после испарения части жидкости прекратить подвод тепла и исключить охлаждение цилиндра, то образовавшийся пар и кипящая жидкость будут находиться в динамическом равновесии, т. е. число молекул, переходящих из жидкости в пар, будет равно числу молекул, переходящих из пара в жидкость. Из этого следует, что в заданном объеме пара может содерлоться строго определенное число молекул. Пар насыщает предоставленный объем. Поскольку пар находится вместе с жидкостью, он называется влажным насыщенным паром. [c.64] Жидкость и пар во влажном насыщенном паре не обязательно должны быть разделены поверхностью раздела. Частицы жидкости могут находиться в паре во взвешенном состоянии. Именно такой пар в технике называется влажным насыщенным паром или просто влажным паром. [c.64] Подводя тепло при постоянном давлении, будем продолжать испарение жидкости. Когда процесс испарения завершится, получим сухой насыщенный или просто сухой пар. Таким образом, при испарении образуется влажный пар различных состояний, содержащий все меньше жидкости, вплоть до полного ее испарения. [c.64] Весь процесс испарения жидкости при постоянном давлении происходит при постоянной температуре называемой температурой насыщения. [c.64] Процесс превращения кипящей жидкости в сухой пар при постоянном давлении р изображен на рис. 1.22 линией 1—2 точка 1 — кипящая жидкость точка 2 — сухой пар промежуточные точки — влажный пар различных состояний. [c.64] Перегретый пар. Если сухой насьшд,енный пар нагревать при постоянном давлении, температура его будет превышать температуру насыщения и может достигнуть самых различных значений в зависимости от степени нагрева. Вместе с температурой будет расти при неизменном давлении и удельный объем пара — и тем больше, чем выше нагрев. Это значит, что одно и то же число молекул 1 кг пара будет в зависимости от температуры занимать при постоянном давлении различные объемы. Следовательно, в некотором определенном объеме при одном и том же давлении в зависимости от температуры будет находиться различное число молекул, т. е. такой пар не будет насыщать предоставленное пространство. Он называется перегретым паром. Итак, перегретым называется пар, имеющий температуру i — большую, чем сухой насыщенный пар при одинаковом давлении. На рисунке точка 3 изображает некоторое состояние перегретого пара давлением р линия 2—3 — изобарный процесс перегрева пара линия О—3 — процесс получения перегретого пара определенного состояния из жидкости, имеющей температуру 0° С, при постоянном давлении р . [c.65] Состояние сухого насыщенного пара изобразится точкой 2, лежащей левее точки 2, так как удельный объем сухого пара уменьшается с ростом давления. [c.66] Состояние перегретого пара изобразится точкой, лежащей правее точки 2, например точкой 3, которая может находиться правее и левее точки 3 в зависимости от температуры перегретого пара. Если далее построить точки О , 1 , 2 , 3 , соответствующие более высокому давлению р , и подобные точки для еще более высоких давлений, а также для давлений ниже Рх и затем соединить отдельными линиями точки О, О, О ,. . ., точки 1, Г, / . и точки 2, 2, 2 .то получатся линии АС и АКВ. [c.66] Точки линии АС изображают состояния жидкости, имеющей температуру 0° С и различные давления, т. е. линия АС представляет собой изотерму 0° С. Но, как показывает опыт, жидкость, имея температуру 0° С, кипит, если находится под абсолютным давлением ро = 0,006108 бар (0,006228 кгс/см ). Поэтому точка А характеризует кипящую жидкость при температуре 0° С и принадлежит как линии АС, так и линии АК, каждая точка которой изображает кипящую жидкость при определенном давлении. Точки линии В К изображают сухой насыщенный пар при различном давлении, а значит, и различной температуре насыщения. Линия АКВ называется пограничной кривой, АК — нижней пограничной кривой, ВК — верхней пограничной кривой. Точка К, в которой сходятся линии АК и ВК, называется критической, а параметры в этой точке — критическими. Значения критических параметров водяного пара следующие критическая температура tкp = 374,12° С абсолютное критическое давление р р = 221,15 бар (225,51 кгс/см ) критический удельный объем 1 р = 0,003147 м= /кг. [c.66] Соединяя на рис. 1.22 горизонтальными линиями точки 1 и 2, I и 2 и т. д., получаем отрезки изобар и одновременно изотерм, по которым происходит переход кипящей жидкости в сухой насыщенный пар. Если продолжить эти отрезки изотерм в области левее линии А К и правее линии КВ, а также провести изотерму через критическую точку (критическую изотерму tf p) И изотермы, соответствующие температурам выше критической, то получится картина, изображенная на рис. 1.22 и представляющая собой /зи-диаграмму водяного пара. [c.66] Проведя в диаграмме изобару через критическую точку (критическую изобару Ркр), можно диаграмму разбить на следующие области область левее линии А К под изобарой р р — область, каждая точка которой изображает состояние некипящей жидкости область внутри пограничной кривой, где точки изображают различные состояния влажного пара область правее линии ВК под изобарой р р — область, точки которой изображают различные состояния перегретого пара область, расположенную выше критической изобары, включая эту изобару. Последнюю область нужно рассмотреть особо, поскольку вышеизложенные процессы изобарного перехода жидкости в пар относились к докритическому давлению. [c.66] Когда жидкость подогревается при критическом давлении, то она полностью испаряется минуя область насыщения. Дальнейший изобарный подогрев превраидает пар в перегретый с температурой выше критической. [c.67] Если подогрев вести при сверхкритическом давлении, то в течение всего процесса нельзя заметить ни одного момента, когда происходило бы кипение и испарение жидкости, как это имеет место при докритическом давлении. Физические параметры вещества (удельный объем, энтальпия, энтропия и др.) меняются непрерывно. Поэтому здесь трудно было бы протввопоставить понятия жидкость и пар. Однако если взять такие величины, как теплоемкости Ср и с , коэффициенты объемного расширения и другие первые производные от физических параметров по температуре и давлению, то можно видеть, что они, изменяясь, проходят через максимумы. Это означает, что в области максимумов имеет место резкое изменение свойств вещества, определенная перестройка его структуры, переход вещества из одной фазы — сверхкритической жидкости — в другую фазу — сверхкритический перегретый пар. Вопрос о границе между этими фазами в виде линии, узкой области или определенным образом расположенной полосы в настоящее время нельзя считать окончательно решенным. Часто за границу раздела принимают критическую изотерму. [c.67] Сжижение перегретого пара (газа). Рассмотрим с помощью рис. 1.22 процессы сжижения перегретого пара. Излагаемое относится и к сжижению газа, поскольку принципиальной разницы между перегретым паром и газом не существует. Газообразное вещество, имеющее настолько высокую критическую температуру, что вблизи обычных температур оно может находиться как в газообразном, так и в жидком или твердом состояниях, называется перегретым паром в противном случае — газом. [c.67] Сжижение перегретого пара (газа), имеющего температуру и давление ниже критических, например в точке /1, возможно осуществить по изобаре или изотерме. При изобарном процессе за счет отвода тепла перегретый пар переводится сначала в сухой пар — точка 2, затем в кипящую жидкость — точка V — и, наконец, в некипящую жидкость — например, точка О. В изотермическом процессе пар сжимается с отводом тепла до состояния сухого насыщенного пара в точке 2 . Процесс этот сопровождается ростом давления — линия /1—2 . Дальнейшее сжатие с отводом тепла вызывает конденсацию пара. Процесс этот идет при постоянных температуре и давлении — линия 2 —1 . Последующее изотермическое повышение давления переводит жидкость в состояние некипящей жидкости, изображаемой, например, точкой гпу — линия 1 — /п . [c.67] Сжижение перегретого пара (газа) с температурой, равной критической температуре или выше ее, при давлении ниже критического, например в состояниях /2 и /з, также можно осуществить по изобаре, и этот процесс сжижения не отличается от описанного выше. Изотермический же процесс может привести к сжижению только тогда, когда конечное состояние вещества в процессе сжатия окажется в области сверхкритической жидкости. Желая получить жидкость с докритическими параметрами, следует после изотермического сжатия, например до точек и п , произвести сжатие по изобаре до нужной температуры, например в точке (процессы — 1). [c.67] После этого необходимо изотермическое понижение давления до заданного значения, например в точке та (процесс п- — т ). Таким образом, весь процесс сжижения перегретого пара (газа) из состояния /2 изобразится линией /2— 2— 1—т , а из состояния /3 — линией /3 — 3——/ 2. В каждом из этих процессов от тела отводится тепло. [c.67] Вернуться к основной статье