ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Водяной пар из "Теплотехника " Ранее было указано, что законы идеальных газов нельзя распространить на рабочие тела, состояние которых не очень удалено от жидкой фазы. [c.99] Слагаемым ajv в первом множителе учитывается влияние сил взаимодействия молекул, во втором множителе вычитаемым Ь учитывается влияние объема молекул (поскольку в идеальном газе, для которого и справедливо уравнение состояния Клапейрона, объем молекул полагается равным нулю). Легко видеть, что применительно к идеальному газу это уравнение принимает вид уравнения состояния Клапейрона. Действительно, поскольку идеальный газ характеризуется отсутствием сил взаимодействия молекул (т.е. a v = Q) и их нулевым объемом (т. е. Ь = = 0), уравнение (10-1) принимает вид pv=RT. [c.99] Практически пользоваться уравнением Ван-дер-Ваальса нельзя, так как оно дает результаты, недостаточно точные для нужд современной паро-техники. Наиболее точным является в настоящее время уравнение состояния реальных газов, разработанное М. П. Вукаловичем и Н. И. Новиковым применительно в основном к водяному пару. Вывод этого уравнения основан на предположении наличия в реальных газах ассоциаций молекул, механически объединенных в двойные, тройные и более сложные комплексы, образующиеся в результате взаимодействия между ними. Для этого уравнения характерно близкое совпадение результатов расчетов с опытными данными. Однако для практических целей пользование этим, как и другими уравнениями состояния реального газа, неудобно вследствие сложности их и необходимости выполнения трудоемких вычислений. Обычно пользуются готовыми данными, которые берут из таблиц водяного пара или из диаграммы s—i водяного пара. [c.99] Для правильного представления о процессах изменения состояния пара рассмотрению способов пользования табличными данными и диаграммой S—i необходимо предпослать рассмотрение процесса парообразования и отдельных процессов изменения состояния воды и водяного пара. [c.99] Водяной пар получают в паровых котлах, различных по конструкции и производительности. Процесс парообразования в котлах обычно происходит при постоянном давлении, т.е. при p= onst. [c.99] Воду можно принять с очень небольшой погрешностью за несжимаемую жидкость. Поэтому если на оси объемов диаграммы v—р отложить в масштабе объем, равный 0,001 м , то вследствие почти полной неизменности этого объема при изменении величины оказываемого на воду давления соответствующий процесс можно отобразить почти вертикальной прямой а—а, проходящей от вертикальной оси на расстоянии, соответствующем 0,001 м . Эта прямая, таким образом, является практически изохорой. [c.100] Начнем постепенно, сохраняя неизменным давление ри нагревать воду, не снимая с нее поршня и груза. Температура ее при этом будет повышаться, а объем незначительно возрастать. При некоторой температуре н1 вода закипит. Обозначим занимаемый ею при этом объем через v (см. рис. 10-1,6). Сколько бы мы дальше не сообщали воде тепла температура кипящей воды не изменится. Температуру называют температурой кипения. Если бы на поверхность нагреваемой воды положить поршень с другим грузом, то она закипела бы при иной температуре, которая оставалась бы неизменной, пока не выкипела бы вся вода. Из сказанного следует, что данному давлению соответствует единственная и вполне определенная температура кипения воды. [c.100] Обе фазы — жидкая и газообразная—в каждый данный момент находятся во взаимном равновесии. Это означает, что жидкой фазой поглощается такое же количество подлетающих к ней молекул газообразной фазы, какое переходит из жидкой фазы в газообразную. [c.101] находящийся в равновесии с жидкостью, из которой он образуется, называют насыщенным паром если он не содержит жидкой фазы, его называют сухим насыщенным (точки v и т.д. на рис. 10-2) если же он содержит в себе и жидкую фазу в виде мелкодисперсных частиц, то его называют влажным насыщен и ы м и просто н а с ы ще н н ы м паром. [c.101] Процесс парообразования сопровождается существенным увеличением объема, занимаемого рабочим телом, и неизменностью температуры и давления. Следовательно, процесс парообразования является одновременно изобарным и изотермическим. [c.101] Обозначим объем пара, соответствующий концу парообразования, через v (см. рис. 10-1, а) и отложим этот объем от начала координат на диаграмме v—р на продолжении прямой линии а —и/. Разность v —v представляет собой приращение удельного объема рабочего тела в процессе парообразования, а соответствующий отрезок на рис. 10-2 отображает процесс парообразования. [c.101] Чтобы судить о содержании во влажном паре воды и сухого насыщенного пара, в термодинамике применяют понятие о степени сухости или просто сухости пара. Под степенью сухости (сухостью) пара понимают массу сухого пара, содержащегося в единице массы влажного пара, т. е паро-водяной смеси. Степень сухости пара обозначают буквой X и она выражает долю сухого насыщенного пара во влажном паре. Очевидно, величина 1—х представляет собой массу воды в единице массы паро-водяной смеси. Эту величину называют влажностью пара. Сообразно с этими понятиями началу кипения воды соответствует степень сухости пара, равная О, и влажность пара, равная 1, и, наоборот, завершению процесса парообразования, т. е. состоянию сухого насыщенного пара соответствует степень сухости пара, равная 1, и влажность пара, равная 0. Таким образом, по мере парообразования величина степени сухости пара возрастет от О до 1, а влажность пара уменьшается от 1 до 0. [c.101] Продолжим рассмотрение процесса. Если сухому насыщенному пару, занимающему в сосуде объем v , продолжать сообщать тепло, то при неизменном давлении температура его и объем будут возрастать. Повышение температуры пара сверх температуры насыщения называют перегревом пара. Перегрев пара определяется разностью температур перегретого и насыщенного пара, т. е. величиной At = t— hi. На рис. 10-1, г показано положение поршня, при котором пар перегрет до температуры, которой соответствует удельный объем V[. [c.101] На диаграмме v—р (см. рис. 10-2) процесс перегрева пара отображается отрезком vx —0 . [c.101] Если повторить полностью рассмотренный опыт несколько раз при разных давлениях, т.е. начиная его от состояний, отображаемых на диаграмме точками йо, аз и т.д., расположенными на линии а—а, являющейся для воды в то же время и изотермой (поскольку во всех случаях процесс начинается от одной и той же температуры, равной 0°С), то можно обнаружить, что характер изменения состояния рабочего тела будет таким же, как и в рассмотренном выше случае. Наряду с этим, однако, можно будет заметить следующие особенности. [c.102] С увеличением давления повышается температура начала парообразования. На рис. 10-2 температура кипения /,,з при давлении рз выше, чем температура / 2, соответствующая давлению ръ а эта температура tiio. выше температуры /нь соответствующей давлению Р. Каждому давлению пара при этом соответствует строго определенная температура насыщения. [c.102] Если на диаграмме v—р нанести точки, отображающие начало процесса кипения воды при различных давлениях, и соединить эти точки между собой, го получим кривую линию, называемую нижней пограничной кривой. Из способа построения этой кривой следует, что она представляет собой геометрическое место точек, отображающих на диаграмме v—р состояния начала кипения воды при различных давлениях. На рис. 10-2 нижняя пограничная кривая проходит через точки и/, Vi, V3 и К (через v в термодинамике обозначают удельный объем кипящей воды). [c.102] Соединив точки, отображающие конец процесса парообразования при различных давлениях, можно получить линию, называемую верхней пограничной кривой и представляющую собой геометрическое место точек, отображающих состояния сухого насыщенного пара при различных давлениях. На рис. 10-2 кривая сухого насыщенного пара проходит через точки Vi , и К (через v в термодинамике обозначают удельный объем сухого насыщенного пара). Обе пограничные кривые сходятся в точке К, носящей название критической. Свойства этой точки будут рассмотрены несколько позже. [c.102] Из определения указанных выше кривых следует, что нижняя пограничная кривая отделяет на диаграмме v—р область жидкого состояния воды от области, где вода находится в двухфазном состоянии (в виде влажного пара) между двумя кривыми заключена область, в которой рабочее тело находится в виде влажного пара наконец, кривая сухого насыщенного пара отделяет область влажного пара от области перегретого. пара. [c.102] Из рис. 10-2 и приведенных выше пояснений можно заключить, что критическая температура соответствует максимальной температуре жидкости и ее насыщенного пара. При более высокой температуре рабочее тело может быть только в виде перегретого пара. [c.103] Вернуться к основной статье