Описание hs-диаграммы
На hs-диаграмме изображены термодинамические процессы:
§ Изобарный процесс (p = const) — фиолетовые линии (изобары),
§ Изотермический процесс (t = const) — зеленые линии (изотермы),
§ Изохорный процесс (v = const) — красные линии (изохоры).
Степень сухости и паросодержание (х) — розовые линии. Жирная розовая линия — степень сухости х =1. Все что ниже этой линии — зона влажного пара.
Ось «Х» — энтропия, ось «h» — энтальпия.
Семейство изобар в области насыщения представляет собой пучок расходящихся прямых, начинающихся на нижней и оканчивающихся на верхней пограничной кривой. Чем больше давление, тем выше лежит соответствующая изобара. Переход изобар из области влажного насыщенного в область перегретого пара происходит без перелома на верхней пограничной кривой.
В i, s-диаграмме водяного пара наносятся также линии постоянного паросодержания (x = const) и линии постоянного удельного объема (v = const). Изохоры идут несколько круче, чем изобары.
Состояние перегретого пара обычно определяется в технике давлением p и температурой t. Точка, изображающая это состояние, находится на пересечении соответствующей изобары и изотермы. Состояние влажного насыщенного пара определяется давлением p и паросодержанием x.
Точка, изображающее это состояние, определяется пересечением изобары и линии x = const.
Критические параметры водяного пара: tкр = 364,150С, vкр = 0, 00326 м3/кг, ркр = 22, 129 МПа.
Как пользоваться hs-диаграммой
Для описания воспользуемся небольшой задачей. Возьмем с потолка условие.
Пусть начальные параметры пара будут: давление пара р = 120 бар, температура пара t = 550°С. Пар адиабатно расширяется в турбине до температуры, например, 400 °С.
Для примера этого будет достаточно.
Адиабатный процесс на hs-диаграмме — это вертикальная линия (горизонтальная линия — дросселирование). Это для справки.
Итак, начальное давление и температура у нас есть. Найдем эту точку на hs-диаграмме:
Нам нужна изобара, соответствующая давлению 120 бар и изотерма, соответствующая температуре 550 °С. На их пересечении и будет точка, соответствующая начальным параметрам пара в нашей задаче.
Найдя эту точку, мы уже можем определить в ней энтальпию и энтропию. Опустив на оси проекции найденной точки, узнаем значения энтальпии (ось «Y») и энтропии (ось «Х»).
i = ~3480 кДж/кг, S = 6,65 кДж/(кг•К)
Далее нам нужно узнать параметры пара после адиабатного расширения. Мы знаем, что по поставленным нами условиям, пар расширился и его температура в точке 2 = 400 °С. Я уже упоминал, что на is-диаграмме адиабатный процесс изображается в виде вертикальной линии. Проведем эту линию из точки 1 (начальные параметры) до пересечения с изотермой 400 °С.
Получена точка 2. Через эту точку проходит изобара. Она соответствует давлению 50 бар. Энтропия у нас не изменилась, так как процесс адиабатный, а вот энтальпия стала равна i = 3200 кДж/кг.
Вот и все. Дальше остаются только расчеты: определение изменения внутренней энергии (Δu), работы (l, l’) и т. д. Все это считается по формулам, а значения и график процесса расширения пара у вас уже есть.