Цель работы:
1. Изучить параметры состояния водяного пара, их изображение в PV - диаграмме.
2. Экспериментально изучить процесс получения водяного пара.
Общие сведения.
Парообразование - процесс превращения жидкости в пар путём испарения или путём кипения (при некоторой определённой температуре, называемой температурой насыщения, tн, °С, зависящей от давления). При кипении парообразование происходит как со свободной поверхности, так и во всём объёме жидкости. Температура кипения (насыщения) является функцией давления Р, т.е. tн = f (p).
Описание фазовой PV - диаграммы. Пусть 1 кг воды при 0°С и давлении Р занимает удельный объём Vo. Вся кривая AL - зависимость удельного объёма при 0°С от давления, рис. 1.
Рис 4.1. PV - диаграмма процесса парообразования.
Так как вода практически несжимаема, то кривая AL почти параллельна оси ординат.
Линия «а - b » - это процесс нагрева воды при данном давлении от 0°С до tн. Параметры кипящей жидкости (для точки «b» и всех аналогичных точек на линии АК, называемой нижней пограничной кривой - геометрическое
место точек кипящей жидкости при разных давлениях; х = 0) обозначаются со штрихом: q', h', V', S', U'.
Точка А - тройная точка, характеризующая состояние, при котором находится в термодинамическом равновесии пар, вода и лёд.
Параметры тройной точки:
tтp= 0,01°С, Рtр = 611 Па; Vtp = 0,001 м3/кг.
Принято, что в тройной точке s o = 0; ho = 0; Uo = 0.
Количество теплоты, q' (кДж/кг), которые необходимо подвести к 1 кг воды, чтобы при данном давлении нагреть её до Тн, называется теплотой жидкости и определяется по выражению:
q' = h' - h0 = Ср × Тн, где СР - теплоёмкость воды при давлении Р.
Линия «b - с » представляет собой изобарно - изотермический процесс полного превращения в пар 1 кг кипящей воды при данном давлении. В точке «с » имеет место сухой насыщенный пар (х = 1).
|
Линия DК - верхняя пограничная кривая - геометрическое место точек сухого насыщенного пара.
Все параметры сухого насыщенного пара обозначаются с двумя штрихами: q", V", S", U", h".
Количество теплоты, необходимое для полного превращения в пар 1 кг кипящей жидкости при данном давлении называется удельной теплотой парообразования «г », кДж/кг.
Количество теплоты q", необходимое для получения сухого пара (со -
стояние «с») определяется по формуле:
Удельное количество теплоты: q" = q'+r, кДж/кг
Удельная энтальпия сухого пара: h" = h' + г, кДж/кг
Удельная внутренняя энергия: U" = h' -P × V', кДж/кг
Удельная энтальпия: S" = S' + ,
При инженерных расчетах все параметры сухого пара принимаются по таблицам. Между кривыми АК и КD находится область влажного насыщенного пара (х < 1, Тн, Рн). Все параметры влажного пара обозначаются с индексом х: qx, hx, Vx, Sx, Ux. Расчет параметров влажного пара производится по формулам:
qx = q' + rx, кДж/кг;
hx = h'+ rx кДж/кг;
Vx = V"x + (1-х) × V' = V"x м3/кг;
SX = S'+ ,
Верхняя и нижняя пограничные кривые сходятся в точке К, которая называется критической точкой. Она представляет собой конечную точку, при которой возможен фазовый переход жидкости в пар. Выше критической точки двухфазное существование невозможно, т.е. при температурах выше критической (в точке К) никакими давлениями, нельзя перевести пар в жидкость. Параметры критической точки: tK = 374.12 С, Рк = 22.1 мПа, VK=0,003 м3/кг.
|
Выше верхней пограничной кривой КС расположена область перегретого пара. Количество теплоты, сообщаемое на перегрев пара, определяется по формуле:
q ПП= СР × (Т ПП – ТН), кДж/кг.
Общее количество теплоты, затрачиваемое на получение перегретого пара при данном давлении из 1 кг воды при 0°С равно:
q = q' + r + q ПП, кДж/кг