Цель и задачи работы

Введение

Водяной пар, широко используемый в теплотехнике в качестве рабочего вещества, относится к реальным газам. В реальных газах, в отличие от идеальных, заметно влияние сил взаимодействия между молекулами. Известные уравнения состояния для водяного пара и для воды достаточно сложны, что инженерами непосредственно не используются, а в практике инженерных теплотехнических расчетов применяются таблицы и диаграммы воды и водяного пара, составленные по этим уравнениям.

Выполнение настоящей работы позволит студентам научиться определять по таблицам воды и водяного пара их термодинамические параметры.

Цель и задачи работы

Целью работы является ознакомление студентов с методикой определения параметров воды и водяного пара (реального газа) по таблицам. При этом решаются следующие задачи:

а) изучаются таблицы воды и водяного пара;

б) определяются параметры реального газа;

в) строится по найденным параметрам Т -s-диаграмма.

2. Основные сведения о таблицах воды и водяного пара

При подводе теплоты к воде ее температура повышается и достигает температуры кипения (насыщения) t_S. Вода при температуре насыщения называется кипящей. При интенсивном подводе теплоты к кипящей воде, как правило, наблюдается бурное парообразование по всему объему жидкости.

Когда последняя капля воды превращается в пар, то весь объем оказывается заполненным только паром. Такой пар называется сухим насыщенным. Двухфазная среда кипящей воды и насыщенного пара называется влажным паром или мокрым паром.

Процесс кипения (парообразования) происходит при постоянном давлении (давление насыщения р_S) и при постоянной температуре (температура насыщения t_S). Такой процесс называется изобарно-изотермическим. Массовая доля сухого пара во влажном паре называется степенью сухости пара и обозначается буквой х. При х = 0 в рассматриваемом объеме находится только кипящая вода, а при х = 1 в рассматриваемом объеме находится только сухой насыщенный пар (рис. 1).

При дальнейшем подводе теплоты к сухому насыщенному пару он становится перегретым. Перегрев пара может осуществляться по любому термодинамическому процессу, но в практике наиболее часто процесс перегрева водяного пара осуществляют по изобаре (при р = cоnst).

У воды и водяного пара, как и у любого другого вещества, есть критическое состояние, которое характеризуется критическими параметрами в точке К: температура t_S = t_КР = 374,15 ^ОС; критическое давление р_S = р_КР = 22,129 МПа; удельный объем u_КР = 0,0326 м³/кг; удельная энтальпия h_КР = 2035,2 кДж/кг; удельная энтропия s_КР = 4,4237 кДж/(кг×К). В этом состоянии исчезает различие в свойствах пара и воды. При температурах выше критической t_КР возможно сосуществование только перегретого пара.

Наименьшим давлением, при котором еще возможно равновесие кипящей воды и насыщенного пара, является давление, соответствующее тройной точке, – то состояние, в котором могут одновременно находится в равновесии пар, вода и лед.

Для определения параметров воды и водяного пара используют «Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара» [1, 2] включающие в себя три вида таблиц:

1) термодинамические свойства воды и водяного пара (по температурам) в состоянии насыщения (табл. П1);

2) термодинамические свойства воды и водяного пара (по давлениям) в состоянии насыщения (табл. П2);

3) термодинамические свойства воды и перегретого пара (табл. П3).

По заданным термическим параметрам (температуре насыщения t_S или давлению насыщения р_S) с помощью первых двух таблиц можно определить термодинамические параметры кипящей воды и сухого насыщенного пара. Параметры точек, находящихся на кривой х = 0, обозначаются буквами с одним штрихом. Параметры точек, находящихся на кривой х = 1, обозначаются буквами с двумя штрихами (см. рис. 1).

Рис. 1. Т - s -диаграмма воды и водяного пара: х = 0 – линия кипящей жидкости; х = 1 – линия сухого насыщенного пара; К – критическая точка; х – степень сухости пара

По известной степени сухости сухого пара х = const с использованием первых двух таблиц можно рассчитать параметры влажного пара (область влажного пара на рис. 1) по следующим формулам.

Удельный объем u, м³/кг:

u = u" x + u' (1 – x).

Удельную энтальпию h, кДж/кг:

h = h " x + h ' (1 – x).

Удельную энтропию s, кДж/(кг×К):

s = s " x + s ' (1 – x).

Третья таблица предназначена для определения параметров недогретой воды и перегретого пара в областях жидкости и перегретого пара (см. рис. 1). В таблице эти области отделены жирной горизонтальной чертой. Параметры состояния воды или перегретого пара определяются по известным значениям давления и температуры. Сокращенный вариант таблицы приведен в табл. П3.