2020-06-08
172
На vp-диаграмме (рис.8.2.):
линия 1k – нижняя пограничная кривая (НПК), разделяет жидкую фазу вещества слева и двухфазное состояние (жидкость-пар) справа, в каждой точке НПК – начало кипения жидкости;
линия 2k – верхняя пограничная кривая (ВПК), разделяет двухфазное состояние и паровую (газовую) фазу.
С ростом p удельные объемы v
Рис.8.2 (плотности r) жидкости и газа сближаются;
точка k – критическая точка, в которой исчезает различие между
жидкой и газовой фазами, параметры в этой точке (рк, Тк, vк) назы-
ваются критическими.
Уравнение Ван-дер-Ваальса – уравнение третьей степени относи-
тельно v имеет при различных p и T либо один, либо три разных или равных по величине вещественных корня. В соответствии с этим качественно различимы изотермы Ван-дер-Ваальса.
· При T > Tк уравнение имеет один вещественный корень и два мнимых, изотермы имеют вид гипербол.
· При T = Tк критическая точка к является точкой перегиба изотермы Tк = const; все три корня вещественные, равные друг другу.
|
|
|
· При T < Tк уравнение имеет три разных по величине вещественных корня, на изотермах появляются волнообразные участки с минимумом (точка е) и максимумом (точка d). На этих участках состояние вещества ограниченно устойчивое (метастабильное), характерное только для тщательно очищенных веществ. Реальные изотермы в этой области являются прямыми, параллельными оси v, совпадающими с изобарой, например прямая ас (изобара-изотерма).
В уравнении Ван-дер-Ваальса коэффициенты а, b и индивидуальная газовая постоянная R определяются по критическим параметрам:
; 
; 
. (8.3)
Коэффициент сжимаемости в критической точке
.
Таблица 8.1
Критические параметры веществ
| Вещество | H2O | N2 | 02 | Н2 | СО | СО2 |
| рК, МПа | 22.060 | 3,400 | 5.043 | 1,320 | 3,500 | 7,383 |
| ТK, К | 647.10 | 126,20 | 154,58 | 32,20 | 132,90 | 304,20 |
| vK ×103, м3/кг | 3,060 | 3,194 | 2.300 | 33,500 | 3,325 | 2,136 |
| ZK | 0,229 | 0,290 | 0,290 | 0,320 | 0,295 | 0,274 |
Подстановка выражений a, b, R в уравнение Ван-дер-Ваальса да-ет уравнение в безразмерном виде:
, (8.4)
где p; j; t – соответственно приведенные давление, удельный объем, температура; p = p/pк; j = v/vк; t = T/Tк.
Водяной пар: понятие о водяном паре; процессы производства водяного пара; функции состояния жидкости и пара, их графическое описание в s-T и s-h координатах, термодинамические процессы с водяным паром.
На vp-диаграмме (рис.4.3):
точка а – жидкость при 0 ° C;
ab – процесс нагревания жидкости при p=const до температуры кипения (сопровождается испарением – парообразованием с поверхности); точка b – начало кипения; bc – изобарно-изотермический процесс па-рообразования с потреблением теплоты при кипении (паро- Рис. 8.3 образование во всем объеме). В каждой точке динамическое равновесие – парообразование компенсируется конденсацией (конденсация – процесс превращения пара в жидкость с выделением теплоты). Состояние пара – влажный насыщенный пар (ВНП) при давлении насыщения ps и температуре насыщения Ts.
|
|
|
ВНП – механическая смесь образовавшегося сухого насыщенного пара (СНП) с жидкой фазой. x – степень сухости – отношение массы СНП к массе ВНП; 0 
x 
1 (x=0 – начало кипения, x=1 – только СНП);
(1-x) – степень влажности – отношение массы жидкой фазы к массе ВНП;
r, Дж/кг - скрытая теплота парообразования – количество теплоты, необходимое для полного превращения 1 кг кипящей жидкости в СНП. 
, где r - внутренняя теплота парообразования (изменение внутренней потенциальной энергии); y - внешняя теплота парообразования (работа расширения ВНП), y ~ пл. bobccobo (см. рис 8.3);
точка c – СНП; cd – изобарный перегрев пара (степень перегрева–
разность температур перегретого пара (ПП) и СНП при p=const), т.е.
(
); cd¢ - изотермический перегрев пара (степень перегрева (
).
Обозначения параметров и функций жидкости и пара:
жидкость при 0°C: 
, 
, 
, 
.
жидкость в начале кипения: 
, 
, 
, 
.
ВНП: 
, 
, 
, 
.
СНП: 
, 
, 
, 
.
ПП: 
, 
, 
, 
.
При увеличении 
возрастают 
и незначительно 
и уменьшаются 
и 
.
Линия To=const – жидкость при 0°C.
Линия x=0 –нижняя пограничная кривая (НПК), соответствует состоянию жидкости в начале кипения.
Линия x=1 – верхняя пограничная кривая (ВПК) – СНП.
На пересечении линий To=const и x=0 (НПК) находится тройная точка (А) воды, обозначающая трехфазное состояние (твердое – лед, жидкое, парообразное).
Параметры точки А: p=610 Па; t=0°C; v=0,001м3/кг.
На пересечении линий НПК и ВПК находится точка k – критическая точка, в которой исчезает различие между жидкой и газовой фазами. В точке k теплота парообразования r =0.
Параметры в точке k: pк=22,06 МПа; Tk=374,1 °C; vк=0,00306 м3/кг.
