Сначала рассмотрим параметры для воды. Удельный объём воды при 00С и любом давлении равен = 0,001 м3/кг, следовательно, плотность воды в этих состояниях будет равен кг/м3. Для всех остальных параметров состояние воды при 00С и при не очень высоких давлениях внутренняя энергия, энтропия и энтальпия равны нулю, то есть .
Буквы, обозначающие параметры жидкости, имеют индекс штрих (/), а нижний индекс указывает, что температура воды 00С. Значения параметров воды при других температурах определяют по таблицам Ривкина. В таблицах термодинамических свойств воды у Ривкина имеются три таблицы: таблицы I и IIотносятся к насыщенному пару. Разница между этими двумя таблицами состоит в том, они построены по разным независимым переменным: таблица I построена по параметру температура, а таблица II ― по параметру давление.
Во втором вертикальном столбце таблицы I стоят значения давления насыщения, то есть того давления, при котором вода при данной температуре начинает превращаться в пар.
Например, для воды при 600С процесс парообразования начнётся, если давление воды будет 0,02МПа. Для воды при температуре 1250С процесс парообразования начнётся, если давление будет 0,232 МПа.
|
|
Во втором столбце таблицы II указаны значения температуры кипения (насыщения), то есть температуры при которой начинается кипение, если вода находится при соответствующем ей давлении, значение которого находится в первом столбце.
Температура сухого насыщенного пара однозначно определяется его давлением и наоборот. Значения параметров такого пара обозначаются двумя штрихами. Буквой r обозначается скрытая теплота парообразования, или теплота фазового перехода, то есть количество тепла, необходимое для превращения воды, нагретой до температуры насыщения при данном давлении, в сухой насыщенный пар.
Когда к жидкости, находящейся в состоянии кипения, подводится при постоянном давлении количество тепла, равное скрытой теплоте парообразования, это не вызывает увеличения температуры. Подведённое количество тепла в этом случае идёт на преодоление сил сцепления между молекулами и на работу расширения.
Обозначим r=d+w, где d называется внутренней теплотой парообразования. Это то количество тепла, которое идёт на преодоление сил сцепления между молекулами жидкости; w ― это работа, производимая при увеличении объёма во время перехода из состояния жидкости в состояние сухого насыщенного пара, и называется внешней теплотой парообразования.
Значение внутренней энергии сухого насыщенного пара можно получить из уравнения u+pv=h. Тогда u//=h//-pv//. Здесь все величины, стоящие в правой части уравнения известны и могут быть взяты из таблиц Ривкина.
|
|
Мы уже знаем, что влажный насыщенный пар представляет собой смесь кипящей воды и сухого насыщенного пара. Объём v 1 кг влажного пара состоит из объёма х кг сухого пара и (1-х) кг воды, где х – массовая доля сухого пара, содержащегося во влажном паре; (1-х) ― массовая доля воды во влажном паре. Так как удельный объём сухого пара v/ /, а удельный объём кипящей воды v /, то удельный объём влажного пара составит: v=v//x+v/(1-x).Величинаv/(1-x) частооказывается очень малой по сравнению с v//x, поэтому для влажного пара приближённо, но достаточно точно для большинства технически важных расчётов можно принять: v=v//x.
Из сказанного видно, что удельный объём влажного пара меньше удельного объёма сухого пара. Внутренняя энергия влажного пара находится по уравнению:
u=h-pv, где все величины относятся к тому состоянию влажного пара, для которого определяется внутренняя энергия u.
Перегретый пар по своим свойствам соответствует идеальному газу в том смысле, что его состояние определяется, если заданы два параметра: давление и температура и сильно отличается от свойств насыщенного пара. Чем выше температура перегретого пара и чем ниже его давление, тем меньше отклоняется перегретый пар от свойств идеального газа. При высоких давлениях и при температурах, близких к состоянию насыщения, перегретый пар будет значительно отклоняться от свойств идеального газа.
Однако удельный объём перегретого пара при заданных давлении и температуры не может быть найден по уравнению идеального газа. Для водяного пара было предложено большое число характеристических уравнений (то есть уравнений состояния). При этом чем точнее какое-либо из них описывает определённые экспериментально свойства водяного пара, тем оно более сложно и менее удобно для расчётов. Поэтому для вычисления удельного объёма и других параметров перегретого пара удобнее всего пользоваться таблицами, составленными по экспериментальным данным с использованием уравнения состояния, например, таблицами по Ривкину.
Количество теплоты, которое подводится к 1 кг сухого насыщенного пара при превращении его в перегретый, называется теплотой перегрева и обозначается qпе. Эту теплоту можно найти их уравнения: qпе=сpm(t-tн), где:
t ― температура перегретого пара;
сpm ― средняя массовая изобарная теплоёмкость перегретого пара.
Теплоёмкость перегретого пара сpm зависит от давления и температуры.