Диаграмма pV для водяного пара

Процесс преобразования в pV диаграмме.

В процессе образования из холодной волы при 0°С перегретого пара отмечают 3 важнейшие стадии:

1. подогрев холодной воды до температуры кипения.

2. парообразование.

3. перегрев пара.

Этим стадиям соответствуют 4 состояния рабочего тела:

1. холодная вода при t=0°С – точки а1,а2,а3.

2. кипящая вода при температуре tn (начало парообразования)- точки b1,b2,b3.

3. сухой насыщенный пар (конец парообразования)- точки с1,с2,с3.

4. перегретый пар- точки d1,d2,d3.

Точки а1,а2,а3, b1,b2,b3, с1,с2,с3 соответствуют различным давлениям, соединяя между собой одноименные точки, характеризующие холодную воду и сухой насыщенный пар, получим в pV- диаграмме кривые I,II,III.

Процесс получения сухого насыщенного пара при постоянном давлении изображается в общем случае графиком abc, а перегретого пара в общем случае abcd, при этом ab- процесс подогрева воды до температуры кипения, bc- процесс парообразования, протекающий одновременно при постоянном давлении и температуре, т.е. процесс bc является изобарным и одновременно изотермическим. сd- процесс перегрева пара при постоянном давлении, но при возрастающей температуре. Между точками b и с находится влажный пар с различными промежуточными значениями степени сухости. Кривая I изображается линией параллельной оси ординат. Если исходить из предположения, что вода не сжимаема и, следовательно, удельный объем воды практически не зависит о давления. Кривую II называют нижней пограничной кривой или кривой жидкости, а кривую III – верхней пограничной кривой или кривой сухого насыщенного пара. Кривая II отделяет на диаграмме область жидкости от области насыщенных паров, а кривая III- область насыщенных от области перегретых паров.

Точки а1,а2,а3, изображающие состояние 1 кг холодной воды при температуре 0°С и разных давлениях располагают практически на одной прямой. Точки b1,b2,b3 с увеличением давления смещаются вправо. Так как при этом соответственно увеличиваются температуры кипения tн, а значит и удельные объемы воды. Точки с1,с2,с3 смещаются влево, так как с увеличением давления удельный объем пара уменьшается, несмотря на возрастание температуры. Из pV диаграммы видно, что с повышением давления точки b1,b2,b3, с1,с2,с3 сближаются, т.е. постепенно уменьшается разность удельных объемов сухого насыщенного пара и кипящей воды (отрезки bс). При некотором объеме, эта разность становится равной 0, т.е. b и с совпадают, а линии II и III сходятся. Точка встречи обеих кривых называется критической точкой и обозначается буквой К. состояние соответствующее точке К называется критическим состоянием.

Параметры водяного пара критического состояния следующие:

tк=374,15°С

Рк=225,65 атм.

Vк=0,00326 /кг.

В критической точке кипящая вода и пар имеют одинаковый параметр состояния, а изменение агрегатного состояния не сопровождается изменением объема, т.е. в критическом состоянии исчезает условная граница, разделяющая эти 2 фазы вещества.

Для величин (параметров) характеризующих различные состояния воды и пара применяют следующие обозначения. Величины:

- относящиеся к холодной воде при 0°С обозначают индексом ноль внизу.

- к кипящей воде отмечают индексом «`» сверху.

- к сухому насыщенному пару, индексом «``» сверху.

- к влажному пару индекс «ВЛ» в низу.

- к перегретому пару индекс «пе» в низу.