Водяной пар и основные процессы водяного пара
Водяной пар, как рабочее тело, широко используется в паровых турбинах, паровых поршневых машинах, а также и для различных технологических нужд.
Паром называется реальный газ, близкий к состоянию насыщения, т.е. к превращению в жидкость.
Парообразование осуществляется в результате процессов испарения и кипения.
Испарение - процесс образования пара, происходящий с поверхности жидкости при любой температуре.
Кипение – процесс образования пара по всей массе жидкости (у стенок, внутри объёма) при температуре кипения, которое зависит от природы жидкости и давления среды.
Различают следующие виды пара:
- Насыщенный (насыщенным паром называют пар, находящийся в равновесии с жидкостью, из которой он образуется, и имеющий максимальную плотность и упругость).
Насыщенный пар может быть сухой – насыщенный пар, который получается при полном испарении жидкости, и влажный – насыщенный пар, который получается при неполном испарении жидкости и представляет собой смесь сухого насыщенного пара с капельками жидкости, взвешенными в паре.
- Перегретый пар – получается при повышении температуры выше температуры насыщения того же давления. Чем больше степень перегрева, т.е. разница между действительной температурой пара и температурой насыщения Ts, тем больше по своим термическим свойствам перегретый пар приближается к идеальному газу.
Для характеристики пара используют:
Степень сухости (х) – доля массы сухого насыщенного пара в 1 кг влажного пара.
Степень влажности (1-х) – для массы жидкости в 1 кг влажного пара.
Теплота парообразования( или скрытая теплота) «r» - есть количество теплоты, которое необходимо сообщить при постоянном давлении нагретой до кипения 1 кг жидкости для её превращения в сухой насыщенный пар.
И, наоборот, для превращения 1 кг сухого насыщенного пара в кипящую жидкость того же давления, необходимо отвести от пара теплоту, равную теплоте парообразования.
В случаях приближения пара к насыщенному состоянию связь между параметрами состояния становится очень сложной и расчёт параметров производится по сложным формулам. Если высокая точность не требуется, то расчёты параметров для большинства термодинамических процессов ведутся с применением hs-диаграммы.
В литературе имеются специальные термодинамические таблицы и диаграммы состояния, наглядно отражающие свойства жидкостей и газов. Ниже приведена структурная схема построения pv-, Ts- и hs - диаграмм состояния водяного пара, имеющих наибольшее распространение в теплоэнергетике.
Как правило, эти диаграммы расположены в первом квадранте координатной плоскости, где любая произвольная точка Аi, взятая в рабочем поле, соответствует некоторому термодинамическому состоянию воды и водяного пара. Процесс парообразования изобарно – изотермический, происходит при постоянных давлении и температуре.
Проанализируем процесс парообразования, который происходит при давлении, обозначим это давление pi = const. Этот процесс на pv-, Ts - и hs - диаграммах изображен линией ai-bi-ci-di, проходящей через точку Аi (рис. 2.3). На указанных диаграммах эти изобары условно можно делить на участки, каждому из которых характерно сугубо определенное термодинамическое состояние воды и пара:
- ai-bi - зона жидкой фазы, соответствует подогреву воды от 0оС до температуры кипения (насыщения) ts при pi = const;
- bi-ci - двухфазная зона, соответствует превращению кипящей воды в сухой насыщенный пар при pi = const;
- ci-di - зона перегретого пара при pi = const.
На участке bi-ci соотношение фаз (воды и пара) претерпевает изменение по изобаре от точки к точке, для количественной оценки которого используется степень сухости пара х (0 ≤ х ≤ 1), численно равная массовой доле пара в этой двухфазной среде. Степень сухости пара в точке bi: x = 0, в точке сi: x = 1.
При анализе процессов образования пара вводятся обозначения:
а) | б) |
Рис. 2.3
Учитывая, что влажный пар содержит смесь сухого насыщенного пара с капельками взвешенный жидкости, то степень сухости влажного пара определяется:
(2.10)
где - масса жидкости; - масса сухого пара в 1 кг влажного пара.
На pv - диаграмме представлены (рис. 2.3, а):
- р, v - давление Па, удельный объем м3/кг;
- vo - удельный объем воды при t = 0 oC;
- - удельный объем воды при ts и pi = const;
- - удельный объем сухого насыщенного пара при ts и pi = const;
- - удельный объем влажного пара, соответствующего состоянию в точке Аi,
- хАi - степень сухости пара, соответствующая состоянию пара в точке Аi;
На Ts- и hs - диаграммах представлены (Рис. 2.3, б и 2.3, в):
- T – температура К; h – удельная энтальпия, Дж/кг; s - удельная энтропия Дж/(кгּК);
- h’i – удельная энтальпия воды при ts и при давлении pi;
- h’’i – удельная энтальпия сухого насыщенного пара при ts и при давлении pi;
- so - удельная энтропия воды при температуре 0оС и при давлении pi t;
- - удельная энтропия воды при ts и при давлении pit;
- - удельная энтропия сухого насыщенного пара при ts и при давлении p;
- sA = - удельная энтальпия влажного пара, соответствующая состоянию в точке Ai,
- - удельная энтропия влажного пара, соответствующего состоянию в точке Аi.
- - удельная энтропия влажного пара, соответствующая состоянию в точке Аi.
где - теплота парообразования, которая необходима для превращения 1 кг кипящей воды в сухой насыщенный пар при давлении pi .
- К - критическая точка, в которой параметры состояния имеют значения tk = 374,16 oC; pk = 22,16 МПа; vk = 0,0032 м3/кг; hk = 2095,2 кДж/кг.
Линии на pv -, Ts - и hs – диаграммах (см. рис. 2.3):
- кривая К - bi - нижняя пограничная линия (семейство точек, в которых степень сухости пара х = 0) разделяет зону жидкой фазы (слева) от двухфазной (справа) зоны;
- кривая К-сi - верхняя пограничная линия (во всех ее точках х = 1) разделяет двухфазную зону (слева) от зоны перегретого пара (справа);
- кривая К-хАi - линия равной сухости пара, проходящая через точку Аi;
- кривая bi-сi - изобарно - изотермная линия парообразования, которая в зоне перегретого пара разветвляется на изобару (сi-di) pi = const и на изотерму (сi -еi) ti = const.
На hs - диаграмме через точку Аi проходит пунктирная линия - изохора vAi = const (семейство точек, в которых удельный объем пара имеет одинаковое значение).
Преимуществом применения этих диаграмм является возможность с их помощью наглядного представления процессов в жидкости и паре, также непосредственного определения значений функций состояния водяного пара.
Нахождение параметров состояния по h-s
а) Если пар влажный насыщенный, то точка его термодинамического состояния находится на пересечении изобары р1 и промежуточной кривой степени сухости (х<1).
б) Если пар сухой насыщенный, то соответствующая точка его состояния находится на пересечении изобары р1 и верхней пограничной кривой (х=1).
в) Если пар перегретый, то его состояние определяется точкой пересечения изобары р1 и изотермы t.
Дата добавления: 2021-07-22; просмотров: 454;