Теплота парообразования

Процесс получения перегретого пара при постоянном давлении можно разделить, как уже говорилось, на три стадии:

1) подогрев воды от 0 ^оС до температуры насыщения ;

2) превращение всего количества воды, подогретой до температуры насыщения в сухой пар (стадия парообразования);

3) перегрев сухого пара от температуры до любой температуры t (выше ).

Теплота, которую нужно сообщить 1 кг воды, взятой при 0 ^оС, чтобы довести ее при постоянном давлении до температуры насыщения, называется теплотой жидкости (первая стадия). Это количество теплоты может быть найдено по уравнению q = c( ) ккал/кг. Полагая в нем q = , с равным теплоемкости воды (при обычных практических условиях с = 1 ккал/кг∙град = 4,19 кДж/ кг∙град), и = 0^о С, получим

,

или

.

Теплота, которую нужно сообщить при постоянном давлении 1 кг воды, доведенной уже до температуры насыщения, чтобы превратить ее в сухой пар, называется теплотой парообразования r (вторая стадия). Как известно, при подводе или отводе этой теплоты температура воды не изменяется. Теплота парообразования складывается из внутренней теплоты парообразования ρ и внешней теплоты парообразования (греческая буква «пси»). Внутренняя теплота парообразования ρ есть та часть теплоты r, которая расходуется на преодоление молекулярных сил в жидкости, т.е. на увеличение ее внутренней энергии. Внешняя теплота парообразования есть та часть теплоты r, которая затрачивается на работу преодоления внешних сил, действующих на жидкость. В результате совершения этой работы объем воды увеличивается от v’ до v”. Так как рассматриваемый процесс парообразования происходит при постоянном давлении р, то эта работа равна р( ) кгм/кг, а соответствующее ей количество теплоты может быть выражено уравнением

= А р(v”– v’) ккал/кг.

Таким образом, φ Подставляя в это уравнение значение для φ, можем написать

ккал/кг.

Теплота парообразования уменьшается с увеличением давления и при критическом давлении она равна нулю.

Большую часть теплоты r составляет внутренняя теплота парообразования . Поэтому при изучении свойств водяных паров нельзя пренебрегать молекулярными силами, как это обычно делается при изучении газов (в последних, как известно, молекулярные силы настолько малы, что ими можно пренебрегать, полагая = 0).

Теплота жидкости и теплота парообразования в сумме составляют полную теплоту сухого насыщенного пара .

Математически это выражается уравнением

.

Или, зная, что

ккал/кг,

можно записать

ккал/кг.

Из сказанного следует, что полной теплотой сухого насыщенного пара называется такое количество теплоты, которое нужно сообщить при постоянном давлении 1 кг воды, взятой при 0 ^оС, чтобы превратить ее в сухой насыщенный пар.

Если процесс превращения воды в пар не закончен, т.е. если имеется влажный пар степени сухости х, то количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг воды, взятой при 0 ^оС, чтобы превратить ее при постоянном давлении во влажный пар, называется полной теплотой влажного пара .Если степень сухости равна х, то:

ккал/кг.

Количество теплоты, которое нужно сообщить 1 кг сухого насыщенного пара, чтобы превратить его при постоянном давлении в перегретый пар, называется теплотой перегрева (третья стадия). Это количество теплоты может подсчитываться по уравнению

ккал/кг,

где:

t – температура перегретого пара;

t_s – температура насыщения;

с_рm – средняя весовая изобарная теплоемкость перегретого пара в

пределах этих температур.

Теплоемкость перегретого водяного пара, в отличие от теплоемкости идеальных газов, зависит не только от температуры, но также и от давления пара. Значения этой теплоемкости приводятся в специальных таблицах.

Полная теплота сухого насыщенного пара и теплота перегрева в сумме составляют полную теплоту перегретого пара λ . Следовательно, λ = кКал/кг или, имея ввиду уравнение для , можем написать, что

ккал/кг.

Таким образом, полной теплотой перегретого пара называется такое количество теплоты, которое нужно сообщить при постоянном давлении 1 кг воды, взятой при 0 ^оС, чтобы превратить ее в перегретый пар.