То же, что и выше, но другими словами

Рассмотрим процесс получения пара. Для этого 1 кг воды при температу-

ре 0 ^о С поместим в цилиндр с подвижным поршнем. Приложим к поршню извне некоторую постоянную силу Р. Тогда при площади поршня F давление будет постоянным р=Р/F. Изобразим процесс парообразования, т. е. превра-щения вещества из жидкого состояния в газообразное, в р,v– диаграмме (рису-нки 1.1. и 3.3).

Начальное состояние воды, находящейся под давлением р и имеющей температуру 0 ^о С, изобразится на диаграмме точкой а_о. При подводе теплоты к воде ее температура повышается, пока не достигнет температуры кипения, со-ответствующей данному давлению. Состояние жидкости, доведенной до температуры кипения, изображается на диаграмме точкой а.

При дальнейшем подводе теплоты начинается кипение воды с сильным увеличением объема. В цилиндре теперь находится двухфазная среда – смесь воды и пара, называемая влажным насыщенным паром. По мере подвода теп-лоты количество жидкой фазы уменьшается, а паровой растет. Наконец, по-следняя капля воды превращается в пар, и цилиндр оказывается заполненным только паром, который называется сухим насыщенным. Состояние его изобра-жается точкой а .

Насыщеннымназывается пар,находящийся в термическом и динамиче-ском равновесии с жидкостью, из которой он образуется.

Насыщенный пар, в котором отсутствуют взвешенные частицы жидкой фазы, называется сухим насыщенным паром.

Двухфазная смесь, представляющая собой пар со взвешенными в нем ка-пельками жидкости, называется влажным насыщенным паром.

Массовая доля сухого насыщенного пара во влажном называется степе-нью сухости пара и обозначается буквой х. Для кипящей жидкости х= 0, а для сухого насыщенного пара х = 1.

При сообщении сухому пару теплоты при том же давлении его темпера-тура будет увеличиваться, пар будет перегреваться. Точка а изображает состоя-ние перегретого пара и в зависимости от температуры пара может лежать на разных расстояниях от точки а .

Таким образом, перегретым называется пар, температура которого превышает температуру насыщенного пара того же давления.

Если рассмотреть процесс парообразования при более высоком давлении, то можно заметить следующие изменения. Точка а_о, соответствующая состоя-нию 1 кг воды при 0 ^о С и новом давлении, остается почти на той же вертикали, так как вода практически несжимаема. Точка а смещается вправо, ибо с ростом давления увеличивается температура кипения, а жидкость при повышении температуры расширяется. Что же касается пара (точка ), то,несмотря на увеличение температуры кипения, удельный объем пара все-таки падает из-за более сильного влияния растущего давления.

Если теперь соединить одноименные точки (при разных давлениях) плав-

ными кривыми, то получим три кривых. Под знаком изображена нулевая изотерма,все точки которой соответствуют состоянию1кг воды при0^оС и дав-лении р.Нижняя пограничная кривая представляет зависимость от давления удельного объема жидкости при температуре кипения. Верхняя пограничнаякривая дает зависимость удельного объема сухого насыщенного пара от давления.

Все точки горизонталей между кривыми и соответствуют состояни-

ям влажного насыщенного пара, точки кривой определяют состояние кипя-

щей воды, точки кривой - состояние сухого насыщенного пара. Влево от

кривой до нулевой изотермы лежит область некипящей однофазной жидко-

сти, вправо от кривой - область перегретого пара. Таким образом, кривые

и определяют область насыщенного пара, отделяя ее от области воды и пере-гретого пара, и поэтому называются пограничными. Выше точки К, где погра

ничных кривых нет, находится область однофазных состояний, в которой нель-зя провести четкой границы между жидкостью и паром.

Термодинамические параметры кипящей воды и сухого насыщенного па-ра берутся из таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара. В этих таблицах термодинамические величины со штрихом относятся к воде, нагретой до температуры кипения, а величины с двумя штрихами - к сухому насыщенному пару.

Для исследования различных процессов с водяным паром кроме таблиц используется Т, s-диаграмма (рисунок 3.5). Она строится путем переноса чис-ловых таблиц водяного пара в Т, s – координаты.

Рисунок 3.5. Т, s - диаграмма водяного пара

Состояние воды в тройной точке (состояние, в котором могут одновре-менно находиться в равновесии пар, вода и лед). Точка А’ на рисунке 3.5 имеет параметры S_o=0; T_o=273,13 К. Откладывая на диаграмме для разных температур значения S’ и S”, получим кривую насыщения. Вправо и вверх от кривой насы-щения находится область перегретого пара, ниже кривой насыщения - находится двухфазная область влажного насыщенного пара, влево - область жидкости.

На диаграмму наносят изобары, изохоры и линии постоянной степени су-хости (х=const). Область диаграммы, лежащая ниже нулевой изотермы, отве-чает различным состояниям смеси пар + лед.

Рисунок 3.3. Р, V - диаграмма водяного пара: I – жидкость;

II – влажный пар; III –перегретый пар

Вопросы для самопроверки

1. Что такое энтропия? Как она определяется, в чем измеряется?

2. Сформулируйте второй закон термодинамики. Что называется термическим КПД?

3. Изобразите цикл Карно в Р, V и Т, S-диаграммах. Из каких процессов он со-стоит?

4. От чего зависит термический КПД цикла Карно?

5. Изобразите диаграмму водяного пара. Какие области она разделяет?

6. Как на диаграмме водяного пара проходят изобары, изохоры, линии постоян-ной степени сухости?

Лекция 5