Водяной пар используется в промышленности обычно в условиях, близ-
Ких к конденсации пара, и его поведение не подчиняется законам, справед-
Ливым для идеального газа. Поэтому уравнение состояния идеального газа
(2.1,а) неприменимо для расчетов водяного пара. Лучшие результаты дает
Уравнение Ван-дер-Ваальса, однако и оно пригодно лишь для оценочных
Расчетов. В связи с этим для практических расчетов состояний воды и
Водяного пара используют справочные таблицы, построенные по экспери-
Ментальным данным.
В промышленности водяной пар получают в паровых котлах и систе-
Мах испарительного охлаждения печей при практически постоянном давле-
Нии. Поэтому в дальнейшем изучим изобарные процессы при нагреве воды
До температуры кипения, процесс кипения и перегрев полученного пара.
Рассмотрим эти процессы, пользуясь диаграммой р _ v (рис. 2.8).
Пусть в исходном состоянии (точка
а) имеем воду при температуре 0ｰС и
При некотором давлении р1.
Сообщая воде (1 кг воды или
пара) определенное количество
Теплоты, доведем ее до кипения
(точка b). При этом температура
Воды равна температуре Тs1, а
Удельный объем v1, так как при
Повышении температуры происходит
Расширение жидкости.
В точке b имеем воду при
Температуре кипения. Дальнейший
Подвод теплоты в изобарно-изотермических условиях обеспечивает непре-
Рывный процесс кипения.
Это приводит к увеличению количества пара и росту удельного объема.
Между точками b и с система представляет собой смесь кипящей
Воды с насыщенным паром и называется влажным насыщенным паром.
В точке с вся вода превращена в пар с удельным объемом v2, находя-
Щимся при температуре насыщения (кипения), который называется сухим
Насыщенным паром. Дальнейший подвод теплоты приводит к тому, что
Температура пара оказывается выше температуры кипения, и удельный объем
также увеличивается. Такой пар (точка d) называется перегретым.
В качестве характеристики состава влажного пара используется вели-
Чина, представляющая массовую долю сухого насыщенного пара в этой
смеси, называемая __________степенью сухости и обозначаемая х.
Таким образом в точке b значение х = 0, а в точке с значение х = 1.
Дальнейшее увеличение давления приведет к сближению точек b и с (см.
Точки e и f ), которые в конце концов, при некотором давлении, называемом
Критическим, сольются в одну точку К, которая называется критической. В
Этой точке свойства воды и насыщенного пара неразличимы.
Для воды критическое давление равно 22,1 МПа, а критическая темпе-
ратура 374,12 ｰС.
Как следует из ранее рассмотренного, при анализе уравнения Ван-дер-
Ваальса, кривая beК является пограничной кривой жидкости, а кривая Кfc
_ пограничной кривой пара.
Область I диаграммы, расположенная слева от пограничной кривой
Жидкости, соответствует воде в жидком состоянии, область II между
пограничными кривыми _ влажному насыщенному пару и область III
справа от пограничной кривой пара _ перегретому пару.
На пограничных кривых состояние системы однозначно определяется одним
параметром, например, давлением или температурой. В других областях
диаграммы для однозначного определения состояния системы необходимо
Задать два параметра состояния.
Рассмотрим процесс образования пара на диаграмме T _ s (рис. 2.9).
Точка а, соответствующая воде при температуре То = 0 ｰС, расположена на
Оси ординат, так как энтропия воды при этой температуре условно принята
Равной нулю. При подводе теплоты температура воды возрастает вплоть до
Температуры кипения Тs1 в точке b. Дальнейший подвод теплоты определяет
Протекание изобарно-изотермического процесса кипения воды, которое
Сопровождается возрастанием энтропии вдоль отрезка прямой bc до точки с,
В которой имеем сухой насыщенный пар. Продолжая подвод теплоты, полу-
чим перегретый пар (точка d) с температурой, превышающей Тs1. Площадь,
Расположенная между отрезком bc и осью абсцисс, соответствует теплоте,
Которая необходима для полного превращения 1 кг воды в сухой насыщен-
ный пар при температуре кипения, равной скрытой теплоте парообразования
r (Дж/кг).
С ростом давления температура кипения растет, поэтому увеличится и
Энтропия кипящей воды (точка e), так как для нагрева воды до большей
Температуры Тs2 необходимо большее количество теплоты. Следовательно,
Точка e сдвинется вправо по отношению к точке b. С другой стороны, скры-
тая теплота парообразования при