Повышении давления уменьшается

Поскольку уменьшается энергия,

Необходимая для разрыва межмо-

Лекулярных связей. Следовательно,

Точка f переместится влево по

Отношению к точке с.

При критических значениях дав-

Лении и температуре эти точки

Сольются в критическую точку К.

Таким образом, и на диаграмме

Т _ s получим пограничные кри-

Вые и те же области, аналогичные

диаграмме р _ v.

В связи с тем, что все рассматриваемые процессы являются изобарны-

Ми, количество подведенной к системе теплоты равно изменению энтальпии.

Так как энтальпия и энтропия в исходном состоянии, т. е. в точке а, условно

Приняты равными нулю, поэтому искомое количество теплоты, равное изме-

Нению энтальпии и изменение энтропии для разных состояний системы, по

Сравнению с исходным, будут выражаться их абсолютными значениями.

Энтальпию кипящей воды в точке b, т. е. ее изменение между точками

А и b, равное количеству теплоты, необходимому для нагрева 1 кг воды от

0 ｰС до температуры кипения Тs1, найдем, пользуясь формулой (2.5), Дж/кг:

hb = с____________p,ж (Тs1 - Т0), (2.23)

где сp,ж _ средняя изобарная теплоемкость воды.

Для нахождения значения энтропии в точке b, используем формулу (2.6),

Дж/(кгｷК): sb = сp,ж ln Тs1/Т0 (2.24)

Энтальпия сухого насыщенного пара (точка с) отличается от ее значе-

ния в точке b на величину скрытой теплоты парообразования:

hc = hп = сp,ж (Тs1 _ Т0) + r. (2.25)

Для энтропии сухого насыщенного пара получим:

sc = sп =сp,ж ln Тs1/Т0 + r/Тs1 (2.26)

Количество теплоты, необходимое для получения влажного насыщен-

ного пара со степенью сухости х из кипящей воды (точка b), равно rх,

поэтому энтальпия влажного насыщенного пара равна:

hпx = сp,ж (Тs1 _ Т0) + rх, (2.27)

а энтропия: sпx = сp,ж ln Тs1/Т0 + rx /Тs1 (2.28)

Количество теплоты, необходимое для получения перегретого пара с

температурой Тd (точка d) из сухого насыщенного пара, имеющего темпера-

туру Тs1, c учетом формулы (2.25), имеем:

hd = сp,ж (Тs1 _ Т0) + r + сp,п (Тd - Тs1), (2.29)

где сp,п _ средняя изобарная теплоемкость пара.

Аналогично значение энтропии перегретого пара получим в виде:

sd = сp,ж ln Тs1/Т0 + r/Тs1 + сp,п ln Тd /Тs1 (2.30)

При расчетах термодинамических процессов водяного пара важной

Задачей является определение количества теплоты, необходимого для

Получения пара с заданными параметрами. Эта величина равна соответству-

Ющему изменению энтальпии. В связи с этим для исследования и расчетов

процессов водяного пара применяют диаграмму h _ s, на которой по оси

абсцисс откладывают энтропию, а по оси ординат _ энтальпию. Однако для

Практических расчетов этих процессов удобнее пользоваться известными в

литературе термодинамическими таблицами для воды и водяного пара.

Основные термодинамические процессы водяного пара

Изохорный процесс (рис. 2.10). В процессе подвода теплоты q к

Влажному насыщенному пару (точка 1), заключенному в замкнутый сосуд,

т. е. при v = соnst, его степень сухости будет повышаться и достигнет х = 1,

Когда пар станет сухим и насыщенным, а затем и перегретым (точка 2). При

Этом также повышаются давление р, температура T, энтальпия h и

Энтропия s пара. Работа изохорного процесса равна нулю. Теплота q,

подведенная к 1 кг пара в процессе 1 _ 2, может быть найдена c учетом пер-

Вого закона термодинамики с помощью внутренней энергии или энтальпии

h:

( 2 1) ( 2 1) q u h v p h h v p p v = Δ = Δ − Δ = − − − . (2.31)

Значения р, v, h находят в термодинамических таблицах водяного пара.

Изобарный процесс (рис. 2.11). Если __________к влажному пару состояния 1

подводить теплоту q при условии р = соnst, то сначала в пределах области

влажного насыщенного пара процесс будет идти при Т = соnst, пока содер-

Жащаяся в нем кипящая жидкость полностью перейдет в пар, а затем темпе-

ратура повысится и пар станет перегретым (точка 2). В процессе 1 _ 2

Объем v и температура Т, а также энтальпия h и энтропия s увеличива-

Ются.

Работа процесса определяется выражением:

( ) 2 1 l = pΔv = p v −v (2.32)

Для теплоты процесса, с учетом первого закона термодинамики, имеем:

q u p v h p = Δ + Δ = Δ = h2 – h1 (2.33)

Площадь под кривой процесса на диаграмме р _ v равна величине

работы l, а площадь под кривой процесса на диаграмме Т _ s равна теплоте

Qр. Энтропия определяется формулами (2.28 и 2.30).

Изотермический процесс (рис. 2.12). При изотермическом подводе

Теплоты q к влажному пару (точка 1) будет происходить изобарно-изотерми-

ческий процесс парообразования до состояния сухого насыщенного пара.

При дальнейшем подводе теплоты давление пара будет понижаться, объем v

увеличиваться (рис. 2.12, a).

Энтропия s и энтальпия h в ходе процесса возрастают (рис. 2.12, б).

Теплота процесса определяется на диаграмме T − s или выражением:

= ∫ = ( − )

Q Tds T s s T (2.34)

Изменение внутренней энергии равно:

( ) ( ) ( ) 2 1 2 2 1 1 Δu = Δh −Δ pv = h − h − p v − p v (2.35)

В отличие от изотермического процесса идеального газа для пара Δи не

Равно нулю.