Определение параметров состояния воды и водяного пара

Параметры состояния воды. Так как вода практически несжимаема, то можно принять, что ее плотность при t = 0°С и любых давлениях постоянна, а удельный объем v₀ = 0,001 м³/кг.

В термодинамике удельные энтальпия, энтропия и внутренняя энергия воды в тройной точке (Р₀ = 611,2 Па; Т₀ = 273,16 К) принимаются равными нулю, т.е. i₀ = 0, s₀ = 0, u₀ = 0. Количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг воды от 0°С до температуры кипения при постоянном давлении, называется удельной теплотой воды. Величина ее определяется по формуле:

, (5.7)

где - средняя изобарная теплоемкость воды в интервале температур от 0°С до . Удельная теплота измеряется в Дж/кг.

Согласно первому закону термодинамики,

, (5.8)

где u' - внутренняя энергия жидкости при температуре кипения; l' - работа расширения при P = const в процессе нагревания жидкости до температуры кипения.

Работа расширения:

(5.9)

C учетом (5.8) уравнение (5.9) принимает вид:

q' = u' - u₀ + P(v' - v₀) (5.10)

так как u » 0, то

q' = u + P(v' - v₀) (5.11)

В случае умеренных давлений можно принять l' = P(v' - v₀) » 0 и тогда уравнение (5.11) принимает вид:

q'= u' (5.12)

Энтальпия воды при температуре кипения определяется по формуле:

i' = i₀ + q', (5.13)

где i₀ = u₀ + Pv₀.

При невысоких давлениях для воды можно записать:

i' » q' » u'.

В действительности

i' > q' > u'.

Изменение энтропии жидкости определяется уравнением:

(5.14)

где - энтропия жидкости при температуре кипения; – массовая теплоемкость жидкости;

- температура кипения жидкости.

Если принять , то с учетом получим:

(5.15)

Для воды до температур 100…120°С » 4.19 кДж/кг×К и уравнение (5.15) принимает вид:

(5.16)

Основные параметры сухого насыщенного пара

Сухой насыщенный пар характеризуется давлением Р и температурой t_S. Процесс перехода жидкости в сухой насыщенный пар при постоянном давлении и температуре изображается на рис.5.4 отрезком bc. Количество теплоты, затраченное в этом процессе на превращение 1 кг воды при температуре кипения в сухой насыщенный пар, называется теплотой парообразования и обозначается буквой r.

Уравнение первого закона термодинамики для процесса bc имеет вид:

, или , (5.17)

где u² - внутренняя энергия сухого насыщенного пара; l² - работа расширения при постоянном давлении в процессе парообразования; i² - энтальпия сухого насыщенного пара.

Разность внутренних энергий Du = u² - u¢, расходуемая на работу против внутренних сил, называется внутренней теплотой парообразования и обозначается буквой r:

r = u² - u¢

Количество теплоты, затраченное на работу l² против внешних сил, равно:

l² = p(v² - v¢’) = y

и называется внешней теплотой парообразования. Таким образом

r = r + y (5.18)

Энтальпия сухого насыщенного пара определяется по уравнению:

i² = i¢ + r(5.19)

Внутренняя энергия сухого насыщенного пара может быть определена по формулам:

u² = u¢ +r,u² = i² - pv² (5.20)

Приращение энтропии в процессе парообразования bc определяется по формуле:

D (5.21)

отсюда энтропия сухого насыщенного пара:

(5.22)