Термодинамические процессы изменения состояния водяного пара

Изохорный процесс

Рисунок 5.7 - Изохорное изменение состояния пара

В изохорном процессе внешняя работа равна нулю, подведенная теплота расходуется на изменение внутренней энергии тела:

.

На vp-диаграмме изохорный процесс изображается отрезком прямой, параллельной оси ординат, на sT– диаграмме плавной линией. В области влажного пара изохора направлена выпуклостью вверх, а в области перегретого пара – вниз. На si-диаграмме изохора изображается кривой, направленной выпуклостью вниз.

Изобарный процесс

Рисунок 5.9 - Изобарное изменение состояния пара

На si-диаграмме в области насыщенного пара изобара представляет собой прямую линию, пересекающую нижнюю и верхнюю пограничные кривые. При подводе теплоты к влажному пару степень сухости возрастает, и он (при постоянной температуре) переходит в сухой, а затем - в перегретый. В области перегретого пара изобара – кривая, направленная выпуклостью вниз.

На vP-диаграмме изобарный процесс изображается отрезком горизонтальной прямой, который в области влажного пара представляет собой и изотермический процесс одновременно, на sТ-диаграмме в области влажного пара изобара -прямая, а в области перегретого пара – кривая, обращенная выпуклостью вниз.

Внутренняя энергия, работа, подведенная теплота:

; ; .

Когда q задана: , откуда находится степень сухости.

Изотермический процесс

Рисунок 5.10 - Изотермическое изменение состояния пара

На si-диаграмме в области влажного пара изотерма совпадает с изобарой и является прямой наклонной линией. В области перегретого пара изотерма – кривая с выпуклостью вверх.

На vP-диаграмме в области влажного пара изотерма – прямая линия, а в области перегретого – кривая с выпуклостью вниз.

В sТ-диаграмме изотерма - прямая, параллельная оси абсцисс.

Внутренняя энергия водяного пара, в отличие от внутренней энергии идеального газа, изменяется вследствие изменения потенциальной составляющей:

Количество подведенной теплоты в процессе равно:

; l = q - Du.

5.10.4 Адиабатный процесс

Адиабатный процесс совершается без подвода и отвода теплоты и энтропия рабочего тела при обратимом процессе остается постоянной величиной (s = const), поэтому на is и sT – диаграммах адиабаты изображаются вертикальной прямой. При адиабатном расширении давление и температура пара уменьшаются; перегретый пар переходит в сухой, а затем во влажный.

На vP-диаграмме обратимый процесс изображается некоторой кривой.

Рисунок 5.11 - Адиабатное изменение состояния водяного пара

5.11 Влажный воздух

5.11.1 Основные понятия и определения

В окружающем нас воздухе содержится некоторое количество водяного пара. Смесь сухого воздуха и водяного пара называется влажным воздухом. При невысоких давлениях, когда парциальное давление пара в смеси имеет небольшое значение, можно принять, что газ (воздух) подчиняется уравнению Клапейрона, т.е. влажный газ рассматривается как идеальный. По закону Дальтона давление влажного воздуха можно записать как сумму

(5.41)

где - парциальное давление сухого воздуха;

- парциальное давление водяного пара.

Состояние пара во влажном газе определяется его температурой и парциальным давлением.

Максимальное парциальное давление водяного пара при заданной температуре называется давлением насыщенияи обозначается р _s.

Влажный воздух, в котором парциальное давление пара р_п меньше р_s, называется ненасыщенным. При этом водяной пар, содержащийся в нем, находится в перегретом состоянии. Если ненасыщенный влажный воздух охлаждать при постоянном давлении, то можно достигнуть состояния, при котором р_п станет равным р_s. Влажный воздух в таком состоянии называется насыщенным.

Температура влажного воздуха, при которой р_п становится равной р_s называется точкой росы.

При дальнейшем охлаждении насыщенного воздуха р_п превысит р_s, пар станет влажным и начнет конденсироваться.