ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
0
1
p
t
β
α
=γ
.
Можно доказать, что величины
β
t
и β
s
связаны зависимостью
β
t
= kβ
s
.
Таким образом, для полного описания свойств рабочего тела при совершении им простых термодинамических
процессов достаточно определить опытным путем только два термических коэффициента и значение величины
k.
1.3.3 Состояния и свойства воды и водяного пара
Пар теплее воды, ибо содержит в себе
еще и огонь, который возгонял его вверх
Аристотель
ода и водяной пар очень широко используются в качестве рабочего тела в современных энергетических и
технологических промышленных установках.
Переход жидкости в пар называют парообразованием, обратный переход (пар в жидкость) – конденсацией.
Парообразование с открытой поверхности называют испарением. В неограниченном пространстве в результате испарения
вся жидкость может превратиться в пар. Если же парообразование происходит в закрытом сосуде, то вылетающие из
жидкости молекулы постепенно заполняют пространство над ней, при этом некоторая часть из них в результате
хаотического движения вновь возвращается в жидкость. С течением времени число молекул над жидкостью увеличивается и
в конце концов наступает состояние динамического равновесия: сколько молекул вылетает из жидкости в паровое
пространство, столько же молекул возвращаются назад в жидкость. В таком состоянии пар имеет наибольшую при
данной температуре плотность и его называют насыщенным. При изменении температуры равновесие сначала нарушается,
но постепенно снова восстанавливается, только уже при других давлении и плотности пара. Если к жидкости интенсивно
подводится тепло, то парообразование происходит не только с поверхности, но и внутри жидкости и сопровождается
выделением пузырьков пара. Это называют кипением. Над поверхностью кипящей жидкости находится насыщенный пар.
Говорят, что и жидкость, и пар в этом случае находятся в состоянии насыщения.
С особенностями различных состояний воды и пара удобно познакомиться, прослеживая процесс изобарного
нагревания одного килограмм воды при
t = 0 °С сначала до кипения, затем до полного превращения в пар с последующим
перегревом пара. На рис. 1.27 показаны последовательно (слева направо) пять специфических состояний, представляющих
наибольший интерес.
Рис. 1.27,
а отражает состояние воды при t = 0 °С и некотором зафиксированном давлении р. Удельный объем воды в
таком состоянии обозначим
v
ж
. Изобразим это состояние на p–v диаграмме точкой а (см. рис. 1.28). Аналогично будем
изображать и другие состояния. При подводе тепла
q температура и объем воды будут увеличиваться. Увеличение v
ж
определяется степенью нагрева и величиной коэффициента теплового расширения
)(
00
TTvv −α
=
∆
, где
0
v – удельный
объем воды при нормальных условиях (
t = 0 °С,
=
0
p 1,01310 Па). По мере нагрева воды точка а на vp − диаграмме будет
смещаться вправо. На рис. 1.27,
б зафиксировано состояние, когда температура воды достигла температуры насыщения и
начинается процесс кипения. Все параметры такого состояния принято отмечать штрихом:
v′, h′, s′. На p–v диаграмме
состояние насыщения изображается точкой
b.
Если продолжить подвод тепла, то в результате кипения часть воды превратится в пар и под поршнем окажутся в
равновесном состоянии вода и пар. При кипении подводимое тепло частично расходуется на дисгрегацию молекул и
повышение их энергии (скрытая теплота парообразования), а другая часть трансформируется в работу расширения пара. В
промышленных условиях при кипении воды всегда получается механическая смесь воды и
насыщенного пара, которую называют влажным паром. Двухфазное состояние показано на рис. 1.27,
в. На p–v диаграмме это состояние отражено точкой с. По мере выкипания жидкости объем
паровой фазы возрастает и точка
с смещается вправо. Влажный пар может содержать много воды и
мало пара или наоборот. Для однозначного описания этого состояния используется дополнительно
параметр, который называют степенью сухости и который представляет собою массовую долю
насыщенного пара в смеси
),/(
впп
mmmx
+
=
где m
п
и m
в
– массы пара и воды, соответственно. Ясно, что величина x может меняться от 0 до 1,0.
Значение
x = 0 соответствует воде в момент насыщения.
На рис. 1.27,
г показано состояние, когда выкипает последняя капля воды, и цилиндр заполнен насыщенным паром. Пар
при температуре
t
н
, не содержащий в себе влаги, называют сухим насыщенным. Параметры такого пара отмечают двумя
штрихами:
","," shv . На диаграмме это состояние отражено точкой d. Степень сухости сухого насыщенного пара
=
x
1,0.
Если и дальше подводить тепло, то температура и объем пара будут увеличиваться. Такой пар, температура которого
больше, чем температура насыщения при заданном давлении, называют перегретым. На рис. 1.27,
д показано состояние
перегретого пара. На
p–v диаграмме ему соответствует точка е. По мере подвода тепла увеличивается степень перегрева ∆t =
t – t
н
, и объем пара, и точка е перемещается вправо.
Если повторить описанный опыт при более высоком давлении, то в результате сжимаемости жидкости и пара точки
а, b
и
d сместятся влево. Смещение точки b определяется двумя факторами: из-за сжимаемости воды она сместилась бы влево, но
одновременно из-за повышения давления возрастает и температура насыщения, а значит и увеличивается тепловое
расширение жидкости. В результате суммарный эффект сводится к смещению точки
b вправо. Если повторять опыт при
более низком давлении, то эффекты поменяют знак.
В
F
q
t = 0
o
C
v
ж
a)
q
t = t
н
v
′
F
б)
Рис. 1.27 Нагрев в
о
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- …
- следующая ›
- последняя »
