Процесс парообразования в p – V диаграмме

Фазовая pv – диаграмма системы, состоящей из жидкости и пара, представляет собой график зависимости удельных объёмов воды и пара от давления.

Пусть вода при температуре 0⁰С и некотором давлении ρ занимает удельный объём v ₀ (отрезок NS). Вся кривая АЕ выражает зависимость удельного объёма воды от давления при температуре 0⁰С. Т.к. вода вещество почти несжимаемое то кривая АЕ почти параллельна оси ординат. Если при постоянном давлении сообщать воде теплоту, то её температура будет повышаться и удельный объём увеличиваться. При некоторой температуре t_{s вода закипает, а её удельный объём} v’ в точке А’ достигнет при данном давлении максимального значения. С увеличением давления растёт температура кипящей жидкости t_{s и} объём v’ также увеличивается. График зависимости v’ от давления представлен кривой АК которая называется пограничной кривой жидкости. Характеристикой кривой является степень сухости x=0. В случае дальнейшего подвода теплоты при постоянном давлении начнётся процесс парообразования. При этом количество воды уменьшается, количество пара увеличивается. В момент окончания парообразования в точке В’ пар будет сухим насыщенным. Удельный объём сухого насыщенного пара обозначается v’’.

Если процесс парообразования протекает при постоянном давлении то температура его не изменяется и процесс A’B’ является одновременно изобарным и изотермическим. В точках A’ и B’ вещество находится в однофазном состоянии. В промежуточных точках вещество состоит из смеси воды и пара. Такую смесь тел называют двухфазной системой.

График зависимости удельного объёма v’’ от давления представлен кривой КВ, которая называется пограничной кривой пара.

Если к сухому насыщенному пару подводить теплоту при постоянном давлении, то температура и объём его будут увеличиваться и пар из сухого насыщенного перейдёт в перегретый (точка D). Обе кривые АК и КВ делят диаграмму на три части. Влево от пограничной кривой жидкости АК до нулевой изотермы располагается область жидкости. Между кривыми АК и КВ располагается двухфазная система, состоящая из смеси воды и сухого пара. Вправо от КВ и вверх от точки К располагается область перегретого пара или газообразного состояния тела. Обе кривые АК и КВ сходятся в одной точке К, называемой критической точкой.

Критическая точка является конечной точкой фазового перехода жидкость – пар, начинающегося в тройной точке. Выше критической точки существование вещества в двухфазном состоянии невозможно. Никаким давлением нельзя перевести газ в жидкое состояние притемпературах выше критической.

Параметры критической точки для воды:

t_к=374,12⁰С; v_к=0,003147 м³/кг;

ρ_к=22,115 МПа; i_к=2095,2 кДж/кг

s_к=4,424 кДж/(кг·К).

Процесс p =const водяного пара. Изображение процесса в p – V, i – S и T –S диаграммах.

На is – диаграмме изобара в области насыщенного пара представляется прямой линией, пересекающей пограничные кривые жидкости пара. При подводе теплоты к влажному пару степень сухости его увеличивается и он (при постоянной температуре) переходит в сухой, а при дальнейшем подводе теплоты – в перегретый пар. Изобара в области перегретого пара представляет собой кривую, направленную выпуклостью вниз.

На pv – диаграмме изобарный процесс изображается отрезком горизонтальной прямой, который в области влажного пара изображает и изотермический процесс одновременно.

На Ts – диаграмме в области влажного пара изобара изображается прямой горизонтальной линией, а в области перегретого пара – кривой, обращённой выпуклостью вниз. Значения всех необходимых величин для расчёта берутся из таблиц насыщенных и перегретых паров.

Изменение удельной внутренней энергии пара:

Внешняя работа:

Подведённое удельное количество теплоты:

В том случае, когда q задано и требуется найти параметры второй точки, лежащей в области двухфазных состояний, применяется формула для энтальпии влажного пара:

Процесс T=const водяного пара. Изображение процесса в p – V, i – S и T –S диаграммах.

Изотермический процесс.

На is – диаграмме в области влажного пара изотерма совпадает с изобарой и является прямой наклонной линией. В области перегретого пара изотерма изображается кривой с выпуклостью вверх.

На pv – диаграмме в области влажного пара изотермический процесс изображается горизонтальной прямой. Для насыщенного пара этот процесс совпадает с изобарным. В области перегрева давление пара понижается, а процесс изображается кривой с выпуклостью к оси абцисс.

На Ts – диаграмме изотермный процесс изображается отрезком горизонтали.

Удельная внутренняя энергия водяного пара в отличие от внутренней энергии идеального газа изменяется в следствии изменения потенциальной составляющей, поэтому при T=const

Подведённое удельное количество теплоты в процессе:

Внешняя работа определяется из первого закона термодинамики:

Дата добавления: 2015-05-09