В последних ступенях конденсационных турбин и в большинстве ступеней влажнопаровых турбин процесс расширения пара происходит ниже пограничной кривой x = 1 (рис. 19).
Рис. 19
Решётки этих ступеней работают во влажном паре, представляющим двухфазную среду, которая включает как паровую, так и жидкую фазу одного вещества – воды.
Двухфазная среда может находиться в:
· термодинамически устойчивом равновесном состоянии,
· состоянии временного, неустойчивого равновесия (метастабильное),
· состоянии фазового перехода.
При равновесном состоянии во влажном паре его температура однозначно определяется давлением; и важным дополнительным термодинамическими параметрами являются влажность y
(49)
и сухость пара
x = 1 – y,
где в определённом объёме с массой парожидкостной смеси m масса паровой фазы равна m’ и жидкой фазы – m”. Здесь и далее все параметры и характеристики жидкой фазы обозначаются одним штрихом, а паровой – двумя.
При неравновесном состоянии происходит переход одной фазы в другую; скорость этого перехода обозначается χпер.
При испарении жидкости χпер<0;
при конденсации пара χпер>0.
Движение двухфазной среды характеризуется разными скоростями фаз, т.е. оно происходит с коэффициентом скольжения , равным отношению скоростей жидкой и паровой фаз.
Жидкая фаза во влажном паре может находиться:
· в мелкодисперсном состоянии (в виде тумана);
· в крупнодисперсном состоянии (в виде капель);
· в виде плёнки, движущейся по поверхностям решёток.
Дисперсность влаги характеризуется размером капель, а их средний размер- модальным диаметром dм.
Для выделенного объёма влажного пара основной характеристикой является доля крупнодисперсной влаги . Крупной влагой называется такая, в которой капли размером dм в ускоряющемся потоки имеют коэффициент скольжения v<0.8.
Показатель изоэнтропы для влажного пара приближённо можно записать
. (50)
Для движущейся среды, где v<1, кроме сухости пара x,вводится понятие истинной сухости пара xист:
. (51)
Уравнение неразрывности для двухфазной среды имеет вид:
, (52)
где средняя скорость
(53)
Уравнение сохранения энергии для двухфазной среды имеет вид:
. (54)