Процесс парообразования в координатах i-s.

Рис. 1.14 i-s - диаграмма

водяного пара

Для решения прак­тических задач, связанных со свойствами водяного па­ра, очень удобной является i—s-диаграмма, в которой по оси абсцисс откладываются значения энтропии, а по оси ординат — энтальпии (рис.1.14). Она строится по данным таблиц водяного пара. Сначала строятся ниж­няя II — K и верхняя К — III пограничные кривые, кото­рые сходятся в точке К. Ниже пограничных кривых II— К — III находится область влажного пара, выше верхней пограничной кривой К — III— область перегретого пара.

На диаграмме нанесены линии постоянного давле­ния— изобары. В области влажного пара изобары про­ходят слабо расходящимися прямыми наклонными ли­ниями. В области перегретого пара изобары поднимают­ся слева направо, круче изобар насыщенного пара, и обращены выпуклостью вниз.

Изотермы в области влажного пара совпадают с изо­барами, а в области перегретого пара они идут слева на­право, незначительно поднимаясь кверху. Если требует­ся определить температуру в области влажного насыщен­ного пара, зависящую от давления, надо найти точку пересечения заданной изобары с верхней пограничной кривой. Изотерма, начинающаяся в этой точке, и будет искомой температурой влажного насыщенного пара.

В области влажного насыщенного пара наносятся также линии постоянной степени сухости пара х, беру­щие начало от критической точки К. На верхней погра­ничной кривой степень сухости х=1, на нижней х=0. На выполненных i—s-диаграммах нередко имеются и линии постоянного удельного объема u=const— изохоры, представляющие собой кривые, аналогичные изо­барам, но имеющие более крутой изгиб. Их обычно на­носят цветной краской.

С помощью i — s-диаграммы можно определить по двум известным параметрам все основные термодинами­ческие величины для любого состояния пара. На i — s-диаграмме могут быть изображены основные термоди­намические процессы и установлены происходящие при их протекании изменения состояния пара (рис. 1.15).

Изохорный процесс (рис. 1.15, а). При задан­ном состоянии пара (р₁ и x₁), соответствующем точке 1, требуется изохорным процессом довести пар до темпе­ратуры t₂. Для этого из точки 1 идем по изохоре v₁ до ее пересечения с изотермой t₂ в точке 2. В изохорном про­цессе при сообщении теплоты влажному пару повыша­ются его давление и температура. При этом влажность пара уменьшается, и он превращается в сухой насыщен­ный, а затем в перегретый. При отводе теплоты от пе­регретого пара, процесс идет в обратном направлении.

Изобарный процесс (рис. 1.15, б). Задано со­стояние пара 1 (p₁ и x₁). Конечное состояние его харак­теризуется температурой t₂. Аналогично предыдущему,

а) б)

Рис.1.15 Основные термодинамические процессы водяного пара в координатах i-s

идем по изобаре р1, до точки 2 ее пересечения с изотер­мой t_2. В этом процессе при сообщении теплоты влажно­му пару уменьшается его влажность и он переходит и сухой насыщенный, причем температура его остается постоянной и равной t₁=t_H. При дальнейшем подводе теплоты пар перегревается, при отводе теплоты процесс идет в обратном направлении.

Изотермический п р о ц е с с (рис. 1.15, в). При данном состоянии пара 1 (р₁ и x₁) требуется в изотерми­ческом процессе достичь давления р₂. В этом случае ли­ния процесса состоит из двух участков 1—1´ и 1´—2. На первом из них изотерма совпадает с изобарой р₁ на вто­ром изотерма t₁ отклоняется вправо от изобары р₁ и пе­ресекается в точке 2 с изобарой р₂.

В изотермическом процессе при сообщении теплоты влажному пару его объем увеличивается, он превращается сначала в сухой насыщенный, а затем в перегретый. В области влажного пара этот процесс полностью совпа­дает с изобарным, а в области перегрева давление пара при изотермическом расширении понижается.

В изотермическом процессе внутренняя энергия па­ра в отличие от идеальных газов изменяется, и поэтому для пара

(1.129)

Адиабатный процесс (рис. 1.15, г). Задано состояние 1 (р₁ и t₁). Требуется провести адиабатный процесс расширения до давления р₂. Адиабатный про­цесс протекает при постоянном значении энтропии, по­этому он изображается вертикалью, опущенной из точ­ки 1 до пересечения с изобарой р₂ в точке 2.

При адиабатном расширении давление и температу­ра пара понижаются. Перегретый пар при этом перехо­дит обычно в сухой насыщенный и затем во влажный. При сжатии влажного пара процесс идет в обратном направлении.