Введение в специальность: Учебно-методическое пособие для студентов специальности "Промышленная теплоэнергетика", страница 6

          При    некоторой    температуре,   которую   назовем    ,    вода   закипит

(см. рис. б).  Обозначим  объем,  занимаемый  при  этой температуре,  через  .

И далее сколько бы мы не сообщали тепла воде, температура кипящей воды (при данном постоянном давлении) не изменится.

          Температура называется температурой парообразования. Из сказанного следует,  что данному давлению Р₁ соответствует единственная и вполне определенная температура парообразования .

Другими словами – это есть температура насыщения при данном давлении.

          Отложим на диаграмме V-P на расстоянии от оси объемов Р₁ объем, при котором начинается процесс кипения воды (процесс нагрева воды отображается линией  а₁–).

          Дальнейшее повышение температуры кипящей воды при сообщении тепла не происходит, но зато вода будет превращаться в пар до тех пор, пока в сосуде не испарится последняя капля воды.

          Процесс парообразования сопровождается существенным увеличением объема, занимаемого рабочим  телом, и неизменностью температуры и давления, так как вес поршня в цилиндре оставался постоянным.

          Таким образом, рассматриваемый процесс парообразования является одновременно изобарным и изотермическим.

Обозначим объем пара, соответствующий концу парообразования, через  (рис. в) и отложим  этот  объем  на диаграмме  V-P  на  продолжении  прямой  линии   а₁–.   Отрезок ­­– характеризует полное приращение объема в процессе парообразования при Р=соnst и t = cоnst.

          Пар в состоянии окончания процесса парообразования, имеющий удельный объем и температуру парообразования  называется сухим насыщенным паром.

Процесс парообразования в диаграмме T-S

          Раньше мы уже рассмотрели, что процесс превращения воды в перегретый пар складывается из трех процессов:

          1) процесса нагрева воды (до температуры кипения при Р=соnst);

          2) процесса парообразования (при t = cоnst и Р=соnst);

          3) процесса нагрева пара (при Р=соnst и изменяющейся температуре).

          Теперь рассмотрим процесс нагрева воды в диаграмме S-T.

          Для более полного исследования термодинамических процессов и облегчения исследований и расчетов в термодинамику был введен математически немецким физиком Р. Клаузиусом еще один параметр состояния газа (шестой) – энтропия S.

          Энтропия,  ккал/(кг×град), выражается формулой:

S_в = 2,303 .

          Для воды и водяного пара мы условимся вести отсчет от 0 ^оС, это значит, что и энтропия при этом будет равна 0, т.е. при t = 0 ^оС или Т = 273 ^оК имеем

 = =.

        Зависимость S_в в T-S координатах выражается логарифмической кривой.

        Задаваясь различными значениями Т, находим по формуле для S_в различные значения S. На рис. 4 строится кривая а–к.

Вначале процесс идет  чисто изобарный (Р=соnst), при этом температура возрастает, затем при какой-то температуре наступит состояние кипения, т.е. данному давлению будет соответствовать своя температура насыщения (допустим т. b₁). Здесь процесс переходит в изобарно-изотермический (Р=соnst и Т=соnst) и изображается горизонтальной прямой (b₁–с₁).

        Из диаграммы мы можем заключить, что чем выше давление, тем выше будет температура кипения при этом давлении. Вот мы и получим ряд точек b₁, b₂, b₃  и  т.д. до точки К.

Кривая (а–к) представляет собой геометрическое место точек начала кипения воды при различных давлениях, т.е. в точке b₁ будет соответствовать давление Р₁, точке b₂– давление Р₂ и т.д.

Кривая (а–к) является кривой жидкости или нижней пограничной кривой.

Процессы нагрева воды при давлениях Р₂, Р₃ и т.д., которым соответствуют температуры парообразования (кипения) Т_н2, Т_н3 и т.д., будут отображаться соответственно отрезками (а–b₂), (а–b₃) и т.д. нижней пограничной кривой.

Рис. 4. Процесс парообразования в T-S диаграмме

          При дальнейшем сообщении тепла кипящей воде при Р₁ она начнет испаряться и, следовательно, начнется процесс парообразования, который на T-S диаграмме при давлениях Р₁, Р₂, Р₃ и т.д. отобразится горизонтальными отрезками (b₁–с₁), (b₂–с₂) и т.д.