is діаграма водяної пари | Ts діаграма водяної пари | Блог інженера теплоенергетика

Доброго дня! Визначати параметри і функції стану за формулами часто буває важко внаслідок складної залежності теплоємності водяної пари і теплоти пароутворення від температури і тиску. Тому для водяної пари, на підставі експериментальних досліджень складені таблиці, що відображають залежності найважливіших параметрів водяної пари. Користуючись ними, наприклад, за відомим тиску сухого насиченої пари можна визначити всі інші параметри.

Так як стан сухої насиченої пари однозначно визначається його тиском р або температурою насичення Тн, то таблиці складаються по тиску або температурі. По одному з цих параметрів з таблиць можна визначити інші величини, що характеризують стан сухої насиченої пари. У таблицях перегрітої пари наводяться його параметри і функції стану в залежності від температури і тиску пари.

Розрахунок процесів зміни стану пара спрощується при переході до графічного методу, заснованому на використанні діаграм стану. В цьому випадку не потрібно проводити великий обсяг обчислень і розрахунок зводиться до визначення параметрів за допомогою діаграм. Графічним методом легко визначити не тільки початкові і кінцеві параметри пара в процесі, але і всі проміжні параметри стану, що істотно спрощує інженерні розрахунки.

Перевагою графічного методу є можливість порівняно легко простежити зв'язок між різними величинами, це робить його незамінним при теоретичному аналізі різних процесів в теплових двигунах. За допомогою діаграми, як і за таблицями, можна визначити параметри і функції стану водяної пари, в тому числі і вологого насиченого пара.

Найбільшого поширення набули Ts- і is-діаграми стану водяної пари. Так як за допомогою Ts-діаграми легко визначити кількість теплоти в процесі, то вона і застосовується в основному для теоретичного аналізу економічності теплових двигунів. При розрахунках різних процесів зміни стану використовується головним чином is- діаграма водяної пари.

На рис. 1 в координатах Ts зображений процес пароутворення при р = const (процес abcd). Крива АКС є прикордонною кривою, а точка К - критичною точкою. Початок відліку ентропії відповідає її значенню при 273 К. Площа під кривою процесу на is-діаграмі відповідає кількості теплоти.

Отже, площа під ізобарою ab еквівалентна ентальпії води i 'при температурі пароутворення Tн. На изобарном ділянці bс, що збігається з ізотермою, відбувається процес пароутворення, і площа під прямий bс відповідає теплоті пароутворення р изобарном процесі перегріву cd температура пара підвищується до значення Т, і до пару підводиться кількість теплоти срm (Т-Т н). Лінії постійної ступеня сухості х = const, як і на всіх діаграмах, сходяться в критичній точці К.

На рис. 2 показані різні процеси зміни стану водяної пари на is-діаграмі. Область діаграми, розташована лівіше прикордонної кривої ЄК, відповідає перебуваючи-ня рідини. Прикордонна крива пара Kf ділить діаграму на дві області. Вище цієї кривої розташована область перегрітої пари, а нижче - область вологої пари. На прикордонній кривої Kf пар є сухим насиченим (х = 1). Ізобарний процес зображений лінією abc, ізотермічний - abd (в області вологої пари ізотерма і ізобара збігаються), Ізохоричний - υ = const і Адіабатний - gh. Крім того, на цьому малюнку показані лінії постійної ступеня сухості х = const. У таблицях і на діаграмах не наводяться значення внутрішньої енергії газу, яку можна визначити з співвідношення u = i-pυ.

На рис. 3 приведена is-діаграма водяної пари. При графічному розрахунку процесів по будь-яким двом відомим величинам (р, υ, Т; х, i, s) знаходять на діаграмі точку, відповідну початкового стану пара, і всі невідомі параметри. Кінцевий стан пара можна визначити також за двома відомими параметрами стану. Якщо заданий тільки один кінцевий параметр стану, то необхідно знати ще характер процесу. В цьому випадку точку, що характеризує кінцевий стан, знаходять на перетині заданої кривої процесу і відповідної ізопараметричної кривої, наприклад ізобари.

Приклад. Визначити кількість теплоти, що повідомляється 1 кг пара в пароперегрівачі котельного агрегату. Початкові параметри пара p1 = 5 МПа і x1 = 0,95. Відомо також, що після адиабатного розширення пари в турбіні х2 = 0,87, а кінцевий тиск пара р2 = 0,01 МПа.

Рішення. Так як в пароперегрівачі до пару підводиться теплота при постійному тиску, то кількість її дорівнює різниці початкової ентальпії i1 і ентальпії i2 пара після пароперегрівача: q = i2-i1. За початковим параметрам пара p1 і x1 на is-діаграмі знаходимо точку А (рис. 3), якій відповідає значення ентальпії i1 = 2720 кДж / кг. Точку В, відповідну станом пара на виході з пароперегрівача, знаходимо на перетині ізобари p1 = 5 МПа і адіабати ЗС, яка проходить через точку С. Положення точки С визначається параметрами пара р2 і x2. Ентальпія пари в точці В i2 = 3600 кДж / кг.
Кількість підведеної до 1 кг пара теплоти одно q = 3600-2720 = 880 кДж / кг. Розглянутий приклад показує, що is-діаграма значно спрощує розрахунки процесів для водяної пари. Ісп.література: 1) теплотехнічне обладнання підприємств промисловості будівельних матеріалів і виробів, Н.М. Никифорова, Москва, «Вища школа», 1981. 2) Теплотехніка, Бондарєв В.А., Процька А.Е., Гринкевич Р.Н. Мінськ, вид. 2-е, "Вишейшая школа", 1976.