Сухой насыщенный пар, влажный пар, перегретый пар. Степень сухости.

Пар это газ, верхний предел рабочих температур которого ниже критической температуры сжижения t_к (Гост). Влажный пар – термодинамическая система, состоящая из насыщенной жидкости и сухого насыщенного пара.

Рис. 4.

Степень сухости влажного пара определяется формулой (m^ – масса сухого насыщенного пара, m^ – масса насыщенной жидкости)

x = m^/(m^ + m^) , 0  x  1 ,

т. е. x – массовая доля сухого насыщенного пара во влажном. Удельный объем влажного пара определяется зависимостью

v = xv^ + (1 – x)v^ .

Аналогичным образом определяются и другие экстенсивные характеристики влажного пара.

Термодинамические процессы в закрытых системах.

Удельная теплоемкость. C = q/dT – зависит от организации процесса.

Изохорный процесс.

v = const , располагаемая работа |l^p_v| = |vp| , работа расширения l^v_v = 0 ,  из первого закона термодинамики  dq_v = du  q_v = u = C_vT . При отсутствии фазового перехода, считая C = C_v = const , получаем для энтропии выражение

Часто уравнение C_v = C_v(T,v,…) называют калорическим уравнением состояния.

Изобарный процесс.

p = const , l^p_p = 0 , |l^v_p| = |pv|  из первого закона термодинамики в форме q = dh – vdp  q_p = h = C_pT. При отсутствии фазового перехода, при C = C_p = const , получаем

Изотермический процесс.

T = const , q_T = Ts , C_T   , l^v_T = q_T – u , располагаемая работа l^p_T = q_T – h . Для идеального газа pv = const и u = u(T)  u = 0  l^v_T = q_T = Ts .

Работа расширения

Изобарно-изотермный процесс.

Изобарно-изотермные процессы реализуются при испарении и конденсации насыщенного пара. При наличии двух фаз равновесие между ними реализуется при равенстве соответствующих интенсивных параметров (p – механическое равновесие; T – тепловое). При этом T_s – называется температурой насыщения, а p_s – давлением насыщения. Удельная (на единицу массы) теплота фазового перехода жидкость – насыщенный пар называется удельной теплотой парообразования или испарения – r , [r] = Кдж/кг

r = h^ – h^ = T_s(s^ – s^) > 0 .

Рис. 6.

Первое равенство следствие изобарности процесса, второе – его изотермности. В обратном процессе – конденсации пара эту величину называют удельной теплотой конденсации. Теперь r = h^ – h^ < 0 . Основные характеристики: T_s , p_s и x – степень сухости влажного пара. Отметим, что при T ≥ T_к различие между газом и жидкостью отсутствует.

Адиабатный обратимый процесс.

q_ад = 0 – это определение адиабатического процесса. C_ад = 0 , первый закон термодинамики дает l^p_ад = – u ; ds_ад = q/T = 0 , т. е. в обратимом случае этот процесс также изоэнтропический. Далее для идеального газа будет выведено соотношение

pv^ = const ,

где  = C_p/C_v , C_p – C_v = R . Это частный случай политропного процесса, который обсудим также на семинаре. Для одноатомного газа при высоких температурах теория дает значение  = 5/3 . Соответственно для двухатомного   = 7/5 и для трехатомного   = 9/7 ≈ 1.29 .

Для величины работы имеем

Используя уравнение состояния идеального газа (Менделеева-Клапейрона) можно получить еще одно полезное выражение

(1)