7.10 Измерения энтропии по трем фазам парообразования

Уравнение изменения энтропии для обратимых процессов в элементарном виде записывается следующим образом: ds=dq/T. Отсюда:

I. Для воды dq = c_pdT и

ds = c_pdT/T. (103)

с_p воды можно считать постоянной, равной 4,19 КДж/кг град., поэтому, интегрируя в пределах от 273,16^оК до Т_s и cчитая при 273,16^оК s

получаем

s′=

. (104)

2. Количество теплоты, подведенное при парообразовании и равное r, определяется площадью (s″ - s′)T_s = r, откуда s″ = s′ +

. Очевидно, что

s_х = s′ +

. (105)

3. ds = dq/T c_п

отсюда ds = c_п

. (106)

Таким образом, изменение энтропии

. (107)

7.11 Диаграмма I – s

Рис.34

Особенностью i – s диаграммы является то, что в ней нижняя и верхняя граничные кривые расположены так, что точка К оказывается расположенной не в вершине, а смещена вниз и влево.

i - s диаграмма (рис. 34) строится по табличным данным: сначала строятся нижняя (F-K) и верхняя (K-L) пограничные кривые. Затем наносят изобары, которые в области насыщенного пара, будучи одновременно и изотермами, являются прямыми линиями. В области перегретого пара изобары и изотермы расходятся, причем изобары поворачивают кверху, а изотермы стремятся к горизонтали (пунктирные кривые). В области влажного пара наносят также сетку степени сухости. На эту же диаграмму часто наносят еще изохоры (более крутые, по сравнению с изобарами, линии).

i - s диаграмма имеет ряд ценных свойств: она дает возможность быстро определить параметры пара с достаточной точностью, энтальпию пара и разность энтальпий в виде отрезков, наглядно изображать в ней адиабатный процесс, имеющий большое значение при изучении работы паровых двигателей и решать другие практические задачи. Обычно для практического использования строят так называемую рабочую часть диаграммы – ее правую верхнюю часть.

7.12 Контрольные вопросы

1. В чем заключается физический смысл поправок в уравнении Ван-дер-Ваальса?

2. Изобразите диаграмму Эндрюса.

3. Опишите два механизма образования пара – испарение и кипение.

4. Опишите процесс парообразования в р – υ диаграмме.

5. Что такое степень сухости пара? Дайте определение влажного насыщенного, сухого насыщенного и перегретого пара.

6. Опишите процесс парообразования в Т – s координатной системе.

7. Опишите таблицы термодинамических свойств воды и пара.

8. Что такое теплота парообразования?

9. Выполните анализ параметров трех фаз парообразования.

10. Опишите i – s диаграмму водяного пара.

8. Воздух

8.1 Влажный воздух

Влажным воздухом называется смесь сухого газа и водяного пара.

При рассмотрении влажного воздуха при относительно небольшом давлении, когда парциальное давление пара в смеси имеет совсем небольшое значение, можно принять, что газ (воздух) подчиняется уравнению Клапейрона и для него можно записать (по закону Дальтона)

р = р_г + р_п. (108)

Состояние пара во влажном воздухе определяется его парциальным давлением и t^o.

Если пар, находящийся в смеси с воздухом, является сухим насыщенным, то такой воздух называется насыщенным. При этом р_п = p_s и Т_п = Т_s.

В ненасыщенном воздухе р_п < p_s, T_п > T_s и пар находится в перегретом состоянии.

Если влажный воздух при постоянном давлении охлаждать, то парциальное давление пара не меняется, а давление насыщения понижается. Следовательно, пар станет сухим насыщенным, влажный воздух – насыщенным. Дальнейшее понижение температуры будет сопровождаться конденсацией пара.

Температура, при которой в изобарном процессе охлаждения парциальное давление пара р_п становится равным давлению насыщения p_s, называется температурой точки росы. Отсюда видно, что р_п в смеси не может быть выше давления насыщения, определяемого по температуре влажного воздуха, т.е.

.

Отсюда же видно, что массовая доля пара во влажном воздухе ограничена парциальным давлением пара, которое не может быть выше давления насыщения, соответствующего температуре влажного воздуха.

Чем больше отличаются р_п от p_s, тем газ менее влажен, хотя массовая доля пара во влажном воздухе при большей температуре может быть при этом больше.

Абсолютной влажностью воздуха называется отношение массы влаги к объему влажного воздуха (или масса пара в 1 м³ влажного воздуха):

,т.е. это плотность пара при его парциальном давлении и температура

влажного воздуха.

Относительной влажностью

называется отношение плотности пара

при его парциальном давлении и температуре смеси, к плотности СНП

при той же температуре независимо от давления смеси (или отношение действительной абсолютной влажности воздуха

к максимально возможной абсолютной влажности воздуха

при той же температуре).

(109)

При повышении t^o (при р = const) относительная влажность уменьшается в условиях сохранения неизменной абсолютной влажности.

По уравнению Клапейрона

.

Отсюда

. (110)

Еще одной важной характеристикой является массовое влагосодержание d, которым называют отношение массы влаги m_вл к массе сухого (воздуха) m_сг.