1.24. И диаграммы водяного пара.

Фазовая – диаграмма системы, состоящей из жидкости и пара, представляет собой график зависимости удельных объемов воды и пара от давления.

Пусть вода при температуре 0 °С и некотором давлении за­нимает удельный объем (отрезок NS) (рис. 1.24.1). Вся кривая АЕ выражает зависимость удельного объема воды от давления при температуре 0 °С. Так как вода – вещество почти несжимаемое, то кривая АЕ почти параллельна оси ординат. Если при постоянном давлении сообщать воде теплоту, то ее температура будет повышаться и удельный объем увеличиваться. При некоторой температуре вода закипает, а ее удельный объем в точке А' достигнет при данном давлении максимального значения. С увеличением давления растет температура кипящей жидкости и объем также увеличивается.

График зависимости от давления представлен на рис. 1.24.1 кривой АК, которая называется пограничной кривой жидкости. Характеристикой кривой АК является степень сухости .

Рис. 1.24.1

В случае дальнейшего подвода теплоты при постоянном давлении начнется процесс парообразования. При этом количества воды уменьшается, количество пара увеличивается.

В момент окончания парообразования в точке пар будет сухим насыщенным. Удельный объем сухого насыщенного пара обозначается .

Если процесс парообразования протекает при постоянном давлении, то температура его не изменяется и процесс А' В' является одновременно, изобарным и изотермическим. В точках А' и В' вещество находится в однофазном состоянии. В промежуточных точках вещество состоит из смеси воды и пара. Такую смесь тел называют двухфазной системой.

График зависимости удельного объема от давления пред­ставлен на рис. 1.24.1 кривой KB, которая называется пограничной кривой пара. Характеристикой кривой KB является степень сухо­сти .

Точка А соответствует состоянию кипящей жидкости в тройной точке ( =0,01 ° ≈ 0 °С), а изобара АВ соответствует состояниям равновесия всех трех фаз (тройная точка на –диаграмме). Эта изобара при выбранном масштабе изображения кривых практически совпадает с осью абсцисс.

Если к сухому насыщенному пару подводить теплоту при по­стоянном давлении, то температура и объем его будут увеличиваться и пар из сухого насыщенного перейдет в перегретый (точка D).

Обе кривые АК и KB делят диаграмму на три части. Влево от пограничной кривой жидкости АК до нулевой изотермы располагается область жидкости. Между кривыми АК и KB располагается двухфазная система, состоящая из смеси воды и сухого пара. Вправо от KB и вверх от точки К располагается область перегретого пара или газообразного состояния тела. Обе кривые АК и KB сходятся в одной точке К, которая называется критической точкой.

Критическая точка является конечной точкой фазового перехода жидкость — пар, начинающегося в тройной точке.

Выше критической точки существование вещества в двухфаз­ном состоянии невозможно. Никаким давлением нельзя перевести газ в жидкое состояние при температурах выше критической.

Параметры критической точки для воды: =374,12 °С; = 0,003147 м3/кг; =22,115 МПа; = 2095,2 кДж/кг; = 4,424 кДж/(кг∙К).

Область, заключенная между изотермой воды при температуре 0 °С (линия АЕ) и осью ординат, представляет собой область равновесного сосуществования жидкой и твердой фаз.