7.3. Определение параметров воды и водяного пара

Ввиду того, что водяной пар является реальным веществом, для определения его термодинамических параметров не может быть использовано состояние идеального газа. Поэтому на основании данных многочисленных экспериментов для водяного пара составлены подробные таблицы и расчетные диаграммы, с помощью которых и производятся необходимые расчеты. В теплотехнических расчетах часто пользуются энтропийной диаграммой, в которой по оси ординат отложены значения удельной энтальпии, а по оси абсцисс – удельной энтропии. Эта диаграмма получила название h,s-диаграммы [1, приложение 8]. На нее наносятся: пограничные кривые жидкости и пара, кривые постоянных давлений, температур и удельных объемов, а также линии постоянных паросодержаний. Пограничная кривая жидкости в указанной системе координат строится по точкам удельной энтальпии и удельной энтропии кипящей жидкости, значения которых находят по таблицам параметров сухого насыщенного пара. Подобным же образом строят пограничную кривую пара.

7.3.1. Параметры кипящей жидкости

Все параметры на левой пограничной кривой (кривой кипящей жидкости) принято обозначать соответствующей буквой со штрихом сверху. Для водяного пара условились принимать за начало отсчета энтальпии ее значение в так называемой «тройной точке». Это – единственное состояние, в котором сосуществуют одновременно кипящая жидкость, сухой насыщенный пар и лед, т.е. состояние, в котором находятся в равновесии три фазы: твердая, жидкая и газообразная. Параметры тройной точки воды: давление р₀=0,00061 МПа, t₀=0,01ºС. В этой точке энтальпия кипящей воды принимается равной нулю (h′'₀=0). Внутренняя энергия, как это следует из соотношения h′₀=u′₀+p₀v₀, не будет при этом в точности равна нулю, а будет очень малой отрицательной величиной, равной по абсолютному значению произведению p₀v_0. Поскольку вода почти несжимаема, то для изобарного процесса нагревания воды от температуры Т до температуры кипения Т_н при давлении р₁ энтальпия кипящей жидкости h′ = =q+p₁v₁, где h′ – энтальпия кипящей воды при давлении р₁; р₁,v₁ – соответственно давление и удельный объем воды при температуре Т. Для не очень высоких давлений величина p₁v₁ весьма мала и ею можно пренебречь. Для этих давлений, следовательно, h′ ≈ q. Точные значения h′ в зависимости от температуры или давления приводятся в таблицах термодинамических свойств воды и водяного пара.

7.3.2. Параметры сухого насыщенного пара

Все параметры на правой пограничной кривой (кривой сухого насыщенного пара) обозначаются соответствующей буквой с двумя штрихами сверху. Для того, чтобы из 1 кг кипящей жидкости получить сухой насыщенный пар, нужно подвести к ней теплоту парообразования r. С увеличением давления теплота парообразования уменьшается, становясь равной нулю в критической точке, отсюда , где и – соответственно энтальпия сухого насыщенного пара и кипящей жидкости. Отсюда , т.е. энтальпия сухого насыщенного пара равна сумме энтальпии кипящей жидкости и теплоты парообразования. Изменение энтропии в процессе парообразования, так как он протекает при постоянной температуре Т=Т_н=const, можно записать в соответствии со вторым законом термодинамики: . Отсюда энтропия сухого насыщенного пара равна: .