Рис. 1. Диаграмма P-V для водяного
пара.
реальный идеальный газ пар
В этом состоянии вещество находится
в виде так называемых молекулярных пучков.
Они сильно рассеивают свет и прозрачный
сосуд становится непрозрачным для проходящего
через него пучка света, если в нём находится
вещество в критическом состоянии. Таким
образом можно определить критическое
состояние вещества, находящегося в сосуде.
Кривая а’ в' с’ k называется нижней пограничной
кривой, она даёт зависимость удельного
объёма кипящей воды от давления. Кривая
k c" в" а" называется верхней пограничной
кривой, она описывает зависимость удельного
объёма сухого насыщенного пара от давления.
Слева от нижней пограничной кривой вещество
находится в жидком состоянии, справа
от верхней пограничной кривой - в газообразном
состоянии (перегретый пар), область под
пограничной кривой определяет влажный
пар. Диаграмма P-V для воды и водяного пара,
построенная в определённом масштабе
на основании экспериментальных данных,
позволяет найти P и V для различных состояний.
Для перегретого пара, играющего очень
важную роль в теплоэнергетике, на диаграмме
P-V строятся изотермы (Т1 = Та= const; T2 = const;
Т3 = const и т.д).
Они начинаются на кривой x =
1 (верхняя пограничная кривая). Наличие
на диаграмме P-V изотерм позволяет легко
найти температуру пара. Изобары в области
перегретого пара изображаются прямыми,
параллельными оси 0-V, изохоры - прямыми,
параллельными оси 0-Р, адиабаты - кривыми,
идущими более круто, чем изотермы. В области
влажного пара изотерма совпадает с изобарой.
Более удобной для теплотехнических расчётов
является i-s диаграмма. Она позволяет определить
такие важные термодинамические величины
для сухого и влажного паров, как температура,
удельный объём, давление, удельная энтальпия,
удельная энтропия, удельная внутренняя
энергия Если известен процесс, который
совершает пар, то можно также определить
удельную работу и теплоту.
i
Рис. 2. Диаграмма i-s водяного
пара.
На этой диаграмме сухой пар
находится выше пограничной кривой х=1,
влажный под кривой х=1. Изобары идут из
правого верхнего угла в левый нижний.
В области влажного пара изотермы совпадают
с изобарами, на кривой х=1 они начинают
расходиться, изотермы идут направо (N,
M, C - точки расхождения изобар и изотерм).
Изохоры (на диаграмме не показаны) идут
аналогично изобарам, но круче. Адиабаты
(изоэнтропы s= const) -вертикальные линии.
Зная начальные параметры пара, можно
определить точку на диаграмме i-s. Например,
если задано начальное давление и начальная
температура, то точка лежит на пересечении
изобары и изотермы. Опуская из неё перпендикуляры
на оси i и s находят начальные значения
энтальпии и энтропии. Начальное значение
удельного объёма находится по значению
ближайшей к точке изохоры. Внутренняя
энергия определяется из формулы для удельной
энтальпии:
i = u + p·v; отсюда u = i - p·v; (6)
Вывод
Если известен термодинамический
процесс, который совершает перегретый
пар, и один из конечных параметров (например,
давление), то легко можно определить вторую
точку на диаграмме, найти конечные значения
всех нужных термодинамических параметров
и функций состояния, а затем рассчитать
удельные энергию и теплоту процесса.
Атмосферный воздух, в основном состоящий
из кислорода, азота, углекислого газа,
содержит всегда некоторое количество
водяного пара. Смесь сухого воздуха и
водяного пара называется влажным воздухом.
Влажный воздух при данном давлении
и температуре может содержать разное
количество водяного пара. Если смесь
состоит из сухого воздуха и насыщенного
водяного пара, то его называют насыщенным
влажным воздухом. В этом случае во влажном
воздухе находится максимально возможное
для данной температуры количество водяного
пара. При охлаждении этого воздуха, будет
происходить конденсация водяного пара.
Если влажный воздух содержит
при данной температуре водяной пар в
перегретом состоянии, то он будет называться
ненасыщенным. Так как в нем находится
не максимально возможное для данной температуры
количество водяного пара, то он способен
к дальнейшему увлажнению. Поэтому такой
воздух используют в качестве сушильного
агента в различных сушильных установках.
Литература
Кудрявцев,
1956, с. 396—399
Савельев,
2001, с. 33-34
start="3"
Ландау,
Лифшиц V, 1976, с. 55
start="4"
Кудрявцев,
1956, с. 185—186
start="5"
Савельев,
2001, с. 17
start="6"
Сивухин,
1975, с. 54
start="7"
Ландау
Л.Д., Ахиезер А.И., 1965, с. 196—198