2. Основные термодинамические процессы водяного пара

Изохорный процесс (рис. 3.9). В процессе подвода теплоты q к влажному насыщенному пару (точка 1), заключенному в замкну­тый сосуд, т. е. при υ = const его степень сухости будет повы­шаться и достигнет х = 1, т.е. пар станет сухим насыщенным, а затем и перегретым (точка 2). При этом также повышается дав­ление р, температура Т, энтальпия h и энтропия s пара. Работа изохорного процесса l равна нулю. Теплота q, подведенная к 1 кг пара в процессе 1 – 2, эквивалентна заштрихованной площади в диаграмме Т – s. Аналитически она может быть найдена по пер­вому закону термодинамики с помощью внутренней энергии или энтальпии h:

q = ∆u = u₂ – u₁ = h₂ – h₁ – υ (р₂ – p₁). (3.24)

Значения р, υ, h приводятся в термодинамических таблицах во­дяного пара.

Рис. 3.9. Изохорный процесс

Изобарный процесс (рис. 3.10). Если к влажному пару состоя­ния 1 подводить теплоту q при условии р = const, то сначала в пределах области влажного насыщенного пара процесс будет идти при Т = const, пока содержащаяся в нем жидкость полностью перейдет в пар, а затем температура повысится и пар станет пе­регретым (точка 2). В процессе 1 – 2 объем υ и температура Т, а также энтальпия h и энтропия s увеличиваются.

Работа процесса

l = p∆υ = p(υ₂ – υ₁). (3.25)

Теплота процесса с учетом первого закона термодинамики

q = ∆h - υ∆p = h2 – h1, (3.26)

площадь под кривой процесса в диаграмме р – υ эквивалентна величине работы l, а площадь под кривой процесса в диаграмме Т – s – теплоте q.

Рис. 3.10. Изобарный процесс для пара

Изменение внутренней энергии

∆u = q – l = h₂ – h₁ – р(υ₂ – υ₁). (3.27)

Изотермический процесс (рис. 3.11). При изотермическом под­воде теплоты q к влажному пару (точка I) будет происходить па­рообразование при Р = const до состояния сухого насыщенного пара. При дальнейшем подводе теплоты давление пара будет по­нижаться, объем υ увеличиваться. При более низком давлении, которому соответствует и более низкая температура насыщения Т_н2, пар при температуре Т₂ и давлении Р₂ будет перегретым. Энтропия s и энтальпия h в точке 2 будут иметь большие, чем в точке 1 значения. Теплота процесса

. (3.28)

В диаграмме Т – s – это площадь под кривой процесса. Изме­нение внутренней энергии

∆u = u₂ – u₁ = h₂ – h₁ – (р₂υ₂ – p₁υ₁). (3.29)

В отличие от изотермического процесса идеального газа для пара ∆u не равно нулю. Здесь внутренняя потенциальная энергия u зависит не только от Т, но и от р и υ.

Внутренняя работа определяется из первого закона термоди­намики

l = q – ∆u. (3.30)

Рис. 3.11. Изотермический процесс для пара

Адиабатный процесс (рис. 3.12). Адиабатный или изоэнтропный процесс расширения 2 – 1 идет с понижением давления, темпера­туры и энтальпии и перегретый пар становится сначала сухим, а затем влажным. При адиабатном сжатии влажного пара (1—2) с x<0,5 степень сухости понижается, а пар увлажняется и превра­щается в жидкость (х = 0). Адиабатное сжатие пара с x > 0,5 переводит его в состояние сухого (х = 1), а затем — перегретого пара.

Работа адиабатного процесса определяется выражением

l = – ∆u. (3.31)

Расчет процессов изменения состояния пара, т. е. определение параметров, а также q, ∆u и l осуществляется либо с помощью диаграмм, либо с помощью таблиц влажного насыщенного пара и перегретого пара.

Рис.3.12. Адиабатный процесс для пара

Еще один источник: