9 Водяной пар

9.1 Общие положения

На рисунке 9.1 дана диаграмма Р,υ для водяного пара. Линии І соответствует вода при 0 °С, кривой – вода при температуре кипения и кривой ІІІ – сухой насыщенный пар.

Кривая называется нижней пограничной или нижней предельной кривой, кривая ІІІ – верхней пограничной или верхней предельной кривой.

Точку пересечения пограничных кривых называют критической.

Рисунок 9.1 – Р,v - диаграмма водяного пара

Она характеризует критическое состояние, при котором исчезает различие в свойствах пара и жидкости. Критическая температура является наивысшей температурой жидкости и ее насыщенного пара. При температурах выше критической возможно существование только перегретого пара. Впервые мысль о критической температуре была высказана знаменитым русским ученым Д.И.Менделеевым, назвавшим ее «абсолютной температурой кипения».

Критические параметры для водяного пара следующие:

t_к = 374,15 °C;

Р_к = 225,65 кг/см² =22,2 МПа;

υ_к= 0,0034 м³/кг.

Температура кипения жидкости одновременно является температурой ее насыщенного пара при данном давлении. Каждому давлению соответствует вполне определенная температура кипения жидкости, а следовательно, и ее насыщенного пара. Если давление пара обозначить через Р , МПа, а температуру насыщенного пара через t_н, то

Р = f (t_н).

Значения Р и t_нданы в таблицах насыщенного пара ( приложение Б ). В этих же таблицах даны значения других важнейших параметров: удельного объема кипящей жидкости υ', удельного объема сухого насыщенного пара υ", удельного веса сухого насыщенного пара ρ", энтальпия кипящей жидкости h', энтальпия сухого насыщенного пара h", энтропия жидкости S' и сухого насыщенного пара S".

Таблицы водяного пара составлялись различными исследователями. Первые отечественные таблицы водяного пара были составлены на основе теоретических исследований советским ученым М.П.Вукаловичем.

В 1952 г. Всесоюзным теплотехническим институтом (ВТИ) были опубликованы новые таблицы водяного пара, основанные на экспериментальных данных.

Таблицы водяного пара Вукаловича и ВТИ не имеют существенных различий, являются наиболее точными по сравнению со всеми вышедшими ранее, и ими следует пользоваться для практических расчетов.

Сухой насыщенный пар

Состояние сухого насыщенного пара определяется его давлением или температурой. Таблица приложения В дает возможность определить давление пара ( и все остальные его параметры ) по температуре, а таблица приложения Б – температуру пара ( и все остальные его параметры ) по давлению. Зависимость Р = f (t_н), υ" = f(p) и ρ"= f(p) для водяного пара приведены на рисунках 9.2 и 9.3.

Температура пара Давление пара

Рисунок 9.2 – Зависимость Рисунок 9.3 – Зависимость

температуры кипения от давления удельного объема и плотности

пара от давления

Влажный насыщенный пар

Состояние влажного насыщенного пара определяется его давлением или температурой и парасодержанием или степенью сухости пара Х. Очевидно, значение Х = 0 соответствует начальному моменту парообразования, а Х = 1 – концу парообразования, т.е. сухому насыщенному пару.

Температура влажного пара есть функция только давления и определяется так же, как температура сухого пара. Удельный объем влажного пара зависит от давления и степени сухости и определяется из следующего уравнения:

υ_Х =υ" ^. х + (1-х) υ'. (9.1)

Из этой формулы получается значение Х:

Х = .(9.2)