Какие параметры пара необходимо знать для определения энтальпии сухого насыщенного пара
В фазовых диаграммах Р,v- и T,s cостояния сухого насыщенного пара определяются точками правой пограничной кривой К-Л на линии х=1 рис. 7.12 и 7.13.
Процесс 2-3 фазового перехода жидкости от состояния насыщения в сухой насыщенный пар является изобарно-изотермическим, т.е. здесь изобара совпадает с изотермой насыщения воды. Рассмотрим методику определения калорических параметров сухого насыщенного пара.
Теплота, затраченная на превращение 1 кг жидкости в состоянии насыщения (кипения) в сухой насыщенный пар при постоянном давлении (температуре), называется удельной теплотой парообразования и обозначается буквой r, она может быть определена экспериментально.
Все параметры сухого насыщенного пара отмечаются двумя штрихами (v”, h”, s” и т.д.). Исходя из первого закона термодинамики для процесса парообразования можно записать:
Работа изменения объема при парообразовании называется внешней теплотой парообразования и обозначается буквой Y :
В диаграмме Р,v она представлена площадью под горизонталью 2-3 (рис.7.12). Использовав введенные обозначения, уравнение (7.9) можно представить в виде
При критическом давлении все члены равенства (7.12) равны нулю: r= r = j =0
В изобарном процессе 1-2-3 (рис.7.13) затрачивается теплота для нагрева жидкости от t=0 0 С до состояния сухого насыщенного пара, называющаяся полной теплотой сухого насыщенного пара:
Эта теплота и все ее слагаемые зависят от давления или от температуры насыщения. Зависимость этих величин от температуры насыщения представлена на рис. 7.14.
Теплоту парообразования можно выразить через разницу энтальпий (7.9). Следовательно, энтальпию сухого насыщенного пара можно определить как
Из рис. 7.14 видно, что l ” имеет максимум. Поскольку Рvo‘ несоизмеримо мала по сравнению с l “, то и h” имеет максимум. При этом важно отметить, что максимум энтальпии сухого насыщенного пара h” находится при температуре меньшей, чем у критической точки.
Внутренняя энергия сухого насыщенного пара определяется из соотношения
Изменение энтропии при изобарно-изотермическом процессе парообразования 2-3 может быть определено как
откуда получаем значение энтропии сухого насыщенного пара
Свойства пара определяются его параметрами, то есть величинами, характеризующими состояние пара (давление, температура, степень сухости, энтальпия, теплосодержание и т. д.). Тепловая энергия подводится к паровой турбине при помощи водяного пара, являющегося носителем тепловой энергии (теплоносителем).
Насыщенный пар
Если нагревать воду в открытом сосуде, то температура ее будет постепенно повышаться, пока не достигнет примерно 100 0 С; после этого дальнейшее повышение температуры прекращается и начинается кипение воды, то есть бурный переход ее в парообразное состояние. Температура воды во время кипения остается одной и той же, так же как температура получающегося над водой пара; она равна точно 100 0 С при нормальном атмосферном давлении, равном давлению ртутного столба 760 мм высотой. Искусственно изменяя давление, можно изменять температуру кипения в очень широких пределах; при увеличении давления температура кипения повышается, при уменьшении давления – понижается.
Так, при давлении 0,02 ата (0,02 от атмосферного давления) вода кипит при 17,2 0 С, а при давлении 10 ата при 179 0 С.
Температура пара над водой, из которой он получается (рис. 1), всегда равна температуре этой воды. Получающийся над водой пар называется насыщенный пар.
Определенной температуре насыщенного пара всегда соответствует определенное давление, и наоборот, определенному давлению всегда соответствует строго определенная температура.
В (таблице 1) приводится зависимость между температурой и давлением насыщенного пара.
Измерив термометром температуру насыщенного пара, можно по этой таблице определить его давление или, измерив давление, определить температуру.
При образовании пара в паровое пространство котла всегда попадают частицы воды, увлекаемые выделяющимся паром; особенно сильное увлажнение пара происходит в современных мощных котлах при работе их с большой нагрузкой. Кроме того, насыщенный пар обладает тем свойством, что при самом незначительном отнятии теплоты часть пара обращается в воду (конденсируется); вода в виде мельчайших капелек удерживается в паре. Таким образом, практически мы всегда имеем смесь сухого пара и воды (конденсата); такой пар называется влажный насыщенный пар. Так же как и у сухого насыщенного пара, температура влажного пара всегда соответствует его давлению.
Состав влажного пара принято выражать в весовых частях пара и воды. Вес сухого пара в 1 кг влажного пара называется или и обозначается буковой «х». Значение «х» обычно дают в сотых долях. Таким образом, если говорят, что у пара «х»=0,95, то это значит, что во влажном паре содержится по весу 95% сухого пара и 5% воды. При «х»=1 насыщенный пар носит название сухого насыщенного пара.
Один килограмм воды при своем испарении дает один килограмм пара; объем получающегося пара зависит от его давления, а следовательно, и от температуры. В противоположность воде, которая по сравнению с газами почти несжимаема, пар может сжиматься и расширяться в очень широких пределах.
Энтальпия пара(теплосодержание) – практически определяется как количество тепла, которое нужно для поучения 1 кг пара данного состояния из 1 кг воды при 0 0 С, если нагрев происходит при постоянном давлении.
Понятно, что при одной и той же температуре энтальпии пара значительно больше, чем энтальпия воды. Для того чтобы нагреть 1 кг воды от 0 до 100 0 С, нужно затратить приблизительно 100 ккал тепла, так как теплоемкость воды равна приблизительно единице. Для того же, чтобы превратить эту воду в сухой насыщенный пар, нужно сообщить воде добавочно значительное количество теплоты, которое расходуется на преодоление внутренних сил сцепления между молекулами воды при переходе ее из жидкого состояния в парообразное и на совершение внешней работы расширения пара от начального объема v / (объем воды) до объема v // (объема пара).
Это добавочное количество теплоты называется теплота парообразования.
Следовательно, энтальпия сухого насыщенного пара будет определяться так:
i // =i / +r, ккал/кг,
Например, при давлении 3 кг/см 3 теплосодержание 1 кг кипящей воды равно 133,4 ккал, а теплота парообразования равна 516,9 ккал/кг; отсюда энтальпия сухого насыщенного пара при давлении 3 кг/см 2 будет:
i // =133,4+516,9=650,3 ккал/кг (табл 2)
в сильной степени зависит от его степени сухости; с уменьшением степени сухости пара его энтальпия уменьшается.
Энтальпия влажного пара равна:
Эту формулу легко уяснить себе на следующем примере: допустим, что давление пара 5 кг/см 2 и степень сухости 0,9 иначе говоря, 1 кг этого пара содержит 0,1 кг воды и 0,9 кг сухого пара. По (табл 2) находим, что энтальпия воды при давлении 5 кг/см 2 равна округленно 152 ккал/кг, а энтальпия сухого пара 656 ккал/кг; так как влажный пар состоит из смеси сухого пара и воды, то энтальпия влажного пара в данном случае будет равна:
Следовательно, энтальпия влажного пара будет в этом случае примерно на 50 ккал/кг меньше, чем сухого насыщенного пара того же давления.
Перегретый пар
Энтальпия перегретого пара
Следовательно, она превышает энтальпию сухого насыщенного пара того же давления на величину, выражающую собой количество теплоты, дополнительно сообщенное пару при перегреве; это количество теплоты равно:
а=ср(t2 – t1), ккал/кг,
где ср – средняя теплоемкость 1 кг пара при постоянном давлении. Ее величина зависит от давления и температуры пара; в (табл. 3) даны значения ср для некоторых температур и давлений;
t1 – температура насыщенного пара; t2 – температура перегретого пара.
Энтальпии перегретого пара для некоторых давлений и температур приведены в (табл. 4).
Перегревая свежий пар, мы сообщаем ему дополнительную теплоты, то есть увеличиваем начальную энтальпию. Это приводит к увеличению использованного теплопадения и повышению экономического к.п.д. установки работающей на перегретом паре. Кроме того, перегретый пар при движении в паропроводах не конденсируется в воду, так как конденсация может начаться только с момента, когда температура перегретого пара понизиться на столько, что он перейдет в насыщенное состояние. Отсутствие конденсации свежего пара особенно важно для паровых турбин, вода, скопившаяся в паропроводе и увлеченная паром в турбину, легко может разрушить лопатки турбины.
Преимущество перегретого пара настолько значительны и выгодность его применения настолько велика, что современные турбинные установки работают почти исключительно перегретым паром.
В настоящее время большинство тепловых электростанций строится с параметрами пара свыше 130 – 150 ата и свыше 565 0 С. В дальнейшем для самых мощных блоков предполагается по мере освоения новых жаростойких сталей повысить параметры до 300 ата и 656 0 С.
При расширении перегретого пара его температура понижается, по достижении температуры насыщения перегретый пар проходит через состояние сухого насыщенного пара и превращается во влажный пар.
Знаете ли вы, что пар, генерируемый котлами, не является на 100% насыщенным (влажным)? Когда в паровом котле нагревается вода, сквозь её поверхность пробиваются пузырьки, содержащие в себе крошечные капли пара. И, если только не используется перегреватель, это приводит к тому, что подаваемый пар из добавленной жидкости становится частично влажным (влажный пар).
Коэффициент сухости пара
Коэффициент сухости пара используется для определения доли воды в паре. Если пар содержит 10% воды, он считается сухим на 90%, т.е. его коэффициент сухости равен 0.9.
Сухость пара важна ещё и потому, что непосредственно влияет на общее количество передаваемой энергии, содержащейся в паре (как правило, скрытой теплоты), которая в свою очередь определяет эффективность и качество подогрева.
Например, насыщенный пар (сухой на 100%) при данном давлении содержит 100% скрытой теплоты. В насыщенной воде с сухостью 0% нет скрытого тепла, а есть только контактное.
Рассчитать общее количество тепла влажного пара
Расчетные таблицы обычно содержат такие показатели, как энтальпия (h), удельный объем (ν), энтропия (s) и т.д. для насыщенного пара (сухого на 100%) и для насыщенной воды (с сухостью 0%), но не для влажного пара.
Расчеты производятся просто на основе соотношения пара к воде, как показано в приведенных ниже уравнениях:
Удельный объем (ν) влажного пара
Удельная энтальпия (h) влажного пара
Удельная энтропия (s) влажного пара
Чем влажнее пар, тем меньше будут удельный объем, энтальпия и энтропия, т.к. процент сухости — это фактор 100% состояния. И поскольку паросодержание существенно влияет на все эти величины, для обеспечения большей тепловой эффективности важно подавать пар, сухость которого будет максимально приближаться к 100%.
Взаимосвязь между паросодержанием и энтальпией
Уменьшение паросодержания в процессе транспортировки
В процессе транспортировки потери лучистого нагрева из трубопровода заставляют пар расстаться с частью его латентного тепла и обратно превращают его в воду, тем самым уменьшая коэффициент содержания пара.
Капли воды, содержащиеся в паре
Поскольку влажный пар влияет не только на эффективность теплопередачи, но также может вызвать эрозию трубопровода и критического оборудования, такого как лопасти турбины, настоятельно рекомендуется принять соответствующие профилактические меры и использовать пароотделитель для удаления унесенного потоком конденсата, а также следовать советам следующих статей:
Может ли коэффициент пара быть больше 100%? Хоть это и может показаться маловероятным, но на самом деле может. Когда сухость пара превышает 100%, его называют перегретым паром. Такой тип пара получают путем добавления тепла, превышающего порог насыщенного пара. Добавленное тепло поднимает температуру пара выше точки его насыщения, что позволяет легко определить перегрев, просто измерив температуру.
Основные параметры жидкости и сухого насыщенного пара
Основные параметры жидкости и сухого насыщенного пара
существенно отличается от объема температуры 0°С. например, р = 50 бар, v = 0,0012859 м * / кг,/? = 220 бар 0,00269 мкг. от температуры 0°С до температуры кипения при соответствующем давлении, определяется по формуле м = я ’ — ТФ (11-1） Здесь i-энтальпия кипящей жидкости. энтальпия воды
Количество тепла, затрачиваемого на нагрев воды Людмила Фирмаль
при I ’ 0-0 ° С. В термодинамике энтальпия и Энтропия воды в состоянии, соответствующем тройной точке, равны нулю. •»о = 0; Ио = 0.. • Внутренняя энергия воды в Тройной точке равна u0 = / o — / Vo«, но 7o = 0, поэтому U0 = — p0v0t, u’q = — 0.00611-0.001×105—0.611 Дж / кг-поскольку значение очень мало, мы можем считать внутреннюю
энергию жидкости при 0°C и ’ o x 0. Энтальпия кипящей жидкости определяется давлением или температурой и берется из таблицы насыщенного пара. Внутренняя энергия кипящей жидкости определяется из общей формулы энтальпии： i = u + pv или u = i-pv (11-2） «При дальнейшем подводе тепла к воде, нагретой
воды до насыщенного пара при температуре кипения, называется теплотой испарения и обозначается буквой G. теплота испарения r полностью определяется давлением или температурой., то r уменьшается, и в критической точке оно равно нулю. Теплота испарения r расходуется на работу внутреннего изменения потенциальной энергии или разложения
Если последнее увеличивается Людмила Фирмаль
(разделения) p, а внешняя работа расширения p (v »-v’)-i |> Wein p является внутренней, a ij) — внешней теплотой испарения. Теплота испарения р = р + р(кл-у’) = р +
Образовательный сайт для студентов и школьников
Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.
Здравствуйте! Водяной пар может быть трех видов: влажным насыщенным, сухим насыщенным, перегретым. Рассмотрим все три вида.
Влажный насыщенный пар. Удельный объем влажного насыщенного пара находится из выражения
где υ” — удельный объем сухого насыщенного пара; υ’ — удельный объем воды при температуре парообразования и том же давлении, что и объем υ”.
Двумя штрихами в технической термодинамике принято обозначать параметры и функции состояния сухого насыщенного пара, а одним штрихом — величины, характеризующие состояние воды при температуре парообразования.
При небольших давлениях (p 0,8 объем жидкости υ'(1—х) можно не учитывать и приближенно определять удельный объем влажного насыщенного пара из соотношения υ ≈ υ”x. В процессе парообразования при постоянном давлении для получения 1 кг влажного насыщенного пара к 1 кг кипящей жидкости необходимо подвести количество теплоты
Так как в процессе при р = const количество теплоты равно изменению энтальпии, то величину энтальпии i влажного насыщенного пара можно определить из выражения
q = rx = i—i’ или i=i’+rx. (2)
Энтальпия i’ кипящей воды при температуре парообразования и теплота парообразования г соответствуют тому же давлению, что и энтальпия i. Так как величина энтальпии при 273 К принимается за нуль, то энтальпию i’ кипящей воды можно найти из выражения
где сm — средняя массовая теплоемкость воды в интервале температур от 273 К до Тн.
Энтальпия i’ кипящей воды, как следует из выражения (3), численно равна количеству теплоты, которая затрачивается для нагревания 1 кг воды от 0° С до температуры кипения tн при р = const.
В соответствии с уравнением первого закона термодинамики q = ∆u+l имеем
Анализ этого выражения показывает, что теплота парообразования r складывается из внутренней теплоты парообразования u”- u’, затрачиваемой на изменение внутренней энергии (преодоление сил притяжения между молекулами), и внешней теплоты парообразования p (u”- u’), равной работе против внешних сил. Для давлений меньше 20 МПа внешняя теплота парообразования незначительна и не превышает 13% от величины r.
Энтропию влажного насыщенного пара найдем из выражения
Так как в процессе парообразования при p=const T=const, то с учетом уравнения (1) получим
где s’— энтропия воды при температуре парообразования и том же давлении, что и величины s, г и Tн. Величину s’ можно определить из соотношения
Пределы интегрирования в выражении (4) приняты в соответствии с условием, что при 273 К энтропия равна нулю.
Сухой насыщенный пар.
Состояние сухого насыщенного пара определяется значением одного параметра, например давления или температуры парообразования, так как другой параметр состояния — степень сухости — имеет определенное значение х=1. Параметры и функции состояния сухого насыщенного пара можно определить по выведенным выше формулам (1), (2) для влажного пара при условия х = 1.
Перегретый пар.
Для получения перегретого пара в котельном агрегате устанавливают специальный теплообменник (пароперегреватель), в котором происходит перегрев влажного насыщенного пара. Для характеристики состояния перегретого пара должны быть известны два любых параметра состояния пара, например давление и температура. Вместо параметров могут быть заданы функции состояния (энтальпия или энтропия).
Энтальпия перегретого пара находится из выражения
где сpm—массовая средняя изобарная теплоемкость пара в интервале температур от Tн до Т.
Энтропия перегретого пара определяется следующим образом
В уравнения (5) и (6) необходимо подставлять значения величин i”, s” и cpm при том же давлении, для которого определяются энтальпия i и энтропия s. Исп.литература: 1) Теплотехника и теплотехническое оборудование предприятий промышленности строительных материалов и изделий, Н.М. Никифорова, Москва, «Высшая школа», 1981. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,”Вышейшая школа”, 1976.
