Диаграммы термодинамических свойств рабочих тел

Более удобно, хотя и менее точно параметры состояния рабочих тел можно определять по диаграммам. Ниже представлена Ts- диаграмма водяного пара. На ней показана критическая точка К с расходящимися от этой точки линиями степени сухости пара х=1,. х=0 и промежуточными линиями х=const. По Ts-диаграмме можно, например, найти точку, изображающую состояние, заданное давлением и температурой, и определить искомые параметры h, s, x.

Несомненным достоинством диаграмм по сравнению с таблицами является то, что на них можно изображать процессы. Например, на pv-диаграмме рис.1-5 изображен изотермический процесс А-В-С-D. Также и в конце главы 8 дано схематичное изображение в диаграммах круговых процессов рабочего тела, совершаемых в паротурбинной установке и в холодильной машине.

.В практических расчетах параметров водяного пара широко используется также hs-диаграмма. Такая диаграмма приведена в учебном пособии [3].

Методические указания по работе с диаграммами

Решение первой из задач выполняется в два шага.

Шаг первый. Значения двух заданных параметров состояния переносятся на диаграмму, то есть на диаграмме находятся и отмечаются две изо-линии, соответствующие заданным параметрам. На пересечении этих изо-линий отмечается точка, изображающая заданное состояние.

Шаг второй: по другим изо-линиям, проходящим через отмеченную точку или рядом с нею, находятся искомые параметры и функции состояния.

Каждая точка в плоскости прямоугольных координат диаграммы состояний определена значениями, указанными на этих двух координатах. Следовательно, каждая такая точка выражает определенное равновесное состояние данного рабочего тела, поскольку рассматриваемые здесь рабочие тела, как уже отмечалось, имеют два независимых параметра состояния. При вычерчивании диаграмм на плоскость диаграммы наносят точки, для которых с помощью термодинамических таблиц определяют давление, удельный объем, удельную энтальпию, а затем точки с одинаковыми значениями давления соединяют изобарой р=const, надписав на этой линии величину давления в этих точках. Аналогично через точки с одинаковым удельным объемом проводятся изохоры, а через точки с одинаковой энтальпией - изоэнтальпы. Они позволяют не только определять значения параметров заданного состояния, но и изображать на них заданные процессы.

Процесс дросселирования

Если поток вещества проходит через препятствие - узкое отверстие, регулируемое или нерегулируемое, или через длинный тонкий капилляр (капиллярная трубка в бытовом холодильнике), то давление после препятствия падает. Давление пара понижают дросселированием в редукционных и редукционно-охладительных устройствах (РУ,РОУ) в собственных котельных предприятий, чтобы в технологические цеха к аппаратам поступал безопасный по давлению пар. Что происходит при дросселировании с температурой пара, зависит от области состояния, в которой находится дросселируемый пар, и определяется уравнением первого закона термодинамики для открытой системы (1-7а):

q = h_вых- h_вх+ l_техн.

При адиабатном дросселировании поток не совершает никакой технической работы и не вступает в теплообмен, так что

l_техн= q = 0.

Отсюда следует, что при адиабатном дросселировании значения энтальпии потока на входе и выходе из дросселирующего устройства равны (см.также формулу (1- 13)):

h_вх = h_вых.

Полученное условие адиабатного дросселирования позволяет определить, в какой области состояний рабочего тела и в какой степени его температура изменяется при адиабатном дросселировании. Для этого надо на диаграмме состояния проследить направление линий изоэнтальп h = const. Легко можно увидеть, что в области влажного пара температура на изоэнтальпах резко падает с понижением давления. Это свойство области влажного пара используют в парокомпрессионных холодильных машинах, пропуская поток влажного пара хладагента через дроссельное устройство - терморегулирующий вентиль в промышленных холодильных машинах или через капиллярную трубку в бытовых холодильниках - и тем самым понижая вместе с понижением давления потока хладагента и его температуру, например, от 20⁰С до -10⁰С.

Можно также заметить, что в другой области состояний - области перегретого пара изоэнтальпы направлены почти параллельно изотермам. Следовательно, здесь понижение температуры пара при дросселировании незначительно. Поэтому дросселирование, например, сухого насыщенного пара после котла с целью снизить давление до безопасного приводит лишь к незначительному понижению температуры (если редукционное устройство не осуществляет дополнительно впрыск воды для охлаждения пара).