Водяной пар используется в промышленности обычно в условиях, близ-

Ких к конденсации пара, и его поведение не подчиняется законам, справед-

Ливым для идеального газа. Поэтому уравнение состояния идеального газа

(2.1,а) неприменимо для расчетов водяного пара. Лучшие результаты дает

Уравнение Ван-дер-Ваальса, однако и оно пригодно лишь для оценочных

Расчетов. В связи с этим для практических расчетов состояний воды и

Водяного пара используют справочные таблицы, построенные по экспери-

Ментальным данным.

В промышленности водяной пар получают в паровых котлах и систе-

Мах испарительного охлаждения печей при практически постоянном давле-

Нии. Поэтому в дальнейшем изучим изобарные процессы при нагреве воды

До температуры кипения, процесс кипения и перегрев полученного пара.

Рассмотрим эти процессы, пользуясь диаграммой р _ v (рис. 2.8).

Пусть в исходном состоянии (точка

а) имеем воду при температуре 0ｰС и

При некотором давлении р1.

Сообщая воде (1 кг воды или

пара) определенное количество

Теплоты, доведем ее до кипения

(точка b). При этом температура

Воды равна температуре Тs1, а

Удельный объем v1, так как при

Повышении температуры происходит

Расширение жидкости.

В точке b имеем воду при

Температуре кипения. Дальнейший

Подвод теплоты в изобарно-изотермических условиях обеспечивает непре-

Рывный процесс кипения.

Это приводит к увеличению количества пара и росту удельного объема.

Между точками b и с система представляет собой смесь кипящей

Воды с насыщенным паром и называется влажным насыщенным паром.

В точке с вся вода превращена в пар с удельным объемом v2, находя-

Щимся при температуре насыщения (кипения), который называется сухим

Насыщенным паром. Дальнейший подвод теплоты приводит к тому, что

Температура пара оказывается выше температуры кипения, и удельный объем

также увеличивается. Такой пар (точка d) называется перегретым.

В качестве характеристики состава влажного пара используется вели-

Чина, представляющая массовую долю сухого насыщенного пара в этой

смеси, называемая __________степенью сухости и обозначаемая х.

Таким образом в точке b значение х = 0, а в точке с значение х = 1.

Дальнейшее увеличение давления приведет к сближению точек b и с (см.

Точки e и f), которые в конце концов, при некотором давлении, называемом

Критическим, сольются в одну точку К, которая называется критической. В

Этой точке свойства воды и насыщенного пара неразличимы.

Для воды критическое давление равно 22,1 МПа, а критическая темпе-

ратура 374,12 ｰС.

Как следует из ранее рассмотренного, при анализе уравнения Ван-дер-

Ваальса, кривая beК является пограничной кривой жидкости, а кривая Кfc

_ пограничной кривой пара.

Область I диаграммы, расположенная слева от пограничной кривой

Жидкости, соответствует воде в жидком состоянии, область II между

пограничными кривыми _ влажному насыщенному пару и область III

справа от пограничной кривой пара _ перегретому пару.

На пограничных кривых состояние системы однозначно определяется одним

параметром, например, давлением или температурой. В других областях

диаграммы для однозначного определения состояния системы необходимо

Задать два параметра состояния.

Рассмотрим процесс образования пара на диаграмме T _ s (рис. 2.9).

Точка а, соответствующая воде при температуре То = 0 ｰС, расположена на

Оси ординат, так как энтропия воды при этой температуре условно принята

Равной нулю. При подводе теплоты температура воды возрастает вплоть до

Температуры кипения Тs1 в точке b. Дальнейший подвод теплоты определяет

Протекание изобарно-изотермического процесса кипения воды, которое

Сопровождается возрастанием энтропии вдоль отрезка прямой bc до точки с,

В которой имеем сухой насыщенный пар. Продолжая подвод теплоты, полу-

чим перегретый пар (точка d) с температурой, превышающей Тs1. Площадь,

Расположенная между отрезком bc и осью абсцисс, соответствует теплоте,

Которая необходима для полного превращения 1 кг воды в сухой насыщен-

ный пар при температуре кипения, равной скрытой теплоте парообразования

r (Дж/кг).

С ростом давления температура кипения растет, поэтому увеличится и

Энтропия кипящей воды (точка e), так как для нагрева воды до большей

Температуры Тs2 необходимо большее количество теплоты. Следовательно,

Точка e сдвинется вправо по отношению к точке b. С другой стороны, скры-

тая теплота парообразования при