Здравствуйте! В природе вода встречается в виде жидкости, и для того чтобы получить ее в газообразном состоянии, то есть превратить в пар, необходимо затратить тепловую энергию. Этот процесс называется парообразованием. В процессе кипения жидкости при постоянном давлении образуется пар, находящийся в состоянии термодинамического равновесия с жидкостью. При этом температура пара и жидкости равна температуре парообразования (насыщения). Температура насыщения пара зависит от давления: Tн=f (p). Чем выше давление р пара, тем больше температура насыщения Тн. Если давление постоянно, то процесс парообразования происходит при постоянной температуре.
Насыщенный пар может быть сухим или влажным. Сухой насыщенный пар не содержит жидкой фазы. Влажный насыщенный пар представляет собой смесь сухого насыщенного пара и жидкости, которая находится во взвешенном состоянии в виде мелких капелек кипящей воды. Благодаря этому влажный пар всегда можно увидеть. Для характеристики влажного насыщенного пара вводят понятие степени сухости х пара. Степень сухости— это отношение массы сухого насыщенного пара ко всей массе влажного пара.
Если температура пара выше температуры насыщения, то пар называют перегретым. Такой пар не может находиться в равновесном состоянии с жидкостью и получается путем нагревания сухого насыщенного пара в объеме, где жидкость отсутствует. Отвод теплоты от перегретого пара приводит к снижению его температуры, тогда как отвод теплоты от насыщенного пара приводит к конденсации определенной его части.
Рассмотрим на pυ-диаграмме процесс парообразования в условиях, когда переход жидкости в пар осуществляется при постоянном давлении. Такой процесс широко применяется в различных установках, предназначенных для производства пара. Например, в котельных агрегатах, в которых получается основная масса пара для энергетических и технических целей, производится пар, имеющий определенное, постоянное для данного агрегата давление.
Процесс получения пара при постоянном давлении p1 показан на рис. 1. Этому процессу соответствует изобара ad. Точка а характеризует начальное состояние жидкости, а отрезок ab — увеличение объема при нагревании жидкости до температуры парообразования. В точке b температура жидкости равна температуре парообразования. На участке bс происходит процесс парообразования при постоянной температуре, сопровождающийся значительным увеличением объема вещества.
При этом вещество представляет собой двухфазную систему из жидкости и насыщенного пара. На отрезке Ьс пар является влажным насыщенным (х<1). Когда испарится вся жидкость, взвешенная в паре, он станет сухим насыщенным (точка с). Дальнейший подвод теплоты приводит к перегреву насыщенного пара и сопровождается увеличением его объема и температуры (отрезок cd на рис. 1).
Правее точки с пар находится в перегретом состоянии. Процессу парообразования при другом, более высоком давлении р на pυ-диаграмме соответствует изобара a'd'. Объем жидкости при температуре кипения в точке b' больше объема в точке b. Точка с' характеризующая состояние сухого насыщенного пара, расположена левее точки с, так как более высокому давлению соответствует меньший удельный объем пара.
С увеличением давления точки, которые изображают состояние воды при температуре парообразования, смещаются вправо, а точки, характеризующие состояние сухого насыщенного пара, располагаются левее. Если соединить точки, соответствующие одинаковым состояниям вещества, то на диаграмме получатся две кривые bb'К и сс'К. Кривую bb'К, определяющую состояние жидкости при температуре кипения, называют пограничной кривой жидкости, а кривую сс'К, которая соответствует состоянию сухого насыщенного пара,— пограничной кривой пара. На этой линии степень сухости пара х= 1.
Пограничные кривые пара и жидкости соединяются в точке К, которая называется критической (для воды параметры критической точки равны tкр = 374,15°C и ркр= = 22,13 МПа). При давлениях, больших, чем в точке К, исчезает различие между свойствами жидкости и пара, так как при высоких давлениях плотность пара становится равной плотности жидкости. Область диаграммы, которая расположена выше изобары ркр, проходящей через точку К, называется сверхкритической областью.
Существование для каждого вещества критической точки и сверхкритических состояний впервые было установлено в 1861 г. Д. И. Менделеевым. Процесс получения пара в сверхкритической области происходит без подвода теплоты и увеличения объема вещества, то есть без образования свободной поверхности жидкости.
Левее линии bК находится область жидкости. Между пограничными кривыми пара и жидкости расположена область влажного насыщенного пара. Изотерма fbce, пересекающая эту область, совпадает с участком bс изобары. Через точку К проходит критическая изотерма f'Ke', которая имеет характерный излом и касается линии bКс.
Правее линии Кс находится область перегретого пара. Изотермы в этой области с увеличением температуры приближаются к равносторонним гиперболам (изотерма f‘‘e‘‘), т. е. свойства пара приближаются к свойствам идеального газа.
В сверхкритической области невозможно изотермическим сжатием превратить пар в жидкость, так как изотермы не пересекают пограничных кривых. В процессе кипения к жидкости подводится теплота парообразования. Удельная теплота парообразования характеризует количество теплоты, которую необходимо подвести к 1 кг жидкости, нагретой до температуры Тн, для превращения ее в пар (измеряется в Дж/кг и обозначается r). Величина r уменьшается с ростом давления и в критической точке К равна нулю. Исп. литература: 1) Основы теплоэнергетики, А.М.Литвин, Москва, Госэнергоиздат, 1958. 2)Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.
Добавить комментарий