В інженерній практиці широке застосування знаходить h, s- діаграма для води і водяної пари. Таке широке використання h, s- діаграми в теплоенергетичних розрахунках обумовлено тим, що для основних процесів теплоенергетичних установок (ізобарного, Р = const, і адиабатного, s = const) різниці ентальпій представляють їхні головні енергетичні характеристики: кількість теплоти або технічну роботу, які в h, s- діаграмі можуть бути елементарно представлені відрізками вертикальних прямих ліній. В Т, s- діаграмі ці величини представляються складними площами.

За початок відліку ентропії в h, s- діаграмі, як і в Т, s- діаграмі, прийняті параметри потрійної точки рідкої фази води. У цій точці sо '= 0 і Uо' = 0, а ентальпія hо '= 0,000614 кДж / кг буде більше нуля, але чисельна її значення дуже мало. Отже, початок лінії х = 0, відповідне потрійний точці води, розташоване дуже близько до початку координат. При підвищенні тиску і температури ентальпія h 'і ентропія s' рідини на лінії насичення ростуть до критичної точки і прикордонна лінія х = 0 є увігнутою кривою ОК.

Прикордонна крива сухого насиченої пари х = 1 має вигляд кривої КN. Максимальне значення ентальпії (ординати) цієї кривої h "мах = 2801,9 кДж / кг досягається при тиску близько 30 бар і ентропії 6,18 кДж / (кг · К). Слід звернути увагу на те, що критична точка знаходиться лівіше і нижче точки максимальної ентальпії h "мах, а вся прикордонна крива х = 1 розташовується вище горизонталі, проведеної з критичної точки.

Ізобара в h, s- діаграмі є безупинно піднімається лінію, форма якої встановлюється співвідношенням

¶Qp = dhp = (Tds) p,

звідки виходить кутовий коефіцієнт ізобари

. (6.29)

Таким чином, він визначається абсолютною температурою. Отже, ізобари рідини являють собою увігнуті криві, що йдуть зліва направо, оскільки процес нагріву рідини 12 супроводжується зростанням ентропії і підвищенням температури.

В процесі ізобарного пароутворення 23 температура залишається постійною, і ділянку ізобари 23 становить пряму, кут нахилу якої визначається температурою насичення Тн. На прикордонних кривих (х = 0 і х = 1) вода має одну і ту ж температуру, отже, пряма 2-3 є дотичною до кривим 12 і 34.

З підвищенням тиску збільшується температура насичення, і, як випливає з (6.29), в області вологої пари ізобари - ізотерми віялоподібно розходяться.

Ізобара пароутворення 23 плавно переходить в ізобарах перегрітої пари 34, бувши увігнуті розходяться криві, при великій мірі перегріву наближаються до еквідистантним кривим логарифмічного характеру (як для газів).

Критична ізобара проходить через критичну точку К і являє собою увігнуту криву. Ізобари сверхкритического тиску мають такий же вигляд. Ізобара найвищого тиску обмежує поле діаграми. Для точок, розташованих лівіше цієї ізобари, табличних даних немає. Таку ж роль обмежує лінії знизу в області перегрітої пари і в області вологої пари виконує ізобара з тиском 1 кПа.

В області рідини ізобари докритичних тисків мало відступають від лінії х = 0. Тому їх часто вважають співпадаючими з нижньої прикордонної кривої.

Ізотерми в h, s- діаграмі є складні лінії. Ізотерми рідини при низьких температурах, починаючи від 0 ° С, з підвищенням тиску піднімаються вгору (криві опуклістю вгору); при високих температурах - крива опуклістю вниз.

В області вологої пари ізотерми збігаються з изобарами. В області перегрітої пари ізотерми мають вигляд кривих опуклістю вгору, що йдуть зліва направо. При низьких температурах кривизна і підйом незначні. При температурах, близьких до критичної, в області високих тисків ізотерми перегрітої пари круто йдуть вгору, маючи велику кривизну. В областях низького тиску все ізотерми перегрітої пари наближаються до горизонтальних прямим (властивості пара близькі до властивостей ідеальномого газу).

Ізотерма найвищої, наявної в таблицях температури розглядається як лінія, що обмежує діаграму зверху. Для станів вище цієї ізотерми табличних даних немає.

Ізохорами в h, s- діаграмі є плавні криві, крутіше изобар. Вони можуть перетинати тільки одну прикордонну криву (х = 0 або х = 1), в залежності від того, питома обсяг їх менше або більше питомої обсягу води в критичній точці.

На рис. 6.22 виділена ізобара 1234 і показані у вигляді відрізків значення ентальпії, ентропії та їх різниці для характерних станів води і пара на цій ізобарі. Точці 1 відповідає стан рідини при t = 0 ° С і даному тиску. На рис. 6.22 область рідини збільшена за масштабом в порівнянні з областями пара, це зроблено для більшої наочності в зображенні ліній. Так при Р = 100 бар і t = 0 ° С в точці 1 ентальпія води h0 = 10,1 кДж / кг (для порівняння, при тому ж тиску h '= 417,5 кДж / кг і h "= 2675,7 кДж / кг). Точкою е зазначений стан вологої пари зі ступенем сухості х. Лінія x = const будується зі співвідношення

.

Для практичних розрахунків використовується не повна діаграма h, s, а тільки її робоча зона в області пара, найчастіше застосовується в інженерній практиці. Вона розташовується правіше критичної точки, включаючи в себе області вологої пари і перегрітої пари (рис. 6.23). Ліва область незображується, так як в ній лінії изобар, ізотерм, изохор і постійні ступеня сухості розташовуються дуже близько один від одного і незручні в практичному використанні.

Застосовуючи робочу діаграму h, s, можна отримати повну інформацію про парі, стан якого задано точкою. Так, наприклад, на рис. 6.23 в діаграмі h, s задана точка 1, яка визначає стан вологого насиченого пара. Положення точки задається двома параметрами, наприклад тиском Р1 і ступенем сухості x1. По осях координат читаються значення ентальпії h1 і ентропії s1. Через точку 1 проходить ізохора, що визначає питомий об'єм пари v1. Температура t1 визначається по изотерме, що проходить через точку 1 і відгалужується від ізобари P1 на прикордонній кривої x = 1 в області перегрітої пари. Аналогічно знаходяться параметри стану пара, заданого будь-якою точкою (парою параметрів) в діаграмі h, s. Деякі або всі точки, що виходять за межі області робочої h, s- діаграми водяної пари, знаходяться за таблицями термодинамічних властивостей води

Date: 2015-05-09; view: 1 223; Порушення авторських прав