Свойства водяного пара

Размещено на http://www.allbest.ru/

Свойства водяного пара

Состояние водяного пара характеризуется следующими основными параметрами: температурой, давлением, удельным объемом или обратной ему величиной - плотностью. В зависимости от их величины пар может быть сухим насыщенным, перегретым и влажным.

Сухим насыщенным называется пар, находящийся в фазовом равновесии с водой. Он бесцветен и прозрачен. В состоянии насыщения пар находится при строго определенном соотношении между давлением и температурой. Это значит, что каждой величине давления соответствует строго определенная температура насыщенного пара, а каждой температуре - определенное давление насыщения. С ростом температуры давление насыщения возрастает. Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от температуры и давления приведены в табл. 1, 2 приложения.

Перегретым называется пар, имеющий температуру более высокую, чем температура насыщенного пара, находящегося под таким же давлением. Перегретый пар, так же как и сухой насыщенный, - прозрачный и бесцветный. Чтобы получить перегретый пар из насыщенного, последний надо нагреть. Разность температур перегретого и насыщенного пара при равном давлении называется перегревом пара. В отличие от насыщенного пара, перегретый пар определенного давления может иметь разную температуру.

Влажным называется насыщенный пар, содержащий взвешенные капельки воды. Эти капельки рассеивают свет, придавая пару белый цвет и лишая его прозрачности. Получить влажный пар можно путем охлаждения сухого насыщенного пара.

Состояние перегретого пара дополнительно к перечисленным выше параметрам характеризуется степенью насыщенности или, как еще называют эту величину, относительной упругостью пара :

,(1.1)

где _п и _н - плотность перегретого и насыщенного пара, кг/м³; v_п и v_н - удельный объем перегретого и насыщенного пара, м³/кг.

Состояние влажного пара дополнительно характеризуется степенью сухости . Ее можно определить как отношение массы сухого насыщенного пара, содержащегося во влажном паре, к общей массе влажного пара. Значение степени сухости = 0 соответствует воде в состоянии кипения, а = 1 - сухому насыщенному пару. Для давления p_п < 3 МПа и 0,8 степень сухости равна

,(1.2)

где _х - плотность влажного пара, кг/м³; v_х - удельный объем влажного пара, м³/кг.

Сухой насыщенный и перегретый пар при невысоком давлении (p < 0,1 МПа) близок по своим свойствам к идеальным газам. Его параметры с достаточной для технических расчетов точностью определяются по уравнению Клапейрона:

,(1.3)

где p_п - давление пара, Па; R_п - газовая постоянная водяного пара, равная 461,58 Дж/(кгК); T - температура пара, К.

С учетом сказанного нетрудно показать, что степень насыщенности пара выражается отношением

,(1.4)

где p_н - давление насыщенного пара, Па.

Важным параметром, характеризующим состояние водяного пара, является энтальпия, которая включает теплоту:

1) затрачиваемую на подогрев воды от 0⁰С до температуры кипения при постоянном давлении (энтальпию кипящей воды);

2) необходимую для перевода кипящей жидкости в сухой насыщенный пар при постоянном давлении (теплоту парообразования);

3) затрачиваемую на перегрев сухого насыщенного пара при постоянном давлении.

Таким образом, удельная энтальпия перегретого пара определяются по формуле

, Дж/кг,(1.5)

где i? - удельная энтальпия кипящей воды, Дж/кг; r - удельная теплота парообразования, Дж/кг; с_п - удельная теплоемкость пара, Дж/(кгК); t - температура перегретого пара, ⁰С; t_н - температура кипения при давлении перегретого пара, ⁰С; i_н - удельная энтальпия насыщенного пара, Дж/кг.

Удельная энтальпия сухого насыщенного и влажного пара рассчитывается соответственно по формулам

, Дж/кг;(1.6)

, Дж/кг.(1.7)

Значения удельной энтальпии кипящей воды и удельной теплоты парообразования в зависимости от температуры и давления приведены в табл. 1, 2 приложения. Удельная теплоемкость водяного пара зависит от температуры. Ее можно найти в табл. 3 приложения. Если в ходе какого-либо процесса температура пара при атмосферном давлении изменяется от 0 до 120⁰С, то без большой ошибки для конечного результата расчетов его удельную теплоемкость можно принять равной с_п = 1,88 кДж/(кгК).

водяной пар энтальпия, насыщенность

Примеры

Пример № 1. Определить состояние водяного пара, находящегося под давлением p_п = 250 000 Па, если его температура составляет: а) t₁ = 115⁰С; б) t₂ = 132⁰С.

Решение. Согласно табл. 2 приложения, давлению p_п = 250 кПа соответствует температура насыщения t_н = 127,43⁰С. Поскольку t₁ t_н, то в первом случае пар является влажным. Для второго случая t₂ t_н, т. е. пар является перегретым.

Ответ: а) влажный; б) перегретый.

Пример № 2. Водяной пар, имеющий температуру t = 156⁰С, находится под давлением p_п = 0,5 МПа. Определить степень его насыщенности.

Решение. По табл. 1 приложения, применив метод интерполяции, определяем, что температуре t = 156⁰С соответствует давление насыщения p_н = 561 212 Па. Далее, использовав формулу (1.4), находим

.

Ответ: = 0,891.

Пример № 3. Влажный пар, находящийся под давлением p_п = 900 кПа, имеет степень сухости = 0,93. Определить его плотность и удельный объем.

Решение. По табл. 2 приложения находим, что при давлении p_п = 900 кПа плотность насыщенного водяного пара составляет _н = 4,65 кг/м³. Преобразовав формулу (1.2), рассчитываем плотность влажного пара

кг/м³.

Удельный объем пара находим как величину, обратную плотности:

м^з/кг.

Ответ: _х = 5 кг/м³, v_х = 0,2 м³/кг.

Пример № 4. Водяной пар при атмосферном давлении имеет температуру t = 127⁰С. Определить степень его насыщенности и удельный объем.

Решение. По табл. 1 приложения, применив метод интерполяции, находим, что температуре t = 127⁰С соответствует давление насыщения p_н = 248 646 Па. По формуле (1.4) определяем степень насыщенности пара

.

Преобразовываем формулу (1.3) и рассчитываем удельный объем пара:

м³/кг.

Ответ: = 0,402, v_п = 1,85 м³/кг.

Пример № 5. Пар при температуре t = 85⁰С имеет удельный объем v_п = 2,5 м³/кг. Определить удельную энтальпию пара.

Решение. Находим плотность пара:

 кг/м³.

Согласно табл. 1 приложения, температуре t = 85⁰С соответствует плотность насыщенного пара _н = 0,354 кг/м³. Поскольку _{п н}, то в задаче задан влажный пар. По формуле (1.2) находим степень сухости влажного пара:

.

По табл. 1 приложения для t = 85⁰С определяем удельную энтальпию кипящей воды и удельную теплоту парообразования i? =356 кДж/кг, r = 2296 кДж/кг. Расчет энтальпии пара проводим по формуле (1.7):

i_x = 356 + 22960,885 = 2388,0 кДж/кг.

Ответ: i_x = 2388,0 кДж/кг.

Пример № 6. Относительная упругость пара при температуре t = 140⁰С составляет = 80%. Определить плотность и удельную энтальпию пара.

Решение. Пар, заданный в задаче, - перегретый. По табл. 1 приложения для температуры t = 140⁰С определяем давление насыщения и плотность насыщенного пара: p_н = 361 360 Па, _н = 1,966 кг/м³. Преобразовываем формулу (1.1) и находим плотность заданного в задаче пара:

кг/м³.

Аналогично, используя формулу (1.4), рассчитываем давление перегретого пара

 Па.

По табл. 2 приложения находим, что такое давление является насыщенным при температуре t_н = 132,2⁰С. Таким образом, пар перегрет от температуры насыщения t_н = 132,2⁰С до температуры t = 140⁰С. По табл. 3 приложения определяем удельную теплоемкость пара для этого диапазона температуры, которая оказывается равной с_п = 1,91 кДж/(кгК). По табл. 1 приложения для t_н = 132,2⁰С находим удельную энтальпию насыщенного пара

кДж/кг.

По формуле (1.5) рассчитываем удельную энтальпию перегре-того пара

i = 2723,9 + 1,91(140 - 132,2) = 2738,8 кДж/кг.

Ответ: _п = 1,573 кг/м³; i_п = 2738,8 кДж/кг.

Размещено на Allbest.ru