Диаграмма p,V водяного параПоместим в цилиндр с поршнем, нагруженным произвольной силой 1 кг воды при температуре 0 °С и будем подводить к нему теплоту (рис. 25).
Рис. 25
Пусть в состоянии I вода находился под давлением p, температура t = 0 °С, удельный объем V 0. При нагревании воды объем ее увеличивается при том же давлении до величины V', а температура достигнет температуры кипения (насыщения) ts состояние 2. При дальнейшем подводе теплоты часть кипящей воды превратился в пар. Таким образом, в цилиндре находится смесь пара и кипящей жидкости. Пар в смеси с кипящей жидкостью называется влажным насыщенным, т.е. это пар, находящийся в динамическом равновесии с жидкостью. Характеризуется такое состояние параметрами p, Vx, ts – состояние 3. Дальнейший подвод теплоты, приводит к полному испарению. Наступает момент, когда вся жидкость переходит в пар. Такое состояние называет сухим насыщенным паром и характеризуют параметрами p, V'', ts – состояние 4. При дальнейшем подводе к насыщенному пару теплоты, температура его повышается и он становится перегретым – с параметрами p, Vпл, tпл – состояние 5. Перегретым паром будем называть пар, у которого температура при заданном давлении выше температуры насыщения. Таким образом, процесс получения пара из жидкости можно разделить на 3 стадии: I – нагрев води до температуры кипения, II – получение пара (процесс кипения) и III – процесс перегрева пара. Эти стадии протекают при постоянном давлении и изображаются изобарой. Построим изобару в системе p, V – координат нанесем на нее характерные состояния: жидкости при t 0 = 0 °С (точка a), начала кипения (точка b), влажного насыщенного пара (точка c), сухого насыщенного пара (точка d) перегретого пара (точка e).
Положение точки c на изобаре зависит от соотношения между количеством пара и кипящей жидкости, а точка e от величин перегрева пара. Если рассмотреть процесс парообразования при других, но постоянных давлениях (p 3 > p 2 > p 1 > p), можно заметить, что точки b, b', b'' определяющее состояние начала кипения с повышением давления смещаются вправо. Это обстоятельство объясняется увеличением – удельного объема V' вследствие повышения температуры насыщения Соединим характерные точки b, b'... и d, d'... кривыми и назовем их пограничными кривыми. Объем жидкости V 0 при температуре t 0 = 0 с повышением давления изменяется незначительно, соединив точки a, a' кривой получим так называемую нулевую изотерму, которую можно считать практически вертикальной. Разность объемов сухого насыщенного пара и кипящей жидкости (V'' – V') уменьшается с увеличением давления и при некотором давлении становится равной кулю. В этой точке, различие между паром и жидкостью исчезают, такое состояние вещества называют критическим. Критическая температура – это предельная температура, при которой возможно это существование жидкости и пара. При температуре выше критической возможно существование вещества только в виде газообразного состояния. Для воды ркр = 22,129 МПа, tкр = 374,15 с, Vкр = 0,00326 м3/кг. Кривая ВК – объединяет состояния начала кипения жидкости при различных давлениях и называется левой или нижней пограничной кривой. Кривая КД объединяет состояния сухого насыщенного пара при различных давлениях и называется правой или верхней пограничной кривой. Между кривыми ВК и КД находится область влажного насыщенного пара; левее кривой ВК – область недогретой до кипения жидкости; правее кривой КД – область перегретого пара. Состояние в области влажного пара определяется температурой (или давлением и степенью сухости) V пара, под которой будем понимать массовое отношение сухого насыщенного пара к массе смеси кипящей жидкости и сухого насыщенного пара
|
. Точки d смещаются влево, что объясняется уменьшением удельного объема V'' вследствие повышения давления.
состояние вещества соответствует началу кипения (левая пограничная кривая.), степень сухости Х = 0. Если вещество находится в состоянии сухого насыщенного пара (правая пограничная кривая) Х = 1. Следовательно, степень сухости изменяется в пределах 0 £ Х £ 0.
