Водяной пар. Процесс парообразования

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ «РОСТОВСКИЙ-НА-ДОНУ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

Специальность 08.02.08 «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения»

Выполнила: студентка гр. ДГ -11
Соловьёва Д.А.
Учитель: Данко И.В.

2020 год.

и пара. 
Т - s-диаграмма водяного пара. 
h- s-диаграмма водяного пара.
Уравнение состояния реальных газов.

воды при температуре 0 °С поместим в цилиндр с подвижным

поршнем. Приложим к поршню извне некоторую постоянную силу Р. Тогда при площади поршня F давление будет постоянным и равным p=P/F. Изобразим процесс парообразования, т. е. превращения вещества из жидкого состояния в газообразное, в р,v-диаграмме.

на диаграмме точкой a0. При подводе теплоты к воде ее температура постепенно повышается до

тех пор, пока не достигнет температуры кипения ts, соответствующей данному давлению. При этом удельный объем жидкости сначала уменьшается, достигает минимального значения при t=4°С, а затем начинает возрастать. (Такой аномалией — увеличением плотности при нагревании в некотором диапазоне температур — обладают немногие жидкости. У большинства жидкостей удельный объем при нагревании увеличивается монотонно). Состояние жидкости, доведенной до температуры кипения, изображается на диаграмме точкой а'.

объема. В цилиндре теперь находится двухфазная среда — смесь воды

и пара, называемая влажным насыщенным паром. По мере подвода теплоты количество жидкой фазы уменьшается, а паровой — растет. Температура смеси при этом остается неизменной и равной ts, так как вся теплота расходуется на испарение жидкой фазы. Следовательно — процесс парообразования на этой стадии является изобарно-изотермическим. Наконец, последняя капля воды превращается в пар, и цилиндр оказывается заполненным только паром, который называется сухим насыщенным. Состояние его изображается точкой а".

из которой он образуется. 
Динамическое равновесие заключается в том, что количество

молекул, вылетающих из воды в паровое пространство, равно количеству молекул, конденсирующихся на ее поверхности. В паровом пространстве при этом равновесном состоянии находится максимально возможное при данной температуре число молекул.
 Давление насыщенного пара является монотонно возрастающей функцией его температу­ры, или, что то же самое, температура насыщенного пара есть монотонно воз­растающая функция его давления.

насыщенным паром. Его удельный объем и температура являются функциями давления.

Поэтому состояние сухого пара можно задать любым из параметров — давлением, удельным объемом или температурой.
Двухфазная смесь, представляющая собой пар со взвешенными в нем капельками жидкости, называется влажным насыщенным паром. Массовая доля сухого насыщенного пара во влажном называется степенью сухости пара и обозначается буквой х.

характеризуется двумя параметрами: давлением (или температурой насыщения ts, определяющей это давление) и

степенью сухости пара.
 Перегретым называется пар, температура которого превышает температуру насыщенного пара того же давления. Состояние перегретого пара, как и любого газа, определя­ется двумя любыми независимыми пара­метрами.

постоянном увеличении давления мы достигнем такой точки, в которой удельные

объемы жидкости и пара сравняются. Эта точка называется критической. В критической точке различия между жидкостью и паром исчезают. Для воды параметры критической точки К составляют: ркр=221,29·105 Па; tкр = 374,15 °С; vкр = 0,00326 м3/кг.
Критическая температура — это максимально возможная температура сосуществования двух фаз: жидкости и насыщенного пара. При температурах, больших критической, возможно существование только одной фазы. Название этой фазы (жидкость или перегретый пар) в какой-то степени условно и определяется обычно ее температурой. 

пара, является давление, соответствующее тройной точке. Под последней понимается то единственное

состояние, в котором могут одновременно находиться в равновесии пар, вода и лед (точка А' на рисунке). Параметры тройной точки для воды: р0 = 611 Па; t0 = 0,01 °С; v0=0,00100 м3/кг.
Процесс парообразования, происходящий при абсолютном давлении р0=611 Па, показан на диаграмме изобарой А'А", которая практически совпадает с осью абсцисс. При более низких давлениях пар может сосуществовать лишь в равновесии со льдом. Процесс образования пара непосредственно из льда называется сублимацией.

точка которой соответствует состоянию 1 кг воды при 0°С и

давлении р, нижнюю пограничную кривую II, представляющую зависимость от давления удельного объема жидкости при температуре кипения, и верхнюю пограничную кривую III, дающую зависимость удельного объема сухого насыщенного пара от давления.
Все точки горизонталей между кривыми II и III соответствуют состояниям влажного насыщенного пара, точки кривой II определяют состояние кипящей воды, точки кривой III — состояния сухого насыщенного пара.

пара берутся из таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара.

В этих таблицах термодинамические величины со штрихом относятся к воде, нагретой до температуры кипения, а величины с двумя штрихами — к сухому насыщенному пару.
Поскольку для изобарного процесса подведенная к жидкости теплота  q=h1 – h2, то, применив это соотношение к процессу а'а", получим g=r=h’’- h’),
Величина r называется теплотой парообразования и определяет количество теплоты, необходимое для превращения одного килограмма воды в сухой насыщенный пар той же температуры.

которого отсчитываются величины s', принято состояние воды в тройной точке. Так как

состояние кипящей воды и сухого насыщенного пара определяется только одним параметром, то по известному давлению или температуре из таблиц воды и водяного пара берутся значения v', v" , h', h" ,s', s", r.

Поскольку в 1 кг влажного пара содержится x кг сухого и

кг кипящей воды, то , аналогично


Непосредственно из таблиц взять па­раметры влажного пара нельзя. Их опре­деляют по приведенным выше формулам по заданному давлению (или температу­ре) и степени сухости.
Однофазные состояния некипящей воды и перегретого пара задаются двумя параметрами. По заданным давлению и температуре из таблиц воды и перегре­того пара находят значения v, h, s.

кроме таблиц используется Т - s-диаграмма. Она строится путем переноса числовых данных

таблиц водяного пара в Т - s-координаты.
На диаграмму наносят изобары, изохоры и линии постоянной степени сухости, для чего каждую изобару а'а" делят на одинаковое число частей и соединяют соответствующие точки линиями x = const. Область диаграммы, лежащая ниже нулевой изотермы, отвечает различным состояниям смеси пар+лед.

принять энтропию s и энтальпию h, то каждое состояние можно изобразить точкой на

h-s-диаграмме.
h, s-диаграмма для водяного пара, строится путем переноса числовых данных таблиц водяного пара в h-s-координаты.
За начало координат принято состояние воды в тройной точке. Откладывая на диаграмме для различных давлений значения s' и h'' для воды при температуре, кипения, а также s" и h" для сухого насыщенного пара, получаем нижнюю и верхнюю пограничные кривые.

прямых. Действительно, в процессе р=const 

или .

где b — тот наименьший объем, до которого

можно сжать газ. 
из данного выражения
получаем уравнение Ван-дер-Ваальса
или
 По мере повышения температуры концентрация комплексов с большим числом молекул быстро уменьшается, а доля одиночных молекул растет. Большую склонность к ассоциации проявляют полярные молекулы водяного пара.