Диаграммы TS и hS для водяного пара

Диаграмма TS (рис. 5.3) служит для графического определения величины количества теплоты, затраченного в том или ином процессе изменения состояния водяного пара, и исследования циклов тепловых двигателей, в частности паровых.

За начало расчета на диаграмме TS принимают состояние воды при t = О °С, или Т = 273 К. Давление при этом не имеет значения, если исходить из того, что вода не сжимаема; энтропию принимают равной нулю.

Используя данные таблиц (см. приложения 3—5), можно построить изобары на диаграмме TS. Кривая 1 -2 представляет собой нагревание воды в паровом котле до температуры насыщения. Точка 2 соответствует температуре насыщения при давлении pv По смыслу диаграммы TS площадь 1-2-А-0-1 измеряет количество теплоты, подведенной к воде для ее нагревания до температуры насыщения при давлении рг.

В точке 2, соответствующей температуре кипения при выбранном давлении, прекращается повышение температуры и начинается кипение воды. При дальнейшем подводе теплоты энтропия увеличивается, а температура остается постоянной; процесс окончания парообразования изображается точкой 2'; таким образом, процесс парообразования изображается линией 2-2', параллельной оси абсцисс. Площадь 2-2'-В-А-2 соответствует теплоте парообразования г.

Дальнейший подвод теплоты сопровождается повышением температуры. Это процесс перегрева пара, изображенный близкой к логарифмическому виду кривой 2'-2". Площадь В-2'-2"-С-В измеряет количество теплоты, затраченное на перегрев пара, qn.

Рис. 5.3. Диаграмма Г5для водяного пара

Таким образом, если на диаграмме TS дана какая-либо точка 4, то для того, чтобы графически найти энтальпию, соответствующую этой точке, нужно через эту точку провести изобару, и тогда площадь, ограниченная изобарой, осью абсцисс, осью ординат и ординатой, проходящей через заданную точку, в некотором масштабе измеряет энтальпию пара в этой точке.

Если построить изобару процесса парообразования при другом, более высоком давлении, то начальное состояние изобразится той же точкой 1, изобара нагревания жидкости до температуры кипения пойдет в направлении 1-3, но начало парообразования произойдет при более высокой температуре и будет характеризоваться точкой 3, которая будет лежать выше точки 2 на той же логарифмической кривой.

Процесс парообразования будет изображаться линией 3-3' и закончится в точке 3', которая находится левее точки 2'. Процесс перегрева будет изображаться кривой З'-З".

Если продолжать построение для более высоких давлений, можно получить сетку изобар. Точки 2 и 3 по мере повышения давления будут сближаться, и критическая изобара не будет иметь прямолинейного участка и изобразится кривой 1 -2-3-4-4".

Линия 1-4 является нижней пограничной кривой. Для получения верхней пограничной кривой следует соединить точки К, 3', 2', 1 Линия K-V будет верхней пограничной кривой. Между линиями 1-4 и осью ординат будет находиться область воды, между линиями 1-4 и 4-1' — область влажного насыщенного пара, правее линии K-V — область перегретого пара.

Определение энтальпии пара на диаграмме TS связано с измерением площадей или с интерполированием между кривыми, что недостаточно точно. Эти недостатки устраняются использованием диаграммы hS, в которой по оси ординат отложены значения энтальпии, а по оси абсцисс — значения энтропии.

Построение диаграммы hS производится по таблицам (см. приложения 3—5). По значениям h' и соответствующим значениям S' строится нижняя пограничная кривая, а по значениям h" и соответствующим значениям S" строится верхняя пограничная кривая. Это будут кривые ОК и КС. Взяв на обеих кривых точки с одинаковым давлением, их соединяют прямыми линиями. Это будут изобары. В области влажного насыщенного пара изобары будут совпадать с изотермами.

Изобары и изотермы в области перегретого пара не совпадают. Они строятся по данным таблиц (см. приложение 5). По построению видно, что изобары будут направлены вверх, а изотермы — вправо.

В области влажного насыщенного пара наносятся линии степени сухости.

В некоторых случаях на диаграмму наносят изохоры, которые, так же как изобары, направлены вверх, но идут круче изобар.

На практике используют только часть диаграммы, относящуюся к области состояний, наиболее часто применяемых в теплотехнике (рис. 5.4). Значения параметров на диаграмме hS отнесены к 1 кг.

Рис. 5.4. Фрагмент диаграммы hS

Автор: Смирнова Марина