Pobierz Przemiany fazowe substancji jednorodnych i więcej Skrypty w PDF z Fisica tylko na Docsity! 1 PARA WODNA 1. PRZEMIANY FAZOWE SUBSTANCJI JEDNOROD- NYCH Para wodna najczęściej jest produkowana w warunkach stałego ciśnienia. Przy niezmiennym ciśnieniu zmiana wody o stanie początko- wym odpowiadającym punktowi pęcherzyków w parę nasyconą suchą odbywa się w stałej temperaturze. Tak samo zachowują się inne jednoskładnikowe ciecze. Para mokra (nasycona mokra) zawiera dwie fazy: ciekłą i lotną. Fazą ciekłą jest woda o stanie punktu pęcherzyków. Fazą lotną jest para nasycona sucha. Stopień suchości pary mokrej (pary nasyconej mokrej) oblicza się ze wzoru "' "" mm m m m x (1.1) m” – ilość pary nasyconej suchej w parze mokrej, kg m’ – ilość cieczy o stanie punktu pęcherzyków w parze mokrej, kg 2 m – ilość pary mokrej, kg Ciepło (entalpia) parowania dla procesu izobaryczno- izotermicznego ssTiir s '" (1.2a) i” – entalpia właściwa pary nasyconej suchej, kJ/kg i’ – entalpia cieczy w punkcie pęcherzyków, kJ/kg Ts – temperatura wrzenia (nasycenia), K s” – entropia właściwa pary nasyconej suchej, kJ/(kg·K) s’ – entropia właściwa cieczy w punkcie pęcherzyków, kJ/(kg·K) Strumień ciepła oddawanego podczas skraplania strumienia m pary nasyconej mokrej o stopniu suchości x oblicza się ze wzo- ru xrmQ (1.2b) Przyjmuje się, że H2O ma energię wewnętrzną i entropię równą zero w stanie ciekłym dla parametrów punktu potrójnego: ptr = 611,2 Pa Ttr = 273,16 K (0,01ºC) 1 kg pary mokrej składa się z 1 - x kg cieczy w stanie punktu pęcherzyków oraz x kg pary nasyconej suchej. Stąd objętość właściwą, entalpię właściwą i entropię właściwą pary mokrej wyznacza się odpowiednio z zależności )'"('"')1( vvxvxvvxvx [m 3 /kg] (1.3) )'"('"')1( iixixiixix [J/kg] (1.4) )'"('"')1( ssxsxssxsx [J/(kg·K)] (1.5) Energia wewnętrzna właściwa pary (nasyconej) mokrej xxx pviu [J/kg] (1.6) )'"('"')1( uuxuxuuxux [J/kg] (1.7) 5 Parametry punktu krytycznego dla H2O: pK = 220,6 bar; TK = 647 K (373,8ºC) W obszarze pary mokrej (tzn. od x = 0 do x = 1) izobary po- krywają się z odpowiednimi izotermami. Np. izobara 1,01325 bar pokrywa się z izotermą 100ºC. 6 Wykresy p-v oraz T-s pary wodnej są wykorzystywane podczas różnorodnych analiz teoretycznych. 7 Wykres i-s pary wodnej ma największe znaczenie praktyczne. Wykorzystywany jest on do obliczeń inżynierskich. 2. PRZEMIANY CHARAKTERYSTYCZNE PAR 2.1. Przemiana izobaryczna idemp Przemiana izobaryczna występuje m.in. w: kotłach parowych, nagrzewnicach parowych i skraplaczach. Jednostkowa praca bezwzględna 1221 2 1 )( vvpdvvpl v v [J/kg] (2.1) Jednostkowa praca techniczna 021 tl [J/kg] (2.2) Ponieważ 021 tl , na podstawie pierwszej zasady termody- namiki jednostkowe ciepło przemiany jest równe 1221 iiq [J/kg] (2.3) 10 2121 sTq (2.10) 2.4. Adiaterma odwracalna - izentropa 2121 ,0,0 ssqdq Ponieważ 021 q , z równań pierwszej zasady termodynamiki dostajemy ss uuul 212121 (2.11) sst iiil 212121 (2.12) 2.5. Adiaterma nieodwracalna 0,0,0 2121 sqdq Przemiana adiatermiczna występuje m.in. w turbinach paro- wych. 212121 iiili (2.13) Sprawność wewnętrzna maszyny przepływowej - rozprężanie sst i i ii ii l l 21 21 21 21 (2.14) - sprężanie 12 12 21 21 ii ii l l s i st i (2.15) - a)
entalpia właściwa i
b)
ekspansja Pr kompresja
Ę
5
$
=
g
4
8
5
EJ
entropia właściwa s o entropia właściwa s
Rys. 5.34. Adiabatyczna nieodwracalna przemiana pary wodnej
11