Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Анализ трех стадий получения перегретого пара
На рис. 1 представлена схема современного парогенератора, в котором подогрев, испарение и перегрев пара производится соответственно в водяном экономайзере 2, испарительных поверхностях 3 и пароперегревателе 6. На фазовых pv- и Тs- диаграммах (рис.2), где область двухфазного состояния ограничена кривыми х = 0 и х = 1, изобарный процесс получения пара изображается линией ad. Упомянутые выше три стадии характеризуются отрезками: ab – подогрев жидкости; bc – паропреобразование; cd – перегрев пара.
Рис. 2 – Процессы превращения воды в перегретый пар в pv - и Тs -диаграммах
Подогрев воды до температуры кипения. За начальную температуру воды, поступающей в парогенератор, принимают температуру t = 0 оС. Удельный объем воды при t = 0 оС принимается равным vа = 0, 001 м3/к г. Вследствие незначительной сжимаемости воды, линия АА оказывается почти вертикальной прямой. Левее от нее находится область равновесного сосуществования воды и льда. За начало отсчета и, h, s для воды принято считать тройную точку А, где ро = ра = 0, 000611 МПа; vо = 0, 001 м3/к г; tо = 0, 01 оС, а вещество находится одновременно в трех состояниях: твердой, жидкой и газообразной. Тогда считают для всех состояний на линии АА' vо = 0, 001 м3/к г; ио = 0; hо = 0; sо = 0. Конечное состояние воды в стадии подогрева (точка b) – жидкость, доведенная до состояния кипения, где температура насыщения tн = f (рн). С увеличением давления температура насыщения увеличивается. Например, для воды температура кипения при различных давлениях такова:
Состоянию кипящей (или насыщенной) воды для различных давлений будет соответствовать линии АК, которая называется нижней пограничной кривой, где х = 0. Она изображает зависимость удельных объемов кипящей воды v' от давления. Параметры кипящей жидкости обозначаются соответствующими буквами со штрихом (v', h', и', s' и т.д.) и приводятся в таблицах в зависимости от давления рн или температуры tн [4, 5, 6]. Количество теплоты, необходимое для осуществления первой стадии, составляет . (1) Изменение внутренней энергии при подогреве воды при р = const . (2) Изменение энтропии в процессе подогрева . (3) На TS -диаграмме (рис. 2) изобарный процесс подогрева воды изображается логарифмической кривой ab. В действительности изобары воды на TS -диаграмме располагаются левее линии х = 0 (см. рис. 2). Испарение. Начальное состояние – насыщенная жидкость с параметрами на линии х = 0: рн, tн, v', h', и', S' и т.д. Таким образом, процесс парообразования bс является одновременно изобарно-изотермическим (рн = const, tн = const), что соответствует всем процессам фазовых превращений (затрачиваемая теплота расходуется не на повышение температуры, а только на преодоление сил притяжения между молекулами и на работу расширения пара). Состоянию сухого насыщенного пара при разных давлениях будут соответствовать линия ВК, которая называется верхней пограничной кривой, в каждой точке которой степень сухости х = 1. Параметры сухого насыщенного пара обозначаются двумя штрихами (v", h", и", s" и т.д.). Их зависимость от рн и tн приведена в таблицах [4, 5, 6]. Следует обратить внимание на то, что в процессе испарения удельный объем резко увеличивается. Так, для воды при р = 0, 1 МПа удельный объем кипящей воды v' = 0, 001043 м3/к г, тогда как v" = 1, 696 м3/к г, т.е. объем увеличивается более чем в 1600 раз. С увеличением давления эта разница уменьшается и в критической точке К v' = v" = vкр = 0, 0032 м3/к г. Количество теплоты, затрачиваемое на испарение в процессе bс, называется теплотой парообразования или теплотой фазового превращения r. Для процесса при р = const , (4) откуда энтальпия сухого насыщенного пара . (5) Из уравнения первого закона термодинамики для изобарного процесса (6) следует, что теплота парообразоания расходуется на изменение внутренней энергии при постоянной температуре (т.е. на преодоление сил сцепления между молекулами) и на работу расширения . Таким образом . (7) Величину r называют внутренней теплотой парообразования (она составляет более 80%), а величину y - внешней теплотой парообразования. Численное значение r может быть найдено из уравнения Клапейрона-Клаузиуса (8) а зависимость r = f(р) приводится в [4, 5, 6]. Если для какого либо вещества известна зависимость р = f (t) и экспериментально найдена разность , то из (8) может быть определена теплота фазового превращения r. Аналогичным образом могут быть найдены и теплоты других фазовых превращений (плавления и сублимации). Из Ts -диаграммы следует, что с повышением давления r уменьшается и при критических параметрах (точка К) r = 0, т.е. в этих условиях процесс парообразования как таковой отсутствует. Между линиями х = 0 и х = 1 состояние – влажный насыщенный пар, может быть определено, если кроме рн или tн будет известна степень сухости х. Удельный объем влажного насыщенного пара составляет . (9) По аналогии с (9) энтальпия, внутренняя энергия и энтропия влажного пара могут быть подсчитаны соответственно по формулам: , (10) , (11) . (12) Перегрев пара. Он характеризуется повышением температуры до t > tн при р = const за счет дополнительного подвода теплоты к сухому насыщенному пару в пароперегревателе 6 (рис. 1 процесс cd). Удельный объем пара v, энтальпия h, температура Т при перегреве увеличиваются. Разность называется степенью перегрева пара. Состояние перегретого пара, в отличие от насыщенного, определяется не одним, а двумя независимыми параметрами – обычно давлением р и температурой t, т.е. . Эти связи приведены в таблицах [4, 5, 6]. Количество теплоты, необходимое для перегрева 1 к г сухого пара до требуемой температуры при постоянном давлении, называется теплотой перегрева qпе. Аналогично предыдущему можно записать , (13) откуда энтальпия перегретого пара . (14) Учитывая, что согласно первому закону термодинамики изменение внутренней энергии будет равно . (15) Изменение энтропии в процессе изобарного перегрева . (16) Из (16) с учетом (12) энтропия перегретого пара составит . (17) Следовательно, процесс перегрева пара на TS -диаграмме изображается логарифмической кривой cd. Теплота перегрева пара qпе будет изображаться площадью, лежащей под кривой cd. Поскольку количество теплоты в изобарном процессе равно разности энтальпий (), то площадь под изобарой на Ts -диаграмме будет определять температуру процесса
|