Как найти энтальпию кипения

28

Цель
работы – определение параметров влажного
пара
которые вычисляются на основе
экспериментальных данных и таблиц
термодинамических особенностей сухого
насыщенного пар и кипящей жидкости на
линии насыщения.

Процесс
преобразования воды в перегретый пар
при постоянном давлении (с подведенным
теплом) складывается из трёх последовательных
стадий: подогрев жидкости, парообразования
и перегрев пара. В процессе парообразования
осуществляется переход из кипящей воды
в сухой пар. В обратном процессе (с
отведением теплоты) имеют место такие
стадии: охлаждение перегретого пара,
конденсация, охлаждение жидкости. В
этой работе должен обратить внимание
на характерные особенности стадий и
чётко знать расчётные формулы как
отдельных из них, так и всего процесса
в целом. Первая стадия получения пара
– нагрев жидкости до кипения, процесс
1-2 при постоянном давлении (рис.12). На
начало отсчёта энтальпии для воды и
водяного пар принимают значения i_o=O
при
температуре О
^оС
и давлении
О,101325 МПа.
Без особых
потерь для точности расчётов можно
считать, что при температуре О
^оС
энтальпия не зависит от давления и
равняется нулю. Энтальпия кипящей
жидкости
численно
равна теплотеq
_рд,
которая необходима для нагрева 1кг
жидкости в изобарном процессе от О
^оС
до температуры кипения
.

q
_рд
=

–
i_o=

Вычисляют энтальпию
кипящей воды по формуле:

(1.1)

где
–средняя
теплоёмкость воды. Дж/(кг
К);

–
температура кипения, которая зависит
от давления.

Чем
выше давление пара, тем больше температура
насыщения
и энтальпияi
кипящей
жидкости, которая измеряется в джоулях
на килограмм (Дж/кг).
Энтропия кипящей жидкости:

(1.2)

(изменение
энтропии отсчитывают от О
°С, когда
энтропия условно равна 0).

Вторая стадия –
переход кипящей жидкости в парообразное
состояние – процесс 2-4 (кипение жидкости),
существенно отличается от первой.
Процесс характеризуется не только
постоянным давлением, но и постоянной
температурой, то есть он есть
изобарно-изотермическим, при котором
давление и температура кипения
взаимозависимы.

Парообразование
начинается с момента закипания жидкости
при подведении теплоты и заканчивается
её полным испарением – состояние сухого
пара точка 4 (рис.12). Количество теплоты,
необходимое для преобразования одного
килограмма кипящей жидкости в сухой
пар при постоянном давлении называется
теплотой парообразования
(Дж/кг).

С
повышением давления теплота парообразования
уменьшается, приближаясь к нулю в
критической точке при критическом
давлении

22,13
МПа и
критической температуре
374‚15С.

В
процессе кипения масса жидкости масса
жидкости уменьшается, а количество пара
увеличивается. Состояние, при котором
одновременно существуют кипящая жидкость
и сухой пар называется влажным паром,
точка 3 (рис.12). Массовое соотношение
пара с жидкостью оценивается степенью
сухости
,
которая составляет массовую часть пара
в пароводяной смеси, то есть отношение
массы сухого парак массе влажного пара.
Масса влажного пара равна сумме масс
кипящей жидкости и сухого пара.
Очевидно, что на момент начала выпаривания
доля кипящей жидкости
0,
а на при полном выпаривании для сухого
пара
1.
Пар в последнем случае получил название
сухого насыщенного пара. Если выпаривание
воды не доведено до конца то есть 01,
то пар становится влажным насыщенным,
и на его образование тратится в процессе
выпаривания меньше теплоты, чем для
сухого пара.

Рис. 12

Для
влажного пара энтальпия i_x
и энтропия
s
_x
находятся
по формулам:

;

;
(1.3)

Изменение энтальпии
и энтропии в процессе выпаривания

(1.4)

Энтальпия
и энтропия сухого насыщенного пара при
x=1
составляют

;(1.5)

Третья
стадия – перегрева пара – осуществляется
при дополнительной подачи теплоты до
сухого насыщенного пара, процесс 4-5
(рис.12). В этом случае между давлением
пар и его температурой существует
полнейшая независимость: мы можем
нагреть пар выше температуры насыщения

,
до любой заданной температурыt_пп
=.
Перегретый пар приобретает особенности
близкие к идеальному газу. Теплоту
перегрева рассчитывают по формуле

, (1.6)

где

— средняя удельная теплоёмкость удельного
пара в интервале температурыt_s
… t_пп,
и зависит не только от температуры, но
и от давления (определяют по таблицам
воды и перегретого пара).

Энтальпия перегретого
пара численно равна сумме теплот трёх
последовательных стадий парообразования,
т.е.

(1.7)

Энтропия перегретого
пара также определяет её аддитивную
сторону

.
(1.9)

Таким
образом, энтальпия перегретого пара
численно равна количеству теплоты в
джоулях на килограмм массы, нужной для
нагревания 1кг воды от О
°С до
температуры кипения, дальнейшее
выпаривания и для перегрева до заданной
температуры при постоянном давлении.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

      Здравствуйте! Водяной пар может быть трех видов: влажным насыщенным, сухим насыщенным, перегретым. Рассмотрим все три вида. 

Влажный насыщенный пар. Удельный объем влажного насыщенного пара находится из выражения

υ = υ”x+υ'(1— х),

где υ” — удельный объем сухого насыщенного пара; υ’ — удельный объем воды при температуре парообразования и том же давлении, что и объем υ”.

     Двумя штрихами в технической термодинамике принято обозначать параметры и функции состояния сухого насыщенного пара, а одним штрихом — величины, характеризующие состояние воды при температуре парообразования.

     При небольших давлениях (p < 3 МПа) удельный объем υ’ воды очень мал по сравнению с удельным объемом υ” сухого насыщенного пара. Поэтому при х>0,8 объем жидкости υ'(1—х) можно не учитывать и приближенно определять удельный объем влажного насыщенного пара из соотношения υ ≈ υ”x. В процессе парообразования при постоянном давлении для получения 1 кг влажного насыщенного пара к 1 кг кипящей жидкости необходимо подвести количество теплоты

q=rx (1)

Так как в процессе при р = const количество теплоты равно изменению энтальпии, то величину энтальпии i влажного насыщенного пара можно определить из выражения

q = rx = i—i’ или i=i’+rx. (2)

Энтальпия i’ кипящей воды при температуре парообразования и теплота парообразования г соответствуют тому же давлению, что и энтальпия i. Так как величина энтальпии при 273 К принимается за нуль, то энтальпию i’ кипящей воды можно найти из выражения

(3)

где сm — средняя массовая теплоемкость воды в интервале температур от 273 К до Тн.

     Энтальпия i’ кипящей воды, как следует из выражения (3), численно равна количеству теплоты, которая затрачивается для нагревания 1 кг воды от 0° С до температуры кипения tн при р = const.

     В соответствии с уравнением первого закона термодинамики q = ∆u+l имеем

r = u” — u’ + p*(u” — υ’).

Анализ этого выражения показывает, что теплота парообразования r складывается из внутренней теплоты парообразования u”- u’, затрачиваемой на изменение внутренней энергии (преодоление сил притяжения между молекулами), и внешней теплоты парообразования p (u”- u’), равной работе против внешних сил. Для давлений меньше 20 МПа внешняя теплота парообразования незначительна и не превышает 13% от величины r.

     Энтропию влажного насыщенного пара найдем из выражения

Так как в процессе парообразования при p=const T=const, то с учетом уравнения (1) получим

где s’— энтропия воды при температуре парообразования и том же давлении, что и величины s, г и Tн.
Величину s’ можно определить из соотношения

(4)

или

Пределы интегрирования в выражении (4) приняты в соответствии с условием, что при 273 К энтропия равна нулю.

Сухой насыщенный пар.

     Состояние сухого насыщенного пара определяется значением одного параметра, например давления или температуры парообразования, так как другой параметр состояния — степень сухости — имеет определенное значение х=1. Параметры и функции состояния сухого насыщенного пара можно определить по выведенным выше формулам (1), (2) для влажного пара при условия х = 1.

Перегретый пар.

     Для получения перегретого пара в котельном агрегате устанавливают специальный теплообменник (пароперегреватель), в котором происходит перегрев влажного насыщенного пара. Для характеристики состояния перегретого пара должны быть известны два любых параметра состояния пара, например давление и температура. Вместо параметров могут быть заданы функции состояния (энтальпия или энтропия).

Энтальпия перегретого пара находится из выражения

(5)

где сpm—массовая средняя изобарная теплоемкость пара в интервале температур от Tн до Т.

Энтропия перегретого пара определяется следующим образом

(6)

В уравнения (5) и (6) необходимо подставлять значения величин i”, s” и cpm при том же давлении, для которого определяются энтальпия i и энтропия s. Исп.литература: 1) Теплотехника и теплотехническое оборудование предприятий промышленности строительных материалов и изделий, Н.М. Никифорова, Москва, «Высшая школа», 1981. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,”Вышейшая школа”, 1976.