Tabele cu proprietățile termodinamice ale apei și aburului

Pentru a determina parametrii stării apei și vaporilor de apă, se folosesc tabele cu proprietăți termodinamice (termofizice) ale apei și vaporilor de apă. Tabelele moderne sunt întocmite folosind Sistemul Internațional de Unități SI. Următoarele denumiri ale mărimilor fizice și dimensiunile acestora sunt utilizate în tabele:

p– presiune, Pa: 1 MPa = 10 3 kPa = 10 6 Pa = 10 bar;

T– temperatura, K;

t– temperatura, o C:

v– volum specific, m 3 /kg;

h– entalpia specifică, kJ/kg;

s– entropia specifică, kJ/(kg×deg).

În calculele termodinamice, parametrii sunt acceptați (cu excepția pŞi t) notat pentru un lichid la temperatura de saturație (fierbere) prin indicele „prim” ( v", h", s"), pentru abur saturat uscat cu indicele "două timpi" ( v"", h"", s"") și pentru aburul saturat umed cu indicele " X" (v x, h x, s x). Tabelele arată, de asemenea, valorile căldurii specifice de vaporizare r = h"" – h" și diferența de entalpie în starea de saturație s"" Și s".

Pentru abur saturat umed (nivel de uscare 0< x < 1) параметры пара рассчитываются по формулам:

v x = v" + x (v"" – v"); (2.74)

h x = h" + x (h"" – h") = h" +x×r; (2.75)

s x = s" + x (s"" – s"). (2.76)

În plus, v" < v x< v""; h" < h x < h""; s" < s x < s"".

Pentru lichid la t < t n şi pentru abur supraîncălzit la t > t n parametrii de apă și abur se găsesc conform tabelului de abur supraîncălzit

La p £ p kr = 22,115 MPa, tabelul este împărțit printr-o linie orizontală în două părți: cea superioară – pentru regiunea lichidă; cel de jos este pentru abur supraîncălzit. Interfața dintre aceste zone trece la t = t n.

La p > p nu există o tranziție de fază vizibilă de la apă la abur și substanța rămâne omogenă (lichid sau abur). Limita convențională dintre lichid și vapori în acest caz poate fi luată în funcție de izoterma critică.

Energia internă pentru apă și vapori de apă nu este dată în tabele, este determinată de formula:

u = h – p× v. (2.77)

Dacă uŞi h au dimensiunea kJ/kg, atunci presiunea trebuie exprimată în kPa, iar volumul specific în m 3 /kg.

Diagrama h – S (entalpie – entropie) este utilizat pe scară largă în calculele proceselor cu abur și ciclurilor centralelor termice.

În scopuri practice diagrama h– s nu este îndeplinită pentru toate regiunile de fază ale apei, ci doar pentru o regiune limitată de vapori de apă (Fig. 2.17).

Pe diagrama de lucru h– s se aplică o grilă densă de izobare, izocore, izoterme și linii de uscăciune constantă X. După cum sa menționat deja, în regiunea aburului umed saturat izoterma coincide cu izobară și, din punct de vedere geometric, acestea sunt linii drepte. Cu cât presiunea este mai mare, cu atât izobara este mai abruptă și mai aproape de axa ordonatelor.

În practică, sunt supuse calculului patru procese termodinamice principale de modificare a stării apei și vaporilor de apă: izobar ( p= const), izocor ( v= const), izotermic ( T= const), adiabatic ( dq= 0). Imagine procesele specificateîn grafice p– vŞi T– s este prezentat în fig. 2.15 și 2.16.

Starea aburului saturat umed este determinată în tehnologie de presiune rși gradul de uscăciune X. Punctul care reprezintă această stare este situat la intersecția izobarei și a dreptei X= const. Starea aburului supraîncălzit este determinată de presiune r si temperatura t. Punctul care descrie starea aburului supraîncălzit se află la intersecția izobarei și izotermei corespunzătoare.

Orez. 2.17 Funcționează h–s diagrama vaporilor de apa

Calculele principalelor procese de vapori de apă pot fi efectuate atât analitic, cât și grafic, folosind h– s diagrame. Metoda analitică este complicată din cauza naturii greoaie a ecuațiilor de stare a vaporilor de apă.

Tabelul 2.4 oferă formule de calcul pentru determinarea cantității de căldură, a lucrării de modificare a volumului și a modificării energiei interne pentru principalul procese termodinamice.

Tabelul 2.4: Formule de calcul procese termodinamice de bază

... Pentru apăpereche. Practicclasele Laborator ...

Tabelul prezintă proprietățile termofizice ale vaporilor de apă pe linia de saturație în funcție de temperatură. Proprietățile aburului sunt date în tabel în intervalul de temperatură de la 0,01 la 370°C.

Fiecare temperatură corespunde presiunii la care vaporii de apă se află în stare de saturație. De exemplu, la o temperatură a vaporilor de apă de 200°C, presiunea acestuia va fi de 1,555 MPa sau aproximativ 15,3 atm.

Capacitatea termică specifică a aburului, conductivitatea termică și conductibilitatea sa termică cresc pe măsură ce temperatura crește. De asemenea, densitatea vaporilor de apă crește. Vaporii de apă devin fierbinți, grei și vâscoși, cu o capacitate termică specifică mare, ceea ce are un efect pozitiv asupra alegerii aburului ca agent de răcire în unele tipuri de schimbătoare de căldură.

De exemplu, conform tabelului, capacitatea termică specifică a vaporilor de apă C p la o temperatură de 20°C este de 1877 J/(kg grade), iar când este încălzit la 370°C, capacitatea termică a aburului crește la o valoare de 56520 J/(kg grade).

Tabelul prezintă următoarele proprietăți termofizice ale vaporilor de apă pe linia de saturație:

• presiunea vaporilor la temperatura specificată p·10 -5, Pa;
• densitatea vaporilor ρ″ , kg/m3;
• entalpie specifică (de masă). h″, kJ/kg;
• r, kJ/kg;
• capacitatea termică specifică a aburului C p, kJ/(kg grade);
• coeficient de conductivitate termică λ·10 2, W/(m grade);
• coeficientul de difuzivitate termică a·10 6, m2/s;
• vâscozitatea dinamică μ·10 6, Pa·s;
• vâscozitatea cinematică ν·10 6, m2/s;
• numărul Prandtl Pr.

Căldura specifică de vaporizare, entalpia, difuzibilitatea termică și vâscozitatea cinematică a vaporilor de apă scad odată cu creșterea temperaturii. Vâscozitatea dinamică și numărul Prandtl al aburului cresc.

Atenție! Conductivitatea termică din tabel este indicată la puterea de 10 2. Nu uitați să împărțiți la 100! De exemplu, conductivitatea termică a aburului la o temperatură de 100°C este de 0,02372 W/(m deg).

Conductibilitatea termică a vaporilor de apă la diferite temperaturi și presiuni

Tabelul prezintă valorile conductivității termice ale apei și vaporilor de apă la temperaturi de la 0 la 700 ° C și la presiune de la 0,1 la 500 atm. Dimensiunea conductibilității termice W/(m deg).

Linia de sub valorile din tabel înseamnă tranziția de fază a apei în abur, adică numerele de sub linie se referă la abur, iar cele de deasupra se referă la apă. Conform tabelului, se poate observa că valoarea coeficientului și a vaporilor de apă crește pe măsură ce presiunea crește.

Notă: conductivitatea termică din tabel este indicată în puteri de 10 3. Nu uitați să împărțiți la 1000!

Conductibilitatea termică a vaporilor de apă la temperaturi ridicate

Tabelul prezintă valorile conductivității termice ale vaporilor de apă disociați în dimensiunea W/(m deg) la temperaturi de la 1400 la 6000 K și la presiune de la 0,1 la 100 atm.

Conform tabelului, conductivitatea termică a vaporilor de apă la temperaturi ridicate creste considerabil in zona 3000...5000 K. La valori mari de presiune, coeficientul maxim de conductivitate termica se realizeaza la temperaturi mai ridicate.

Atenție! Conductivitatea termică din tabel este indicată la puterea de 10 3. Nu uitați să împărțiți la 1000!

Calculele tehnice ale proceselor de schimbare a stării apei și a vaporilor de apă și a ciclurilor de abur sunt efectuate folosind tabele cu proprietățile termodinamice ale apei și vaporilor de apă. Aceste tabele sunt compilate pe baza unor date experimentale fiabile, cu coordonarea rezultatelor experimentale și a valorilor calculate la niveluri interstatale.

În țara noastră, standardul aprobat este tabelele proprietăților termodinamice ale apei și vaporilor de apă elaborate de M.P. Rivkin, A.A. Acestea includ date despre proprietățile termodinamice ale apei și vaporilor de apă în intervalul de modificări de presiune de la 0,0061 la 1000 bar și temperatură de la 0 la 1000 o C.

Tabelele conțin toate datele necesare pentru calcularea parametrilor termodinamici în zonele cu lichid, abur umed și abur supraîncălzit. Tabelele nu arată valorile energiei interne pentru a o calcula relația u = h - Pv. Când se calculează energia internă, este necesar să se acorde atenție corespondenței unităților de măsură ale entalpiei h, aceasta este dată în tabele în kilojuli pe kilogram (kJ/kg) și produsul pv, atunci când se utilizează presiunea în kilopascali ( kPa), acest produs va fi, de asemenea, în kilojuli pe kilogram (kJ/kg).

Tabelele sunt construite după cum urmează. Primul și al doilea tabel descriu proprietățile apei și vaporilor de apă în stare saturată în funcție de temperatură (tabelul I) și presiune (tabelul 2). Aceste două tabele oferă dependența parametrilor de liniile x = 0 (apă saturată) și x = 1 (abur saturat uscat) de temperatură și presiune. Toți parametrii sunt găsiți folosind o singură valoare; în tabel 1 – după temperatură, în tabel. 2 – în funcție de presiunea de saturație. Acești parametri definitori se găsesc în coloanele din stânga tabelelor. Urmează în coloanele din dreapta valorile P n și t n corespunzătoare: v" și v", h" și h", r=h"-h", s" și s", s"-s". Parametrii cu o singură cursă se referă la apa în stare de saturație, cu două curse – la abur saturat uscat. Parametrii aburului saturat umed sunt determinați prin calcul folosind gradul de uscare x. Pentru a facilita aceste calcule, valorile lui r și s"-s" sunt date în tabele. De exemplu, volumul specific, entalpia și entropia aburului umed sunt determinate folosind formulele

v x = v" + x(v" - v");h x = h" + xr;s x = s" + x(s" - s").

Gama de parametri definitori ai acestor tabele: de la t = 0 o C la t cr = 374,12 o C și de la P = 0,0061 bar la P cr = 221,15 bar, adică. limita inferioară– punctul triplu al apei, limita superioară – punctul critic al apei.

Trebuie remarcat faptul că ca parametru determinant în tabel. 1 și 2, puteți utiliza oricare dintre parametrii (v", v", h", h", s", s") și nu doar presiunea și temperatura de saturație. Deoarece în practica inginerească P și t acționează cel mai adesea ca parametri determinanți, ei sunt plasați în coloana din stânga.

Următorul - al treilea - tabel descrie proprietățile apei și aburului supraîncălzit. Gama lor este de la 0 la 1000 o C (poate până la 800 o C) și de la 1 kPa la 100 MPa. Aici sunt necesare două cantități ca parametri determinanți. În 3 tabele, aceasta este presiunea - linia orizontală de sus - și temperatura - coloana din stânga. Sub linia presiunilor există un dreptunghi în care sunt dați toți parametrii stării de saturație corespunzători unei presiuni date. Acest lucru vă permite să navigați rapid în starea de fază a apei și aburului și, fără a răsfoi tabele, să efectuați calculele necesare pentru diferite stări de fază ale apei. Fiecare presiune și temperatură din cele 3 tabele sunt date v, h, s în coloanele verticale corespunzătoare.

Pentru orientarea vizuală, parametrii fazelor lichide și de vapori sunt separați în aceste coloane prin aldine linii orizontale. Deasupra acestor linii este faza lichidă a apei, dedesubt este aburul supraîncălzit. La presiuni peste critice (22,12 MPa), aceste linii de separare sunt absente, deoarece la parametrii supercritici nu există o linie de tranziție de fază vizibilă a lichidului în vapori.

În tabel 3, pe lângă P și t, orice pereche de parametri poate acționa ca determinanți: P, t, v, h, s.

Când orientați în stările de fază ale apei și aburului folosind tabele, trebuie să vă amintiți:

1) cu P = const:

t< t н – жидкая фаза воды,

t > t n – abur supraîncălzit,

T = t n – al treilea parametru este necesar,

De exemplu:

h = h" - apă clocotită,

h = h" - abur uscat saturat,

h"< h < h" – влажный пар,

h< h" – жидкая фаза воды,

h > h" - abur supraîncălzit,

h"< h < h" – влажный пар.

2) la t = const:

R< Р н – перегретый пар,

P > P n – faza lichidă a apei,

P = P n - asemănător cu t = t n cu P = const cu orientare spre h, v, s.

Unele ediții de tabele includ 2 părți: prima în SI, unde P este în Pa, h - în kJ/kg și a doua în GHS, unde P este în kgf/cm2 și h este în kcal/kg.

6.8. diagrama T, s pentru apă și abur

Pentru a ilustra procesele de modificare a stării apei și a vaporilor de apă și a ciclurilor de abur, diagrama T,s este utilizată pe scară largă. Oferă o cantitate mare de informații care permit să se judece caracteristicile efectelor energetice și eficiența termică a ciclurilor.

Valoare nulă entropia corespunde punctului triplu al lichidului (0,01 o C sau 273,16 K și 611,2 Pa). Construcția liniilor parametrilor constanți și a funcțiilor de stare se realizează conform datelor din tabelele proprietăților termodinamice ale apei și vaporilor de apă. Folosind valorile tabulate ale relației dintre temperatura de saturație Tn și entropia lichidului în fierbere s" și aburului saturat uscat s", puteți construi curbele limită inferioară (x=0) și superioară (x=1). Aceste curbe de frontieră se conectează la punct critic K cu coordonatele T cr = 647,27 K (374,12 o C) și s cr = 4,4237 kJ/(kg K). Linia x = 0 începe în punctul triplu al lichidului la T = 273,16 K și s 1 "= 0. Vaporii saturati uscati în punctul triplu corespund entropiei s N "= 9,1562 kJ/(kg K) (vezi Fig. 6.21, punctul N). Sub linia orizontală 1N există o zonă de sublimare, aici în stânga liniei x = 1 este regiunea fazei solide și a aburului, iar în dreapta liniei x = 1 este regiunea aburului supraîncălzit. Deasupra liniei x = 0 se află o regiune a fazei lichide, iar deasupra liniei x = 1 există o regiune de abur supraîncălzit. Nu există zonă de tranziție vizibilă de la regiunea de fază lichidă la regiunea de vapori la parametrii supercritici în mod condiționat, această tranziție poate fi luată în funcție de parametrii critici T cr, P cr sau v cr, luând în considerare regiunea de deasupra punctului critic și la nivelul; dreapta lui P cr sau v cr să fie regiunea de vapori.

Izobara presiunii subcritice din diagrama T,s este o curbă complexă 1234. Este formată din trei părți: 12 în regiunea lichidă, 23 în regiunea aburului saturat umed, 34 în regiunea aburului supraîncălzit. Configurația izobară poate fi setată utilizând panta din expresie

¶q p = (c p dT) p = (Tds) p ,

de unde coeficientul unghiular va fi egal cu

Pe baza expresiei coeficientului unghiular (6.28), care determină unghiul de înclinare al tangentei la izobară, rezultă că în regiunea lichidului și în regiunea aburului supraîncălzit, atunci când este furnizată căldură, valorile de T/c p și s crește, unghiul de înclinare al tangentei crește, adică. aici izobara este o curbă concavă. Mai mult, în regiunea lichidă la presiuni joase c p este o valoare care variază puțin în funcție de temperatură, iar izobara este o curbă logaritmică. În regiunea aburului supraîncălzit, c p depinde puternic de temperatură, iar izobara este o curbă logaritmică cu un logaritm variabil (natura modificării c p în regiunea aburului supraîncălzit a fost scrisă mai devreme). În regiunea aburului saturat umed, izobara coincide cu izoterma, c p =±¥, iar în diagrama T,s reprezintă o linie dreaptă orizontală 23.

La presiuni joase (până la 100 bar), izobarele lichide sunt foarte aproape de curba limită inferioară (x = 0). Prin urmare, atunci când utilizați Diagramele T,s pentru a ilustra procesele apei și aburului, se presupune adesea că izobarele lichidului coincid cu linia x=0.

Zona de sub izobara 12 (încălzirea lichidului) corespunde căldurii lichidului q", sub izobara 23 (vaporizare) - căldura de vaporizare r, sub 34 (supraîncălzirea aburului) - căldura de supraîncălzire q p. zona sub procesul 2e corespunde căldurii consumate la evaporare x-a bataie de la 1 kg de lichid saturat.

Pentru orice stare din regiunea aburului saturat umed (punctul e), gradul de uscare poate fi determinat grafic ca raportul a două segmente izobare dintre curbele limită x=0 și x=1:

.

Folosind acest principiu, se pot construi linii cu grade constante de uscare x=const.

Izobara de presiune critică în punctul critic K are o inflexiune aici tangenta la aceasta este o dreaptă orizontală. Izobarele de presiune supercritică nu cad în regiunea de abur umed și sunt curbe în continuă creștere cu puncte de inflexiune la care tangentele au o pantă minimă. Aceste puncte corespund valorilor maxime ale capacității de căldură izobară.

Izocori cu v< v кр пересекают только нижнюю пограничную кривую х=0 и размещаются в области жидкости при высоких давлениях и температурах, а в области влажного насыщенного пара – при низких давлениях и температурах.

Pentru toate izocorele corespunzătoare unui anumit volum mai mare decât volumul specific de lichid în punctul triplu al apei, cu scăderea presiunii și a temperaturii aburului umed, gradul său de uscare tinde spre zero, dar nu va ajunge niciodată la el, de aceea izocorile nu ajunge niciodată la curba limită inferioară (cu excepția regiunii anormale în intervalul de temperatură 0 - 8 o C).

Izocorile cu v > v cr în regiunea aburului supraîncălzit sunt curbe concave (mai abrupte decât izobarele), iar în regiunea aburului umed - curbe de dublă curbură: convexe - la grade mari de uscăciune și concave - la grade scăzute de uscăciune. Mai mult, ele intersectează doar curba la granița dreaptă x = 1.

În fig. Figura 6.21 prezintă liniile entalpiilor constante h=const. În regiunea aburului supraîncălzit, isenthalpe este o curbă netedă cu o tangentă negativă a unghiului de înclinare la ea. Isenthalpii care se deplasează din regiunea vaporilor umezi în regiunea lichidului au un punct de rupere pronunțat pe linia x = 0. În regiunea lichidului, panta isentalpei se modifică astfel încât la valori scăzute ale entalpiilor temperatura scade cu creșterea presiunii, iar la valori mari ale entalpiilor o creștere a presiunii este însoțită de creșterea temperaturii.

În fig. 6.21 la punctele 2 și 3 sunt trasate tangente la curbele de frontieră x=0 și x=1. Subtangentele c" și c" reprezintă capacitățile termice ale vaporilor saturați lichizi și uscati pe curbele limită (când starea se schimbă de-a lungul x=0 și x=1). Se pare că c">0 și c"<0. Последнее означает, что при понижении температуры для поддержания пара в состоянии сухого насыщенного к нему необходимо подводить теплоту.

©2015-2019 site
Toate drepturile aparțin autorilor lor. Acest site nu pretinde autor, dar oferă o utilizare gratuită.
Data creării paginii: 2016-04-15

Tabelele cu proprietățile termofizice ale apei și aburului de apă sunt destinate calculelor proceselor în sistemele cu abur de apă și abur-apă în două faze. Acestea sunt calculate folosind formule aprobate de Comitetul Internațional pentru Ecuații pentru Apă și Abur. Acest comitet aprobă două sisteme de ecuații pentru calcularea proprietăților termodinamice ale apei și aburului. Unul este destinat calculelor științifice și, de fapt, tabele cu proprietățile apei și ale aburului sunt calculate din el. Celălalt, mai puțin precis, dar mai simplu, este destinat calculelor de inginerie pe un computer.

Tabelele pentru condiții monofazate (apă sau abur supraîncălzit) și bifazate (abur umed) sunt diferite. Starea monofazată este determinată în mod unic de doi parametri independenți, prin urmare tabelele cu proprietățile termodinamice ale apei și aburului supraîncălzit au două argumente - presiune și temperatură. Mai jos este o parte a unui astfel de tabel (Tabelul 5.1).

Pentru fiecare dată în tabel. 5.1 presiunea p în intervalul 1 kPa - 98 MPa arată valorile volumului specific v, m3/kg, entalpie /, kJ/kg și entropia s, kJ/(kgK), la temperaturi de la O până la 800 °C în trepte de 10 °C. Antetul tabelului arată, de asemenea, valorile temperaturii de saturație /n, °C, volumele specifice v" și v", entalpiile V și /" și entropiile s" și s" pentru apă saturată și uscată

Tabelul 5.1

Proprietățile termodinamice ale apei și aburului supraîncălzit _

abur saturat, respectiv, la o presiune dată. Datele situate deasupra liniei aldine se referă la apă, dedesubt - la abur supraîncălzit.

Starea de echilibru a unui sistem cu două faze este descrisă fără ambiguitate de un singur parametru independent, prin urmare tabelele cu proprietățile termodinamice ale apei și vaporilor de apă într-o stare saturată au un argument - presiunea sau temperatura. De obicei, pentru ușurință în utilizare, manualele de referință oferă ambele tabele posibile: unul cu argumentul „temperatură”, celălalt cu argumentul „presiune”. Mai jos este o parte a unui astfel de tabel (Tabelul 5.2).

Tabelul 5.2

Proprietățile termodinamice ale apei și vaporilor de apă în stare de saturație (prin presiune)

Denumirile din tabel. 5.2 sunt aceleași ca în tabel. 5.1, căldura de transformare de fazăr= eu"- kJ/kg.

Pentru calculele de inginerie, o diagramă / este adesea folosită în loc de tabele.s vapori de apă. În mod obișnuit, această diagramă acoperă regiunea aburului supraîncălzit, o parte a curbei limitei superioare și regiunea aburului umed cu un grad de uscare x\u003e 0,6 (Fig. 5.10). Diagrama prezintă izobare de la 0,001 la 100 MPa și izoterme de la 20 la 800 °C, precum și izocore de la 0,005 la 80 m 3 /kg.

Pentru a determina toți parametrii vaporilor de apă din diagramă(pag , t, v, /,s, x ) este necesar să se găsească un punct pe diagramă corespunzător stării aburului luate în considerare. Pentru a face acest lucru, trebuie specificați doi parametri independenți. Trebuie amintit că în starea de saturație, presiunea determină în mod unic temperatura de saturație și, dimpotrivă, temperatura determină presiunea de saturație. Prin urmare, spre deosebire de regiunea aburului supraîncălzit, în regiunea aburului umed, toți parametrii pot fi determinați dacă este specificată vreo pereche de parametri, cu excepția perechii presiune-temperatura.

În fig. Figura 5.10 arată cum se găsește poziția unui punct din regiunea aburului supraîncălzit la o presiune și temperatură date (punctul 7). Dacă

Orez. 5.10. Determinarea parametrilor aburului prin /", s-diagrama

la punctul 1 începe procesul de expansiune adiabatică la o presiune cunoscută p2, atunci poziția punctului 2 este determinată de această presiune și entropie 52 = ^1-

Pentru a determina temperatura aburului umed din diagrama /, s, de exemplu,2, această temperatură trebuie determinată la aceeași presiunep 2 și gradul de uscare x = 1 (punctul2"). Temperatura într-un punct2" nu diferă de temperatura punctului2, întrucât ambele corespund stării de saturație la aceeași presiune.

Din diagrama /, s, se poate determina cu ușurință munca externă pe care aburul o face în timpul expansiunii adiabatice h = i(- i2, precum și căldura furnizată în procesul izobaric 2-4. Această căldură #2-4 = T ~ h nu poate fi este definită ca q = cp(t4 - t2), deoarece în secțiunea 2-2" temperatura aburului nu se modifică, iar căldura este cheltuită pentru formarea aburului. După cum se va arăta în Capitolul 6, când aburul este stropit, entalpia nu se modifică atunci când aburul este stropit din starea , caracterizată de punctul 7, la presiunea ръ

pozitia punctului 3 iar parametrii aburului în această stare pot fi găsiți prin presiune p 3 iar entalpia / 3 = eu Y.

Exemplele date mai sus arată că utilizarea unei diagrame /, ^ face posibilă calcularea cu ușurință a parametrilor și proceselor în vapori de apă, deși cu mai puțină acuratețe decât atunci când se utilizează tabele sau baze de date speciale pe un computer.