Tabel met verzadigde stoomstatus. Referentiemateriaal voor praktische en laboratoriumoefeningen

Tabellen met thermofysische eigenschappen van water en waterdamp zijn bedoeld voor het berekenen van processen in waterdamp- en tweefasige stoom-watersystemen. Ze worden berekend met behulp van formules die zijn goedgekeurd door het Internationaal Comité voor de vergelijkingen voor water en stoom. Deze commissie keurt twee stelsels van vergelijkingen goed voor het berekenen van de thermodynamische eigenschappen van water en stoom. De ene is bedoeld voor wetenschappelijke berekeningen en volgens deze worden in feite tabellen met de eigenschappen van water en stoom berekend. Een andere, minder nauwkeurige, maar eenvoudigere, is bedoeld voor technische berekeningen op een computer.

De tabellen voor eenfase (water of oververhitte stoom) en tweefasen (natte stoom) omstandigheden zijn verschillend. De enkelfasige toestand wordt op unieke wijze bepaald door twee onafhankelijke parameters; daarom hebben de tabellen van de thermodynamische eigenschappen van water en oververhitte stoom twee argumenten: druk en temperatuur. Hieronder staat een deel van zo'n tabel (tabel 5.1).

Voor elk gegeven in de tabel. 5.1 van druk p in het bereik van 1 kPa - 98 MPa krijgen de waarden van het specifieke volume v, m3 / kg, enthalpie /, kJ / kg en entropie s, kJ / (kgK), bij temperaturen van O tot 800 ° C met een stap van 10 ° C ... De tabelkop bevat ook de waarden van de verzadigingstemperatuur / n, ° C, specifieke volumes v "en v", enthalpie V en / "en entropieën s" en s "voor verzadigd water en droog

Tabel 5.1

Thermodynamische eigenschappen van water en oververhitte stoom _

respectievelijk verzadigde stoom bij een bepaalde druk. Gegevens boven de vetgedrukte lijn zijn voor water, hieronder voor oververhitte stoom.

De evenwichtstoestand van een tweefasensysteem wordt op unieke wijze beschreven door een enkele onafhankelijke parameter; daarom hebben tabellen met thermodynamische eigenschappen van water en waterdamp in een staat van verzadiging één argument: druk of temperatuur. Voor het gemak bieden naslagwerken doorgaans beide mogelijke tabellen: de ene met het argument "temperatuur", de andere met het argument "druk". Hieronder staat een deel van zo'n tabel (tabel 5.2).

Tabel 5.2

Thermodynamische eigenschappen van water en stoom bij verzadiging (druk)

Benamingen in tabel. 5.2 zijn hetzelfde als in de tabel. 5.1, fasewarmtetransformatier = I "- kJ/kg.

Voor technische berekeningen wordt vaak het diagram / gebruikt in plaats van tabellen,s waterdamp. Meestal beslaat dit diagram het gebied van oververhitte stoom, een deel van de bovengrenscurve en het gebied van natte stoom met een droogheid x> 0,6 (Figuur 5.10). Het diagram toont isobaren van 0,001 tot 100 MPa en isothermen van 20 tot 800 ° C, evenals isochoren van 0,005 tot 80 m 3 / kg.

Om alle parameters van waterdamp uit het diagram te bepalen:(R , t, v, /,s, x ) het is noodzakelijk om op het diagram het punt te vinden dat overeenkomt met de beschouwde toestand van de damp. Hiervoor moeten twee onafhankelijke parameters worden ingesteld. Er moet aan worden herinnerd dat in de verzadigingstoestand de druk op unieke wijze de verzadigingstemperatuur bepaalt en, omgekeerd, de temperatuur de verzadigingsdruk bepaalt. Daarom kunnen, in tegenstelling tot het gebied van oververhitte stoom, op het gebied van natte stoom, alle parameters worden bepaald als een paar parameters is gespecificeerd, behalve het druk-temperatuur-paar.

In afb. 5.10 laat zien hoe de positie van een punt in het gebied van oververhitte stoom zich bevindt bij een gegeven druk en temperatuur (punt 7). Als

Rijst. 5.10. Bepaling van stoomparameters door /", s-diagram

bij punt 1 begint het proces van adiabatische expansie tot een bekende druk p2, dan wordt de positie van punt 2 bepaald door deze druk en entropie 52 = ^ 1-

Om de temperatuur van natte stoom te bepalen uit bijvoorbeeld het /, s-diagram incl.2, deze temperatuur moet bij dezelfde druk worden bepaaldp 2 en de mate van droogte x = 1 (punt2"). Punt temperatuur2" verschilt niet van de punttemperatuur2, omdat ze beide overeenkomen met de verzadigingstoestand bij dezelfde druk.

Uit het /,s-diagram kan men gemakkelijk de uitwendige arbeid bepalen die de stoom verricht tijdens adiabatische expansie h = i (- i2, evenals de toegevoerde warmte in het isobare proces 2-4. Deze warmte # 2-4 = C ~ h kan niet worden gedefinieerd als q = cp (t4 - t2), aangezien in sectie 2-2 "de stoomtemperatuur niet verandert en warmte wordt besteed aan verdamping. Zoals zal worden getoond in hoofdstuk 6, wanneer stoom wordt gesmoord , de enthalpie verandert niet. Wanneer stoom wordt gesmoord vanuit de toestand , gekenmerkt door punt 7, tot druk pb

punt positie 3 en stoomparameters in deze staat kunnen worden gevonden door druk p 3 en enthalpie / 3 = ik J.

Bovenstaande voorbeelden laten zien dat het gebruik van het /, t-diagram het gemakkelijk maakt om de parameters en processen in waterdamp te berekenen, zij het met minder nauwkeurigheid dan bij het gebruik van tabellen of speciale databases op een computer.

Tabellen met thermodynamische eigenschappen van water en stoom

Om de parameters van de toestand van water en waterdamp te bepalen, worden tabellen met thermodynamische (thermofysische) eigenschappen van water en waterdamp gebruikt. Moderne tabellen worden samengesteld met behulp van het International System of Units, SI. De volgende aanduidingen van fysieke grootheden en hun afmetingen zijn in de tabellen overgenomen:

P- druk, Pa: 1 MPa = 103 kPa = 106 Pa = 10 bar;

t- temperatuur, K;

t- temperatuur, о :

v- specifiek volume, m 3 / kg;

H- specifieke enthalpie, kJ / kg;

s- specifieke entropie, kJ / (kg × deg).

In thermodynamische berekeningen kunnen parameters (behalve P en t) duiden een vloeistof aan bij een verzadigingstemperatuur (kooktemperatuur) door de "prime" -index ( v", H", s"), voor droge verzadigde stoom, het achtervoegsel" twee streepjes "( v"", H"", s""), en voor natte verzadigde stoom de index " x" (v x, h x, s x). De tabellen tonen ook de soortelijke verdampingswarmte. R = H"" – H"en het enthalpieverschil in de verzadigingstoestand" s"" en s".

Voor natte verzadigde stoom (droogheid 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)

Bovendien, v" < v x< v""; H" < h x < H""; s" < s x < s"".

Voor vloeistof bij t < t n en voor oververhitte stoom bij t > t n parameters van water en stoom zijn te vinden in de tabel oververhitte stoom

Bij P £ P cr = 22.115 MPa de tabel wordt door een horizontale lijn in twee delen verdeeld: de bovenste - voor het vloeistofgebied; bodem - voor oververhitte stoom. De interface tussen deze regio's passeert op t = t N.

Bij P > P cr is er geen zichtbare faseovergang van water naar damp en blijft de stof homogeen (vloeibaar of damp). In dit geval kan de voorwaardelijke grens tussen vloeistof en damp uit de kritische isotherm worden gehaald.

Interne energie voor water en stoom wordt niet gegeven in de tabellen, het wordt bepaald door de formule:

jij = H – P× v. (2.77)

Als jij en H de afmeting kJ / kg hebben, dan moet de druk worden uitgedrukt in kPa en het specifieke volume in m 3 / kg.

Schema h- S (enthalpie - entropie) wordt veel gebruikt bij het berekenen van stoomprocessen en cycli van thermische energiecentrales.

Voor praktische doeleinden is het diagram H– s wordt niet voor alle fasegebieden van water uitgevoerd, maar alleen voor een beperkt gebied van waterdamp (Fig. 2.17).

Op het werkschema H– s een dicht netwerk van isobaren, isochoren, isothermen en lijnen van constante droogte wordt toegepast x... Zoals reeds opgemerkt, valt in het gebied van natte verzadigde stoom de isotherm samen met de isobaar, en geometrisch zijn dit rechte lijnen. Hoe hoger de druk, hoe steiler de isobaar en hoe dichter bij de ordinaat-as.

In de praktijk worden vier belangrijke thermodynamische processen voor het veranderen van de toestand van water en waterdamp berekend: isobaar ( P= const), isochoor ( v= const), isotherm ( t= const), adiabatisch ( dq= 0). Weergave van deze processen in diagrammen P– v en t- s wordt getoond in afb. 2.15 en 2.16.

De toestand van natte verzadigde stoom wordt in de techniek bepaald door druk R en de mate van droogte x... Het punt dat deze toestand vertegenwoordigt, ligt op het snijpunt van de isobar en de lijn x= const. De toestand van de oververhitte stoom wordt bepaald door de druk R en temperatuur t... Het punt dat de toestand van oververhitte stoom vertegenwoordigt, ligt op het snijpunt van de overeenkomstige isobar en isotherm.

Rijst. 2.17 Werken h – s stoom diagram

Berekeningen van de belangrijkste processen van waterdamp kunnen zowel analytisch als grafisch worden uitgevoerd met behulp van H– s grafieken. De analytische methode is gecompliceerd vanwege de omslachtigheid van de toestandsvergelijkingen voor waterdamp.

Tabel 2.4 toont de berekeningsformules voor het bepalen van de hoeveelheid warmte, het werk van het veranderen van het volume en het veranderen van de interne energie voor de belangrijkste thermodynamische processen.

Tabel 2.4: Berekeningsformules van de belangrijkste thermodynamische processen

De tabel toont de thermofysische eigenschappen van waterdamp bij de verzadigingslijn afhankelijk van de temperatuur. Stoomeigenschappen worden in de tabel weergegeven in het temperatuurbereik van 0,01 tot 370 ° C.

Elke temperatuur komt overeen met de druk waarbij de waterdamp in een staat van verzadiging verkeert. Bij een waterdamptemperatuur van 200 ° C zal de druk bijvoorbeeld 1,555 MPa zijn, of ongeveer 15,3 atm.

Specifieke warmtecapaciteit van stoom, thermische geleidbaarheid en de toename ervan naarmate de temperatuur stijgt. De dichtheid van waterdamp neemt ook toe. Waterdamp wordt heet, zwaar en stroperig, met een hoge specifieke warmtecapaciteit, wat de keuze voor stoom als warmtedrager in sommige soorten warmtewisselaars positief beïnvloedt.

Volgens de tabel is bijvoorbeeld de specifieke warmtecapaciteit van waterdamp C p bij een temperatuur van 20 ° C is het gelijk aan 1877 J / (kg deg), en bij verwarming tot 370 ° C neemt de warmtecapaciteit van stoom toe tot een waarde van 56520 J / (kg deg).

De tabel geeft de volgende thermofysische eigenschappen van waterdamp op de verzadigingslijn:

• stoomdruk bij gespecificeerde temperatuur p · 10 -5, Vader;
• dampdichtheid ρ″ , kg/m3;
• specifieke (massa) enthalpie H ", kJ/kg;
• R, kJ/kg;
• soortelijke warmte van stoom C p, kJ / (kg graden);
• coëfficiënt van thermische geleidbaarheid · 10 2, W / (m · graden);
• thermische diffusie een · 10 6, m2/s;
• dynamische viscositeit μ 10 6, Pa · s;
• kinematische viscositeit: ν 10 6, m2/s;
• Prandtl-nummer Pr.

Specifieke verdampingswarmte, enthalpie, thermische diffusie en kinematische viscositeit van waterdamp nemen af ​​met toenemende temperatuur. De dynamische viscositeit en het Prandtl-getal van de stoom nemen in dit geval toe.

Wees voorzichtig! Thermische geleidbaarheid in de tabel wordt aangegeven in de macht van 10 2. Vergeet niet te delen door 100! De thermische geleidbaarheid van stoom bij een temperatuur van 100 ° C is bijvoorbeeld 0,02372 W / (m · deg).

Thermische geleidbaarheid van waterdamp bij verschillende temperaturen en drukken

De tabel toont de waarden van thermische geleidbaarheid van water en stoom bij temperaturen van 0 tot 700 ° C en drukken van 0,1 tot 500 atm. Afmeting van thermische geleidbaarheid W / (m · deg).

De lijn onder de waarden in de tabel betekent de faseovergang van water in stoom, dat wil zeggen, de cijfers onder de lijn verwijzen naar stoom, en daarboven - naar water. Volgens de tabel is te zien dat de waarde van de coëfficiënt en waterdamp toeneemt met toenemende druk.

Let op: de thermische geleidbaarheid in de tabel wordt aangegeven in de macht van 10 3. Vergeet niet te delen door 1000!

Thermische geleidbaarheid van waterdamp bij hoge temperaturen

De tabel toont de waarden van de thermische geleidbaarheid van gedissocieerde waterdamp in termen van W / (m · deg) bij temperaturen van 1400 tot 6000 K en drukken van 0,1 tot 100 atm.

Volgens de tabel neemt de thermische geleidbaarheid van waterdamp bij hoge temperaturen merkbaar toe in het bereik van 3000 ... 5000 K. Bij hoge drukken wordt de maximale thermische geleidbaarheidscoëfficiënt bereikt bij hogere temperaturen.

Wees voorzichtig! Thermische geleidbaarheid in de tabel wordt aangegeven in de macht van 10 3. Vergeet niet te delen door 1000!