Schéma Ts de l'eau et de la vapeur d'eau en ligne. Is (hs) - diagramme d'état de l'eau et de la vapeur d'eau

Description du diagramme hs

Le diagramme HS montre les processus thermodynamiques :

§ Processus isobare (p= const) - lignes violettes (isobares),

§ Processus isotherme (t= const) - lignes vertes (isothermes),

§ Processus isochore (v= const) - lignes rouges (isochores).

Degré de siccité et teneur en vapeur (X) - lignes roses. Ligne rose audacieuse – degré de sécheresse X=1. Tout ce qui se trouve en dessous de cette ligne correspond à la zone de vapeur humide.

Axe "X" - entropie, axe "h" - enthalpie.

La famille des isobares dans la région de saturation est un ensemble de lignes droites divergentes, commençant à la courbe limite inférieure et se terminant à la courbe limite supérieure. Plus la pression est élevée, plus l’isobare correspondante est élevée. La transition des isobares de la région saturée humide à la région de vapeur surchauffée se produit sans rupture de la courbe limite supérieure.

Dans le diagramme i, s de la vapeur d'eau, les lignes de teneur en vapeur constante ( X= const) et des lignes de volume spécifique constant ( v= const). Les isochores sont un peu plus raides que les isobares.

L'état de la vapeur surchauffée est généralement déterminé en ingénierie par la pression p et la température t. Le point représentant cet état est situé à l'intersection de l'isobare et de l'isotherme correspondantes. L'état de la vapeur saturée humide est déterminé par la pression p et contenu en vapeur X.

Le point représentant cet état est déterminé par l'intersection de l'isobare et de la droite X= const.

Paramètres critiques de la vapeur d'eau : tcr = 364,15 0 C, vcr = 0,00326 m 3 /kg, pcr = 22,129 MPa.

Comment utiliser un graphique HS

Utilisons un petit problème pour le décrire. Prenons une condition à partir de rien.

Soit les paramètres initiaux de la vapeur : pression de vapeur R.= 120 bar, température de la vapeur t= 550°C. La vapeur se détend de manière adiabatique dans la turbine jusqu'à une température de par exemple 400 °C.

Cela suffira comme exemple.

Le processus adiabatique sur le diagramme hs est une ligne verticale (la ligne horizontale est l'étranglement). Ceci est pour votre référence.

Nous avons donc la pression et la température initiales. Retrouvons ce point sur le diagramme hs :

Nous avons besoin isobare, correspondant à la pression 120 barres Et isotherme, correspondant à la température 550 °C. A leur intersection il y aura un point correspondant aux paramètres initiaux de la vapeur dans notre problème.

Après avoir trouvé ce point, nous pouvons déjà y déterminer l'enthalpie et l'entropie. En abaissant l'axe de projection du point trouvé, on retrouve les valeurs enthalpie(axe Y) et entropie(Axe X).

je = ~3 480 kJ/kg, S = 6,65 kJ/(kg K)

Ensuite, nous devons connaître les paramètres de la vapeur après expansion adiabatique. Nous savons que selon les conditions que nous avons fixées, la vapeur s'est dilatée et sa température est point 2= 400 °C. J'ai déjà mentionné que dans le diagramme is, le processus adiabatique est représenté par une ligne verticale. Traçons cette ligne du point 1 (paramètres initiaux) jusqu'à l'intersection avec l'isotherme 400 °C.

Bonjour! Déterminer les paramètres et les fonctions de l'état à l'aide de formules est souvent difficile en raison de la dépendance complexe de la capacité thermique de la vapeur d'eau et de la chaleur de vaporisation sur la température et la pression. Par conséquent, pour la vapeur d'eau, sur la base d'études expérimentales, des tableaux ont été établis reflétant les dépendances les paramètres les plus importants vapeur d'eau. En les utilisant, par exemple, à partir de la pression connue de la vapeur sèche saturée, vous pouvez déterminer tous les autres paramètres.

Étant donné que l'état de la vapeur saturée sèche est uniquement déterminé par sa pression p ou sa température de saturation Tn, les tableaux sont établis par pression ou par température. En utilisant l'un de ces paramètres des tableaux, vous pouvez déterminer d'autres valeurs qui caractérisent l'état de la vapeur saturée sèche. Les tableaux de vapeur surchauffée présentent ses paramètres et fonctions d'état en fonction de la température et de la pression de la vapeur.

Le calcul des processus de changement d'état de la vapeur est simplifié en passant à une méthode graphique basée sur l'utilisation de diagrammes d'état. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire d'effectuer un grand nombre de calculs et le calcul se réduit à déterminer les paramètres à l'aide de schémas. Grâce à la méthode graphique, il est facile de déterminer non seulement les paramètres initiaux et finaux de la vapeur dans le processus, mais également tous les paramètres d'état intermédiaire, ce qui simplifie considérablement les calculs techniques.

Avantage méthode graphique est la capacité de retracer relativement facilement le lien entre différentes quantités, cela le rend indispensable dans l'analyse théorique de divers processus dans les moteurs thermiques. À l'aide d'un diagramme ainsi que de tableaux, vous pouvez déterminer les paramètres et les fonctions de l'état de la vapeur d'eau, y compris la vapeur saturée humide.

Le plus répandu obtenu des diagrammes d'état Ts et is de la vapeur d'eau. Puisqu'il est facile de déterminer la quantité de chaleur dans un processus à l'aide du diagramme Ts, il est principalement utilisé pour l'analyse théorique de l'efficacité des moteurs thermiques. Lors du calcul de divers processus de changement d'état, le diagramme is de la vapeur d'eau est principalement utilisé.

En figue. 1 en coordonnées Ts représente le processus de vaporisation à p = const (processus abcd). La courbe aKc est une courbe frontière et le point K est un point critique. Le point de départ de l'entropie correspond à sa valeur à 273 K. L'aire sous la courbe de processus sur le diagramme is correspond à la quantité de chaleur.

Par conséquent, l'aire sous l'isobare ab est équivalente à l'enthalpie de l'eau i" à la température de vaporisation Tn. Dans la section isobare bc, qui coïncide avec l'isotherme, le processus de vaporisation se produit et l'aire sous la droite bc correspond à la chaleur de vaporisation g. Dans le processus de surchauffe isobare cd, la température de la vapeur monte jusqu'à la valeur T , et la quantité de chaleur cpm (T-Tn) est fournie à la vapeur Les lignes de degré de sécheresse constant x = const. , comme dans tous les diagrammes, convergent vers le point critique K.

En figue. 2 montré divers processus changements dans l'état de la vapeur d'eau sur le diagramme is. L'aire du diagramme située à gauche de la courbe limite eK correspond à l'état du liquide. La courbe limite de la paire Kf divise le diagramme en deux régions. Au-dessus de cette courbe se trouve la région de la vapeur surchauffée, et en dessous de cette courbe se trouve la région de la vapeur humide. Sur la courbe limite Kf la vapeur est saturée sèche (x=1). Le processus isobare est représenté par la ligne abc, le processus isotherme par abd (dans la région de la vapeur humide, l'isotherme et l'isobare coïncident), le processus isochore par υ=const et le processus adiabatique par gh. De plus, cette figure montre des lignes d'un degré de sécheresse constant x = const. Les tableaux et diagrammes ne montrent pas les valeurs énergie interne gaz, qui peut être déterminé à partir de la relation u = i-pυ.

En figue. La figure 3 montre le diagramme is de la vapeur d'eau. Lors du calcul graphique des processus à l'aide de deux quantités connues (p, υ, T ; x, i, s), le point correspondant à l'état initial de la vapeur et tous les paramètres inconnus se trouvent sur le diagramme. L'état final de la vapeur peut également être déterminé par deux paramètres d'état connus. Si un seul paramètre d’état final est spécifié, alors il est également nécessaire de connaître la nature du processus. Dans ce cas, le point caractérisant l'état final se trouve à l'intersection d'une courbe de processus donnée et de la courbe isoparamétrique correspondante, par exemple une isobare.

Exemple. Déterminez la quantité de chaleur transmise par 1 kg de vapeur dans le surchauffeur de la chaudière. Paramètres de vapeur initiaux p1 = 5 MPa et x1 = 0,95. On sait également qu'après détente adiabatique de la vapeur dans la turbine, x2 = 0,87, et la pression finale de vapeur p2 = 0,01 MPa.

Solution. Puisque la chaleur est fournie à la vapeur dans le surchauffeur à pression constante, sa quantité est égale à la différence entre l'enthalpie initiale i1 et l'enthalpie i2 de la vapeur après le surchauffeur : q=i2-i1. En utilisant les paramètres initiaux de la paire p1 et x1 sur le diagramme is, nous trouvons le point A (Fig. 3), qui correspond à la valeur d'enthalpie i1 = 2720 kJ/kg. Le point B, correspondant à l'état de la vapeur à la sortie du surchauffeur, se trouve à l'intersection de l'isobare p1=5 MPa et de l'adiabatique BC, qui passe par le point C. La position du point C est déterminée par les paramètres de la vapeur p2 et x2. Enthalpie de la vapeur au point B i2 = 3600 kJ/kg.
La quantité de chaleur fournie à 1 kg de vapeur est q = 3 600—2 720 = 880 kJ/kg. L'exemple considéré montre que le diagramme is simplifie grandement les calculs des processus pour la vapeur d'eau. Références : 1) Génie thermique et équipements de chauffage des entreprises industrielles matériaux de construction et produits, N.M. Nikiforova, Moscou, " lycée", 1981. 2) Génie thermique, Bondarev V.A., Protsky A.E., Grinkevich R.N. Minsk, éd. 2e, "École supérieure", 1976.

L'eau et. la vapeur d’eau est largement utilisée dans l’énergie, le chauffage, la ventilation et l’approvisionnement en eau chaude.

La vapeur d'eau est un vrai gaz. Il peut être humide, sec, saturé et surchauffé. Les équations d'état des gaz réels sont complexes, c'est pourquoi dans les calculs d'ingénierie thermique, ils préfèrent utiliser des tableaux et des diagrammes. Le diagramme h, s de la vapeur d'eau est particulièrement important pour les calculs techniques des processus avec de la vapeur d'eau.

Le diagramme h,S montre (Figure 5.1 a) la courbe limite supérieure (degré de siccité de la vapeur X = 1) correspondant à la vapeur saturée sèche. Au-dessus de cette courbe se trouve une zone de vapeur surchauffée.

Figure 5.1 Diagramme HS vapeur d'eau

Sous la vapeur saturée humide. Les courbes de sécheresse sont tracées dans la zone de vapeur saturée humide (X=0,95 ; X=0,90 ; X=0,85, etc.)

Dans les axes de coordonnées HS(Figure 5.1 a) les courbes des processus les plus simples p=const (isobares) sont tracées ; v= const (isochores) ; t = const (isothermes) ; toute ligne verticale (Figure 5.1 b) représente un processus adiabatique (S=const).

Dans la zone de vapeur saturée humide, les isothermes (t = const) coïncident avec les courbes isobares (p = const), car la formation de vapeur se produit à pression et température constantes. Sur la courbe limite supérieure, la direction de l'isotherme change et sur la courbe limite, la direction de l'isotherme change, et les zones de vapeur surchauffée de l'isotherme s'écartent vers la droite et ne coïncident pas avec les isobares.

Partie du diagramme pratiquement applicable HS, quand X 0,5, qui est encadré. Cette partie du diagramme est illustrée à la figure 5.1.

Etat de la vapeur surchauffée sur le schéma HS est déterminé par deux paramètres (p 1 et t 1 ou p 1 et v 1), et la vapeur saturée humide - par un paramètre et le degré de siccité de la vapeur X. En utilisant deux paramètres donnés p 1 et t 1 dans la région de la vapeur surchauffée , on retrouve le point I (Figure 5.1 b ), correspondant à un état donné de la vapeur d'eau. Pour cet état, tous les autres paramètres (h 1 , s 1 , v 1 ) peuvent être trouvés à partir du diagramme.

La valeur de l'énergie interne est calculée à l'aide de la formule

(5.1)

Connaissant le type de processus thermodynamique, ils s'y déplacent jusqu'à ce qu'il croise un paramètre final donné et trouvent l'état final de la vapeur sur le diagramme. Après avoir déterminé les paramètres de l'état final, il est possible de calculer les indicateurs du processus (travail, chaleur, modification des paramètres).

Changement d'énergie interne
et le travail dans n'importe quel processus est calculé à l'aide des formules

∆u = u 1 – u 2 = (h 1 – h 2) - (p 1 v 1 – p 2 v 2) ; (5.2)

W=q - ∆u = q –(h 1 – h 2)+(p 1 v 1 -p 2 v 2). (5.3)

Considérons les principaux problèmes résolus par HS diagramme.

Processus isochore ( v = const ). La quantité de chaleur impliquée dans le processus est déterminée par la formule (5.2) pour déterminer le changement d'énergie interne. Le travail d'un processus isochore est nul.

Processus isobare (р=с dès ). La quantité de chaleur impliquée dans le processus est déterminée par la formule

(5.4)

Changement d'énergie interne selon la formule 5.2

Le travail d'un processus isobare peut être comparé

w= p (v 2 – v 1 ) (5.5)

ou selon la formule (5.3).

Processus isotherme ( T =c dès ). La chaleur et le travail du processus sont trouvés à l'aide de la formule

(5.6)

Processus adiabatique (p v k =const ). Dans la figure 5.1 b un processus adiabatique est présenté qui se produit sans échange de chaleur avec l'environnement extérieur. Dans un processus adiabatique, l’entropie ne change pas et très souvent ce processus est appelé isentropique.

Le travail du processus se produit en raison de changements dans l'énergie interne
.

Le processus à degré de siccité constant (X=const) est également résolu à l'aide du diagramme HS(Figure 5.2).

La quantité approximative est déterminée par la formule

. (5.7)

Le changement d'énergie interne au cours du processus se trouve de la manière habituelle en utilisant la formule 5.2

Le travail du processus est déterminé par la formule (5.3).

est- le diagramme est le plus pratique pour le calcul. Cela est dû au fait que les quantités spécifiques de chaleur et de travail ne sont pas représentées par des surfaces, comme c'est le cas dans Ts- Et pv- des diagrammes, mais des segments de droite (Fig. 6.4).

Au-delà de l'origine à est- le diagramme suppose l'état de l'eau au point triple, où s 0 =0 (hypothèse) je o =0. L'entropie spécifique est tracée le long de l'axe des abscisses et l'enthalpie spécifique est tracée le long de l'axe des ordonnées. Sur la base des données des tableaux de vapeur d'eau, les courbes limites du liquide sont tracées sur le diagramme (AK) et quelques (Ko)(respectivement zéro x= 0 et unité x= 1 degré de siccité), convergeant vers un point critique À. La courbe limite du fluide quitte l'origine.

Isobares ( p=const) dans la région de la vapeur humide se trouvent des lignes droites inclinées partant de la courbe limite du degré zéro de siccité à laquelle elles sont tangentes. Dans cette région, les isobares et les isothermes coïncident, c'est-à-dire ils ont le même coefficient de pente par rapport à l'axe des x. Pour toute isobare - isothermes

Où φ - angle d'inclinaison des isobares par rapport à l'axe s, Ts- température de saturation, constante pour une pression donnée partout entre les courbes limites AK Et KV.

Dans la zone de vapeur surchauffée (à droite et au-dessus de la courbe X=1) les isobares ont la forme de courbes s'écartant vers le haut avec une convexité dirigée vers le bas. Les isothermes de cette région s'écartent vers la droite et leur convexité est dirigée vers le haut. Isobare UN B 1 correspond à la pression au point triple p 0 = 0,000611 MPa. La zone du diagramme située en dessous du point triple caractérise les différents états du mélange de vapeur et de glace.

Entre les courbes AK Et K.B. un quadrillage de lignes d'un degré de sécheresse constant est appliqué ( x=const)paire convergeant en un point critique À.

De plus, une grille d'isochores est tracée sur le diagramme, qui ont la forme de courbes qui montent vers le haut (à la fois dans la région de la vapeur humide et surchauffée) plus abruptement que les isobares. Sur est-schéma fig. 6.3. les isochores ne sont pas données.

Dans les calculs pratiques, seule la zone du diagramme située à droite est généralement utilisée. coin supérieur. A ce propos, l'origine des coordonnées est transférée du point 0 au point 0", ce qui permet d'afficher le schéma à plus grande échelle.

Diagramme est largement utilisé pour calculer les processus avec de la vapeur. Méthode générale est comme suit.

1. Sur la base des paramètres initiaux donnés, des caractéristiques du processus et du paramètre final donné dans je Le diagramme S contient un graphique du processus.

2. Sur la base des points de début et de fin du processus, tous les principaux paramètres de la vapeur à ces points sont trouvés.

3. Le changement d'énergie interne est déterminé par la formule

4. La chaleur du processus est déterminée à l'aide des formules :

a) processus ν = const;

b) processus p = const;

c) processus T= const;

d) processus s= constq= 0.

5.0déterminé travail spécifique selon la formule

Tous les diagrammes discutés ci-dessus dans pv-,Ts- Et est- les coordonnées aux échelles appropriées sont construites à partir de tableaux de paramètres obtenus à partir de données expérimentales et théoriques. Les tableaux de vapeur d'eau les plus précis ont été élaborés à l'Institut de l'énergie de Moscou sous la direction du prof. M.P. Vukalovich.

Création

Lors de la réalisation de calculs techniques et économiques pour la sélection d'équipements dans le domaine de l'énergie thermique et d'autres industries, ainsi que pour la modélisation des processus thermiques, des données fiables et vérifiées sur les propriétés thermophysiques de l'eau et de la vapeur d'eau dans une large plage de pressions et de températures sont nécessaires.

Vivace la coopération internationale dans le domaine de l'étude des propriétés de l'eau et de la vapeur d'eau, a permis d'élaborer et de mettre en œuvre des documents réglementaires internationaux contenant des équations pour décrire diverses propriétés, dans des tables spéciales. Sur la base de ces équations, qui répondent aux exigences du Système international d'équations scientifiques et scientifiques usage général(Formulation IFC à usage scientifique et général), des tableaux détaillés des propriétés thermophysiques de l'eau et de la vapeur d'eau ont été compilés et publiés, qui sont largement utilisés dans la pratique de l'ingénierie. calculs thermotechniques. Les données obtenues par calcul à l'aide d'équations internationales ont été acceptées en URSS et des tableaux des propriétés thermodynamiques de l'eau et de la vapeur d'eau ont été déterminés. Ils comprenaient également des données sur la viscosité dynamique.

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