Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара. Справочные материалы для практических и лабораторных занятий

В таблице представлены теплофизические свойства водяного пара на линии насыщения в зависимости от температуры. Свойства пара приведены в таблице в интервале температуры от 0,01 до 370°С.

Каждой температуре соответствует давление, при котором водяной пар находится в состоянии насыщения. Например, при температуре водяного пара 200°С его давление составит величину 1,555 МПа или около 15,3 атм.

Удельная теплоемкость пара, теплопроводность и его увеличиваются по мере роста температуры. Также растет и плотность водяного пара. Водяной пар становится горячим, тяжелым и вязким, с высоким значением удельной теплоемкости, что положительно влияет на выбор пара в качестве теплоносителя в некоторых типах теплообменных аппаратов.

Например, по данным таблицы, удельная теплоемкость водяного пара C p при температуре 20°С равна 1877 Дж/(кг·град), а при нагревании до 370°С теплоемкость пара увеличивается до значения 56520 Дж/(кг·град).

В таблице даны следующие теплофизические свойства водяного пара на линии насыщения:

• давление пара при указанной температуре p·10 -5 , Па;
• плотность пара ρ″ , кг/м 3 ;
• удельная (массовая) энтальпия h″ , кДж/кг;
• r , кДж/кг;
• удельная теплоемкость пара C p , кДж/(кг·град);
• коэффициент теплопроводности λ·10 2 , Вт/(м·град);
• коэффициент температуропроводности a·10 6 , м 2 /с;
• вязкость динамическая μ·10 6 , Па·с;
• вязкость кинематическая ν·10 6 , м 2 /с;
• число Прандтля Pr .

Удельная теплота парообразования, энтальпия, коэффициент температуропроводности и кинематическая вязкость водяного пара при увеличении температуры снижаются. Динамическая вязкость и число Прандтля пара при этом увеличиваются.

Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 2 . Не забудьте разделить на 100! Например, теплопроводность пара при температуре 100°С равна 0,02372 Вт/(м·град).

Теплопроводность водяного пара при различных температурах и давлениях

В таблице приведены значения теплопроводности воды и водяного пара при температурах от 0 до 700°С и давлении от 0,1 до 500 атм. Размерность теплопроводности Вт/(м·град).

Черта под значениями в таблице означает фазовый переход воды в пар, то есть цифры под чертой относятся к пару, а выше ее — к воде. По данным таблицы видно, что значение коэффициента и водяного пара увеличивается по мере роста давления.

Примечание: теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность водяного пара при высоких температурах

В таблице приведены значения теплопроводности диссоциированного водяного пара в размерности Вт/(м·град) при температурах от 1400 до 6000 K и давлении от 0,1 до 100 атм.

По данным таблицы, теплопроводность водяного пара при высоких температурах заметно увеличивается в области 3000…5000 К. При высоких значениях давления максимум коэффициента теплопроводности достигается при более высоких температурах.

Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

... для водяного пара . Практические занятия Лабораторные ...

Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара

Для определения параметров состояния воды и водяного пара служат таблицы термодинамических (теплофизических) свойств воды и водяного пара. Современные таблицы составлены с использованием Международной системы единиц СИ. В таблицах приняты следующие обозначения физических величин и их размерности:

p – давление, Па: 1 МПа = 10 3 кПа = 10 6 Па = 10 бар;

Т – температура, К;

t – температура, о С:

v – удельный объем, м 3 /кг;

h – удельная энтальпия, кДж/кг;

s – удельная энтропия, кДж/(кг×град).

В термодинамических расчетах принято параметры (кроме p и t ) обозначать для жидкости при температуре насыщения (кипения) индексом "штрих" (v ", h ", s "), для сухого насыщенного пара индексом "два штриха" (v "", h "", s ""), а для влажного насыщенного пара индексом "х " (v х , h х , s х ). В таблицах приводятся также значения удельной теплоты парообразования r = h "" – h " и разности энтальпии в состоянии насыщения s "" и s ".

Для влажного насыщенного пара (степень сухости 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)

Причем, v " < v x < v ""; h " < h x < h ""; s " < s x < s "".

Для жидкости при t < t н и для перегретого пара при t > t н параметры воды и пара находятся по таблице перегретого пара

При p £ p кр = 22,115 МПа таблица поделена горизонтальной линией на две части: верхняя – для области жидкости; нижняя – для перегретого пара. Граница раздела этих областей проходит при t = t н.

При p > p кр нет видимого фазового перехода воды в пар и вещество остается однородным (жидкость или пар). Условная граница между жидкостью и паром в этом случае может приниматься по критической изотерме.

Внутренняя энергия для воды и водяного пара в таблицах не приводится, она определяется по формуле:

u = h – p ×v . (2.77)

Если u и h имеют размерность кДж/кг, то давление должно быть выражено в кПа, а удельный объем в м 3 /кг.

Диаграмма h – S (энтальпия – энтропия ) находит широкое применение при расчетах паровых процессов и циклов теплоэнергетических установок.

Для практических целей диаграмма h – s выполняется не для всех фазовых областей воды, а только для ограниченной области водяного пара (рис. 2.17).

На рабочей диаграмме h – s наносится густая сетка изобар, изохор, изотерм и линий постоянной степени сухости х . Как уже отмечалось, в области влажного насыщенного пара изотерма совпадает с изобарой, причем геометрически это прямые линии. Чем выше давление, тем изобара круче и ближе к оси ординат.

На практике расчету подлежат четыре основных термодинамических процесса изменения состояния воды и водяного пара: изобарный (p = const), изохорный (v = const), изотермический (Т = const), адиабатный (dq = 0). Изображение указанных процессов в диаграммах p – v и T – s показано на рис. 2.15 и 2.16.

Состояние влажного насыщенного пара определяется в технике давлением р и степенью сухости х . Точка, изображающая этот состояние, находится на пересечении изобары и линии х = const. Состояние перегретого пара определяется давлением р и температурой t . Точка, изображающая состояние перегретого пара лежит на пересечении соответствующей изобары и изотермы.

Рис. 2.17 Рабочая h–s диаграмма водяного пара

Расчеты основных процессов водяного пара можно проводить как аналитическим, так и графическим методом, с применением h – s диаграммы. Аналитический метод сложен из-за громоздкости уравнений состояния водяного пара.

В таблице 2.4 приведены расчетные формулы для определения количества теплоты, работы изменения объема, и изменения внутренней энергии для основных термодинамических процессов.

Таблица 2.4: Расчетные формулы основных термодинамических процессов

Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара предназначены для расчетов процессов в водяном паре и двухфазных системах пар - вода. Они рассчитываются по формулам, утвержденным Международным комитетом по уравнениям для воды и водяного пара. Этот комитет утверждает две системы уравнений для расчета термодинамических свойств воды и водяного пара. Одна предназначена для научных расчетов, и по ней, собственно, рассчитаны таблицы свойств воды и пара. Другая, менее точная, но более простая, предназначена для инженерных расчетов на ЭВМ.

Таблицы для однофазных (вода или перегретый пар) и двухфазных (влажный пар) состояний различаются. Однофазное состояние однозначно определяется двумя независимыми параметрами, поэтому таблицы термодинамических свойств воды и перегретого пара имеют два аргумента - давление и температуру. Ниже приводится часть такой таблицы (табл. 5.1).

Для каждого приведенного в табл. 5.1 давления р в диапазоне 1 кПа - 98 МПа приведены значения удельного объема v, м3/кг, энтальпии /, кДж/кг, и энтропии s, кДж/(кгК), при температурах от О до 800 °С с шагом 10 °С. В шапке таблицы приведены также значения температуры насыщения /н, °С, удельных объемов v" и v", энтальпий V и /" и энтропий s" и s" для насыщенной воды и сухого

Таблица 5.1

Термодинамические свойства воды и перегретого пара_

насыщенного пара соответственно при данном давлении. Данные, расположенные выше жирной черты, относятся к воде, ниже - к перегретому пару.

Состояние равновесия двухфазной системы однозначно описывается единственным независимым параметром, поэтому таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения имеют один аргумент - давление или температуру. Обычно для удобства пользования в справочных пособиях приводятся обе возможные таблицы: одна с аргументом «температура», другая с аргументом «давление». Ниже приводится часть такой таблицы (табл. 5.2).

Таблица 5.2

Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по давлениям)

Обозначения в табл. 5.2 такие же, как в табл. 5.1, теплота фазового превращения r= i" - кДж/кг.

Для инженерных расчетов часто вместо таблиц используется диаграмма /, s водяного пара. Обычно эта диаграмма охватывает область перегретого пара, часть верхней пограничной кривой и область влажного пара со степенью сухости х > 0,6 (рис. 5.10). На диаграмме приведены изобары от 0,001 до 100 МПа и изотермы от 20 до 800 °С, а также изохоры от 0,005 до 80 м 3 /кг.

Для определения по диаграмме всех параметров водяного пара (р , t, v, /, s, х ) необходимо найти на диаграмме точку, соответствующую рассматриваемому состоянию пара. Для этого должны быть заданы два независимых параметра. Следует помнить, что в состоянии насыщения давление однозначно определяет температуру насыщения и, наоборот, температура определяет давление насыщения. Поэтому в отличие от области перегретого пара в области влажного пара все параметры могут быть определены, если задана любая пара параметров, кроме пары давление - температура.

На рис. 5.10 показано, как находится положение точки в области перегретого пара по заданным давлению и температуре (т. 7). Если

Рис. 5.10. Определение параметров пара по /", s-диаграмме

в точке 1 начинается процесс адиабатного расширения до известного давления р2, то положение точки 2 определяется по этому давлению и энтропии 52 = ^1-

Для определения по /, s-диаграмме температуры влажного пара, например в т. 2, следует определить эту температуру при том же давлении р 2 и степени сухости х = 1 (точка 2"). Температура в точке 2" не отличается от температуры точки 2, так как обе они соответствуют состоянию насыщения при одном и том же давлении.

По /, s-диаграмме можно легко определить внешнюю работу, которую совершает пар при адиабатном расширении h = i{- i2, а также теплоту, подводимую в изобарном процессе 2-4. Эта теплота #2-4 = Ц ~ h не может быть определена как q = cp(t4 - t2), так как на участке 2-2" температура пара не изменяется, а теплота затрачивается на парообразование. Как будет показано в гл. 6, при дросселировании пара энтальпия не изменяется. При дросселировании пара от состояния, характеризуемого точкой 7, до давления ръ

положение точки 3 и параметры пара в этом состоянии могут быть найдены по давлению р 3 и энтальпии / 3 = i Y .

Приведенные выше примеры показывают, что использование /, ^-диаграммы позволяет легко рассчитывать параметры и процессы в водяном паре, хотя и с меньшей точностью, чем при использовании таблиц или специальных баз данных на ЭВМ.