Су буының PV - диаграммасы. Негізгі анықтаулары.

Су буының PV - диаграммасы. Негізгі анықтаулары.

Жылу энергетикалық және өндірістік қондырғаларда, судың буын, жұмыстық дене ретінде кеңінен пайдаланады. Осы берілген тұрақты қысым кезіндегі, оның өзгеру диапазоны, өте кең шегінде қазандық агрегатпен өндіреді.

Тұрақты қысым кезіндегі PV - диаграммасымен, будың пайда болу процессін қарастырамыз.

Кейбір қысымда P=const (нүкте а₀), меншікті көлемі V₀, 0°С кезіндегі қайнамаған суға сәйкес. Егер суды қыздыру, осы қысым кезінде - оның температурасы t_H С° (t_H - қанығу температурасы) дейін арттырса, ол судың қайнау (нүкте а) жағдайына сәйкес келеді. Бұл жағдайдағы, сұйықтың меншікті көлемі V дейін артады. Одан ары қарай, жылулықты арттырғанда, су, булану процессіне айналады. Себебі, будың көлемі, көп есе артық, қайнаған сұйық көлеміне қарағанда, онда нүкте a - барлық сұйық түгелімен буға айналады да, оңға қарай Р = const сызығы бойынша орын ауысады да, а" нүктесін құрғақ қаныққан бу деп атайды. Оның меншікті көлемін V" деп белгілеу қабылданған, а'a" облысы ылғалды қаныққан буға жатады да, екі фазалы жүйені көрсетеді (бу-қайнаған су). Салыстырмалы құрамындағы ылғалды қаныққан будың, екі фазалы жүйесіндегі құрғақ будың массасын, қаннықан будың құрғақтық дәрежесі деп атайды: χ = m_с.n/m_в.n (7.1) мұндағы, m_с.n - құрғақ будың массасы, m_в.n - ылғалды будың массасы.

Құрғақтық дәрежесі, мына қанығу шегінде өзгереді: 0 ≤ х ≤ 1. Қайнау жағдайындағы физикалық қасиеті бойынша, х=0 және қаныққан құрғақ бу жағдайында х=1, қаныққан бу шегіне қосылады. Қаныққан құрғақ бу дәрежесі х<1 болғанда, ылғалды қаныққан бу деп аталады. Мынаны атап өту қажет - қаныққан будың негізгі қасиеті деп, аталуы сонда, P=const кезінде, қаныққан будың температурасы өзгеріссіз болады да және барлық шегіндегі қаныққан будың (х=0 ден х=1-ге дейінгі) қанығу температурасына тең. Сонымен, қаныққан изобара шегі, изотермамен бірдей болады, яғни әр бір қысымға, қатаң түрде белгілі қанығу температурасы сәйкес келеді. Арнаулы кестемен құралған қаныққын су буы үшін, қысымына (МПа) байланысты тәжірибе жолымен анықталған температуралар шамасы төменде келтірілген: Р.....0,1013.....1,555.....8,592.....22,087
t_H....100..........200........300........374

Осыдан көрінгендей, қысымның артуымен қанығу температурасы да өседі.

Идеалды газдарға қарағанда, қаныққан будың айырмашылығы, молекулалардың аралық күш әрекеттері өте үлкен. Идеалды газдарға қарағанда, қаныққан будың молекулаларының айырмашылығы - белгілі өлшемдерінде, молекулаларының жақындаған кезіндегі бір біріне итеріле қашықтауы және молекулаларының, едәуір аралық қашықтауы кезіндегі, тартылыста болуы. Қайнаған сұйықтың булану процессіндегі жылулықтың жұмсалуы, көрсетілген өзара әрекетті күштерді жеңуге кетеді, ал идеалды газдарда, молекулаларының жылдамдық қозғалысын арттырады. P=const кезінде, булану процессінде температура тұрақты болуымен түсіндіріледі.

Одан ары қарай - P=const кезіндегі, құрғақ қаныққан буға жылулықты жеткізгенде, меншікті көлемнің ұлғаюына алып келеді. Бу бұл жағдайда қатты қызған бу деп аталады. Сонымен, қатты қызған бу - оның сол қысым кезіндегі, температурасы қанығу температурасынан жоғары болады. Қатты қыздырылған будың меншікті көлемі мен температурасын V және t белгілейді. Қатты қыздырылған бу облысының айырмашылығы, изобарлы қаныққан бу облысы, бір уақытта изотерма болмайды.

Егер тұжырымдауды қайталасақ, басқа жоғарғы шамалары үшін Р"-const, P"=const және тағы басқалары да, онда нүктелер а₁, а₂, а₃..., судың 0°С кезіндегі жағдайында сығылмаушылық салдарынан, тік сызықта орналасады. Қайнау жағдайындағы нүктелер а'1, a'2, a'3... нүкте а' қарағанда аздап оңға қарай ауытқиды, себебі қанығу температурасының үлғаюы, сұйық көлемнің кеңею эсерінен өтеді. Қаныққан құрғақ бу жағдайының нүктелері а"₁, а"₂, а"₃... солға қарай, а" нүктесіне қарағанда ауысады, себебі, қысымның артуынан қаныққан құрғақ будың меншікті көлемі кемиді.

Өзара бірдей жағдайлы нүктелерді жалғастыра сызып, үш сызықты табамыз. Олардың біріншісі 0°С температура кезіндегі қайнамаған су жағдайын білдіреді де, жоғарыда қабылданған есептеушінің басы болады. Оның екіншісі, қайнаған су нүктелерін (х=0) жалғастыра сызылғанын, төменгі шекаралық қисық сызық деп атайды. Ол, қаныққан бу облысын, сұйық облысынан бөліп тұрады. Үшінші қисық сызық нүктелері - құрғақ қаныққан бу жағдайын білдіреді. Бұл жоғарғы шекаралық қисық сызық (х=1). Соңғысы, қаныққан бу облысын бөледі.

Алмағайып нүкте К екі шекаралық қисық сызықты бөліп тұрады. Бұл нүктеге, су буының алмағайып қысымы Р_к=22,129 МПа, алмағайып температура Т=273,16 К (374,16 °С) және алмағайып меншікті көлем V_к=0,00326 м³/кг сәйкес келеді. Алмағайып нүкте де, сұйық пен бу фазаларының арасындағы аралық айырмашылығы жоғалады, негізінде, құрғақ будың тығыздығы қайнаған судың тығыздығындай.