Диаграмма состояния вещества, i-s-диаграмма

Изображение циклов и процессов в T-S диаграмме обладает большой наглядностью, поскольку площади на данной диаграмме соответствуют работе или энергии процесса. Эта наглядность позволяет визуально сравнивать различные процессы и циклы, однако эта наглядность является одновременно и недостатком Т-S диаграммы, поскольку измерить площадь сложной фигуры очень сложно, а все основные циклы, как мы видели представляют собой именно комбинацию сложных кривых, исключение составляет только цикл Карно.

Для практического применения более удобна диаграмма тепловых процессов, на которых значение энергии, теплоты или работы соответствует не площади а отрезку, такой диаграммой является i,s –диаграмма. По вертикальной оси на этой диаграмме откладывается энтальпия по горизонтальной – энтропия. Такая диаграмма с нанесенными на нее линиями постоянного давления (изобарами), линиями постоянной температуры (изотермами), линиям постоянного паросодержания и постоянным постоянного объема, называется диаграмма состояния вещества.

В тепловых расчетах паросиловых циклов используется диаграмма состояния воды. На рисунке 10 изображен цикл с перегревом пара на диаграмме состояния воды (см рисунок 10).

На диаграмме состояния воды изображены линии постоянных температур, давлений и паросодержания. Линия постоянного паросодержания X=1 (вся вода находится в виде пара), является разделительной, при параметрах соответствующим точкам выше этой линии существует один пар, ниже – паро-водяная смесь.

Цикл с перегревом пара в i -S диаграмме состояния воды.

Точка 1 верхняя точка цикла, по линии 1-2 происходит адиабатное расширение пара от давления Р1 до давления Р2 (Р1>Р2). При этом происходит снижение температуры пара с Т1 до Т4, и увлажнение пара до паросодержания X1<1. Величина отрезка 1 – 2 соответствует работе совершенной паром в процессе расширения, в некотором масштабе схемы. (Далее подобная диаграмма будет рассмотрена с конкретными цифрами, в данный момент нас интересует только сам принцип определения величины работы.)

Пар с параметрами соответствующими точке 2 поступает в конденсатор, где при постоянных давлении P2 и температуре Т4, происходит конденсация пара, линия процесса 2 – 3. Характерной особенность данного процесса является то что, температура и давления остаются постоянным, меняется только паросодержание от Х1 до нуля, линии изображающие этот процесс являются прямыми причем изотерма (Т4=const) совпадает с изобарой (P2 = const).

Вода с параметрами соответствующими точке 3 на диаграмме поступает в насос. Здесь происходит процесс адиабатного сжатия воды от давления Р2до давления Р1 по линия процесса 3-4. Линия 4–5, это линия нагрева воды до температуры насыщения Т3 при постоянном давлении Р1 этот участок не является прямой линией, а представляет собой некую кривую.

В точке 5 начинается испарение воды. Изобара P1 = const от этой точки превращается в прямую линию, которая совпадает с прямой линией изотермой (Т3=const) в плоть до точки 6, где вся вода превращается в пар (паросодержание Х=1).

Процесс 6 – 1 это процесс перегрева пара при постоянном давлении P1=сonst. В точке 6 происходит разделения линий процессов изобарического (изобара P1=сonst) и точки изотермического (изотерма Т3=const). По линии 6–1 пар нагревается до температуры Т1 – цикл замкнулся.