2.3.2 Термодинамические таблицы и диаграммы

На основе огромного фактического материала по экспериментальному определению свойств газов и смесей для практически важных технических газов были выполнены расчёты величин энтальпии и энтропии как функции состояния.

Энтальпия – термодинамическая функция, определяемая как сумма внутренней и объёмной энергий или в дифференциалах 

Энтальпия является потенциалом, т.е. её изменение зависит только от начального и конечного состояния и не зависит от пути.

Энтальпия характеризует состояние термодинамической системы. Изменение ее есть мера изменения работы в адиабатических процессах. Это изменение равно количеству теплоты, которое подводится или отводится от системы при

Энтальпия есть функция давления и температуры.

Энтропия является мерой необратимости рассеяния энергии в термодинамических процессах в системе. Энтропия также является потенциалом. Она не определима при нулевом давлении, поэтому в расчётах оперируют не её абсолютным значением, а  изменением

 

Результаты расчётов собраны в справочные таблицы. Однако на практике более удобно и наглядно пользоваться составленными по этим справочным данным диаграммами состояния.

Такие диаграммы охватывают обычно и области жидкой фазы ниже пограничной кривой фазового перехода. По диаграммам легче определить изменение состояния газа при различных превращениях, а также теплоту и работу этих превращений. Диаграммы дают наглядность в движении термодинамических процессов, позволяют избежать ошибок и промахов в определении параметров процессов. Использование диаграмм даёт возможность проще и быстрее, чем при работе по формулам, определить необходимую величину. Кроме того, термодинамические расчёты по формулам не всегда возможны.

В практике используются несколько видов диаграмм в зависимости от задач. Состояние веществ определяют давление температура  и параметр влажности  Зная эти параметры, легко определить другие: удельный объём, энтальпию  энтропию  которые обычно отнесены к массы газа.

Применяют следующие диаграммы:  На каждой такой диаграмме остальные четыре параметра представлены линиями постоянных значений. Например, на диаграмме  нанесены линии: изохоры, изотермы, изобары.

При анализе и расчёте процессов сжатия и расширения газов наиболее часто применяются диаграммы  (рис. 2.4 и 2.5).

 

 

 

ОА – объём твёрдой фазы в условиях плавления;

ВС – объём затвердевающей фазы (в равновесии с плавлением);

ВК – объём кипящей жидкости  (в равновесии с паром);

KD – объём пара

K – критическая точка

линии постоянной влажности

Процесс сжатия показан линией 1-2. Отметим, что действительны лишь состояния 1 и 2, а остальные точки линии процесса условны.

В этой диаграмме удобно представляется внешняя работа сжатия  равная

 

которая показана заштрихованной площадью под линией сжатия.

Такая диаграмма удобна для расчётов компрессоров и детандеров объёмного типа.

На рис. 2.5 представлена диаграмма для водяного пара. На диаграмме в качестве примера показан процесс в паротурбинной установке: 0-1 – изобарное нагревание, теплота нагревания равна разности энтальпий (отрезок АВ); 1-2 – процесс дросселирования в вентиле при  2-3 – процесс расширения в турбине (отрезок ВС – работа расширения).

 

 

Эта диаграмма удобна для исследования процессов в паровых котлах, турбинах и нагревателях, а также в турбокомпрессорах.

Определение свойств реальных газов возможно также с применением таблиц Варгафтика М.Б. [3] (для газов), Вукаловича М.П. [3] (для водяного пара) и др.