Русская Википедия:H, s-диаграмма
H, s-диагра́мма (чит. «аш-эс-диаграмма») (написание строчными буквами: «h, s-диаграмма», ранее i, s-диаграмма, также — диаграмма Молье) — диаграмма теплофизических свойств жидкости и газа (в основном воды и водяного пара), показывающая характер изменения различных свойств, в зависимости от параметров состояния. В основном большое применение получили h, s-диаграммы воды и водяного пара, так как в качестве рабочего тела в теплотехнике чаще всего применяются именно вода и водяной пар, из-за их сравнительной дешевизны и доступности, причём наиболее пристальное внимание оказывается именно той части диаграммы, в которой вода в парообразном состоянии, так как в жидком состоянии она практически несжимаема.
Создание
При проведении технико-экономических расчётов для подбора оборудования в теплоэнергетике и других отраслях и моделирования тепловых процессов необходимы надёжные проверенные данные о теплофизических свойствах воды и водяного пара в широкой области давлений и температур.
Многолетнее международное сотрудничество в области исследования свойств воды и водяного пара позволило разработать и внедрить международные нормативные материалы, содержащие уравнения для описания различных свойств, в специальные таблицы. На основании этих уравнений, соответствующих требованиям Международной системы уравнений для научного и общего применения (The IFC Formulation for Scientific and Generale Use), были составлены и опубликованы подробные таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара, которые широко применяются в практике инженерных теплотехнических расчётов. Данные, полученные путём расчёта по международным уравнениям, были приняты и в СССР и получили определение таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара. В них также включили данные по динамической вязкости.
Ещё в 1904 году немецкий теплофизик Рихард Молье разработал специальную диаграмму для упрощения и облегчения решений практических задач по теплотехнике, в которой в координатах энтальпии (<math>h</math>) и энтропии (<math>s</math>) графически отображаются сведения из таблиц состояний. В 1906 году в Берлине была издана его книга «Новые таблицы и диаграммы для водяного пара». Впоследствии такая диаграмма получила название Диаграмма Молье. В СССР некоторое время было принято название i, s-диаграмма, а в настоящее время — h, s-диаграмма.
Структура
H, s-диаграммы чаще всего содержат в себе данные о свойствах воды в жидком и газообразном состояниях, так как они представляют наибольший интерес с точки зрения теплотехники.
- Степень сухости — это параметр, показывающий массовую долю насыщенного пара в смеси воды и водяного пара. Значение <math>x = 0</math> соответствует воде в момент кипения (насыщения). Значение <math>x = 1</math>, показывает, что в смеси присутствует только пар. При нанесении соответствующих точек в координатах <math>(h,s)</math>, взятых из таблиц насыщения справочников свойств воды и водяного пара, при их соединении получаются кривые, соответствующие определённым степеням сухости. В таком случае линия <math>x = 0</math> является нижней пограничной кривой, а <math>x = 1</math> — верхней пограничной кривой. Область, заключённая между этими кривыми, является областью влажного пара. Область ниже кривой <math>x = 0</math>, которая стягивается практически в прямую линию (не показана), соответствует воде. Область выше кривой <math>x = 1</math> соответствует состоянию перегретого пара.
- Критическая точка (К). При определённом, достаточно высоком давлении, называемом критическим, свойства воды и пара становятся идентичными. То есть исчезают физические различия между жидким и газообразным состояниями вещества. Такое состояние называют критическим состоянием вещества, которому соответствует положение критической точки. Следует заметить, что она на пограничной кривой лежит гораздо левее максимума этой кривой.
- Изотерма — изолиния, построенная методом объединения точек по значениям энтальпии и энтропии, соответствующих определённой температуре. Изотермы пересекают пограничные кривые с изломом и, по мере удаления от верхней пограничной кривой, асимптотически приближаются к горизонтали. На схеме для упрощения представлены только три изотермы:
- <math>t + \Delta t</math>
- <math>t</math>
- <math>t - \Delta t</math>
- Изобара — изолиния, построенная методом объединения точек по значениям энтальпии и энтропии, соответствующих определённому давлению. Изобары не имеют изломов при пересечении пограничных кривых. На схеме представлены только три изобары:
- <math>p + \Delta p</math>
- <math>p</math>
- <math>p - \Delta p</math>
- Изохора — изолиния, построенная методом объединения точек по значениям энтальпии и энтропии, соответствующих определённому объёму. Изохоры на h, s-диаграмме в области перегретого пара, всегда проходит круче, чем изобары, и это облегчает их распознавание на одноцветных диаграммах. Построение изохор требует более кропотливой работы с таблицей состояний. На схеме представлены только три изохоры:
- <math>v - \Delta v</math>
- <math>v</math>
- <math>v + \Delta v</math>
Изотермы и изобары в области влажного пара совпадают, в соответствии с правилом фаз Гиббса.
Применение
H, s-диаграммы используют для расчёта систем испарительного охлаждения (с градирнями или брызгальными бассейнами) и систем кондиционирования воздуха. По диаграмме можно определить соотношение относительной и абсолютной влажности воздуха при разных температурах, точку росы, а также рассчитать необходимую степень насыщения воздуха влагой для достижения желаемой температуры.
Обозначения, принятые в расчётах
- P — абсолютное давление (бар);
- t — температура (градусы Цельсия);
- h — удельная энтальпия (кДж/кг);
- s — удельная энтропия (кДж/(кг·К));
- v — удельный объём (м³/кг);
- x — степень сухости;
- ts — температура насыщения (градусы Цельсия);
- h' — удельная энтальпия кипящей воды (кДж/кг);
- h' ' — удельная энтальпия сухого насыщенного пара (кДж/кг);
- v' — удельный объём кипящей воды (м³/кг);
- v' ' — удельный объём сухого насыщенного пара (м³/кг);
- s' — удельная энтропия кипящей воды (кДж/(кг·К));
- s' ' — удельная энтропия сухого насыщенного пара (кДж/(кг·К));
- Точка «0» — начальная точка процесса расширения (сжатия) пара;
- Точка «1t» — конечная точка расширения (сжатия) в идеальном процессе;
- Точка «1» — конечная точка расширения (сжатия) в реальном процессе с заданным к.п.д.;
- H0=h0 — h1t;
- H=h0 — h1.
Современные h, s-диаграммы
С развитием современной электронно-вычислительной техники и появлением доступных компьютеров и приложений, большое распространение получили h, s-диаграммы в электронном виде. Такие диаграммы представляют собой обычный оконный интерфейс с полями для ввода исходных данных, графическими функциональными клавишами, и полем ответов. После ввода имеющихся данных, нажатием графической клавиши «Расчёт» или «Ввод» на клавиатуре компьютера можно вызвать необходимую информацию при условии соблюдения введённых параметров.
Литература
- Александров А.А. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАБОЧИХ ВЕЩЕСТВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ / А.А. Александров, К.А. Орлов, В.Ф. Очков - 2-е изд., перераб. и допол. - М.: Издательский дом МЭИ. 2017. - 226 [8] с.: ил. - сайт справочника http://twt.mpei.ac.ru/rbtpp
- Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос.службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98 / А.А. Александров, Б.А. Григорьев - М.: Издательство МЭИ. 1999. ISBN 5-7046-0397-1.
- Теплоэнергетика и теплотехника. Книга вторая: «Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник». / Под общей ред. В. А. Григорьева и В. М. Зорина — Москва. Энергоатомиздат. 1988 год. ISBN 5-283-00112-1
- Теоретические основы теплотехники: Учеб. пособие. 2-е изд., стер. / Ляшков В. И. - Москва: Изд-во Машиностроение-1, 2005 год. ISBN 5-94275-027-0
См. также
- I-d диаграмма влажного воздуха
- Психрометрическая диаграмма
- Рабочее тело
- Теплоноситель
- Теплотехника
- Энтальпия
- Энтропия
