热力性质图
热力性质图:空气在空分装置的不同部位有不同的状态,表示状态的物理量叫状态参数。通常用仪表可直接测量的是温度T 、压力P 等参数。但是还有一些参数是在做理论分析时常要用到的,例如焓h 、熵S 等。
这些状态参数之间存在一定的关系,对于不同的物质它们的关系不同。这种关系就反映了它的热力性质。通常是已知其中任意两个独立的状态参数,就可以确定其它参数的数值。例如,可以根据温度丁和压力P 确定其焓h 、熵5等。
但是,按理论计算则非常复杂。通常是根据实验测定,将它们的关系制成热力性质表,可从表中查取相关的数据,但这也不太方便。因为表中给出的数据不是连续的,往往还要用插入法计算中间的数据。在实际使用时,为了方便,将它们之间的关系用坐标图的形式表示,这种图就叫“热力性质图”。
在平面直角坐标图上,根据纵坐标和横坐标的数值,就可在平面上确定一个点。这正如根据几排、几号可以确定坐位一样,根据经度、纬度可以确定地理位置一样。在热力性质图上的一个点就表示一个状态。在状态点确定以后,可以直接从图上查到其它相关的状态参数。 以哪两个状态参数为坐标是任意的,主要是看如何使用方便。以焓和熵为坐标叫“焓-熵图”(h-s 图) ;以温度和熵为坐标叫“温-熵图”(T-s 图) 。对同一种物质,从不同的热力性质图上查到的结果应该是相同的。 温-熵图(T-S图) 与焓-熵图(h-S图) 的形状如图8所示。对不同的物质(氧、氮、空气等) 可分别绘制出不同的热力性质图,但它们具有相似的形状。
在热力性质坐标图上,从纵坐标和横坐标按水平线或垂直线分别可以表示出该状态参数的数值。其他参数以等值曲线的形式表示在图上,以便查到该参数的数值。例如在T-S 图上(图8a) ,纵坐标为温度,横坐标为熵,图上标有等压线、等焓线等;在h-s 图上(图8b) ,纵坐标为焓,横坐标为熵,在图上标有等温线、等压线等。沿等值线上的各点,表示该状态参数相等。根据两个独立的状态参数数值,就可以在图上确定一个状态点,其它状态参数的数值就可以根据该点与等值线的相对位置就可以相应地确定。例如根据T1和P1,在图上可以确定点1,相应地可以查到它的焓值h1和熵值s1
由于在计算时还会遇到气液共存的饱和状态及液态,在热力性质图上往往也包括湿蒸气及液态的范围。在T-s 图上的下方,有一条凸形的曲线(粗线) ,叫饱和曲线。曲线的顶点C 即为临界状态点,左侧的一半饱和曲线是饱和液体线,右侧的一半是饱和蒸气线。曲线的下方为气、液共存的湿蒸气区;上方*热蒸气区,临界温度Tc 以下的左侧区是液体区。
在湿蒸气区,相同压力下整个气化阶段温度保持不变,所以该区域的等压线即为等温线(水平线) 。其中气、液的比例(叫干度z) 根据它离该压力下饱和液体点(z=0)及饱和蒸气点(x=1)的相对位置确定,图上也标出了等干度线(x=0.1,…0.9等) 。
在h-s 图上的下方也有一条饱和曲线(粗线) ,下方为湿蒸气区。在该区域的等压线即为等温线,可从与饱和曲线的交点查到湿蒸气的温度。在上部的过热蒸气区的等温线是微上凸的曲线。从纵坐标上可直接查到它的比焓值(kJ/kmol),所以它对膨胀机的计算最为方便。在湿蒸气区,因为压力和温度不是独立的参数