ВВЕДЕНИЕ
На состоявшейся в 1963 г. в Нью-Йорке VI Международной конференции по свойствам водяного пара утверждены Международные скелетные таблицы значений удельных объемов и энтальпии воды в состоянии насыщения, в жидкой и паровой фазах [1]. Эти таблицы разработаны на основе обширного экспериментального материала о термодинамических свойствах воды, накопленного в разных странах в процессе осуществления международной программы исследований, согласованной в 1958 г. в Москве на 1-м официальном совещании Международного координационного комитета по свойствам водяного пара.
В соответствии с этой программой в Советском Союзе были поставлены обширные исследования. В основном в период с 1958 по 1963 гг. во Всесоюзном теплотехническом и Московском энергетическом институтах были экспериментально изучены удельные объемы, энтальпия, изобарная теплоемкость воды и водяного пара в широкой области параметров состояния [2]. Особенно подробно исследована критическая область, представляющая большой интерес для-современной энергетики. До последнего времени эта область параметров состояния оставалась изученной совершенно недостаточно, что объясняется серьезными методическими трудностями, неизбежно возникающими при измерениях вблизи критической точки. Основные экспериментальные исследования термических (р, v, Г-зависимость) [3—7] и калорических (изобарная теплоемкость) [8—12] свойств воды в критической области выполнены во Всесоюзном теплотехническом институте (ВТИ),
VI Международная конференция по свойствам водяного пара рассмотрела также вопрос о скелетных таблицах коэффициентов переноса воды и водяного пара и для их разработки выделила
специальную комиссию. Проект Международных скелетных таблиц коэффициентов теплопроводности и динамической вязкости был подготовлен комиссией в 1964 г. и после одобрения делегациями VI Международной конференции приобрел силу международного нормативного материала [13]. Скелетные таблицы коэффициентов переноса также в значительной степени базируются на результатах исследований, проведенных в Советском Союзе. В частности, единственные данные о теплопроводности воды в критической области, использованные при составлении скелетной таблицы, получены в СССР [14]. Международные скелетные таблицы коэффициентов переноса разработаны и приняты впервые.
Поскольку Международные скелетные таблицы составлены с очень редким шагом по давлению и температуре (25—50—100 бар и 25—50—100 град) [2], они не могут быть непосредственно исполь-. зованы при теплотехнических расчетах.
В соответствии с существовавшей ранее практикой в разных странах на основе Международных скелетных таблиц (1934 г.) составлялись подробные (с шагом 10 град) национальные таблицы значений термодинамических величин воды и пара. Эти значения существенно расходились между собой, хотя, как правило, в пределах установленного допуска были согласованы с данными скелетных таблиц,
С развитием международных научно-технических и торговых связей подобная практика вступила в противоречие с требованиями унификации такого нормативного материала, каким являются таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара.
Поэтому VI Международная конференция образовала Международный комитет по уравнениям, которому поручила в возможно короткие сроки разработать единые для всех стран уравнения состояния для воды и водяного пара, позволяющие выполнять расчеты значений термодинамических величин на электронных цифровых вычислительных машинах. Полученные таким образом результаты должны быть термодинамически согласованы между собой и во всех точках согласовываться с Международными скелетными таблицами 1963 г. в пределах допусков, установленных в этих
таблицах [1].
В процессе решения поставленной задачи Международный комитет по уравнениям пришел к выводу, что данных, зафиксированных в скелетных таблицах 1963 г., недостаточно для точного описания термодинамических свойств в широкой области давлений и температур и, в первую очередь, в критической области вследствие редкого шага, с которым составлены эти таблицы, и сравнительно больших допусков. В связи с этим было принято решение при разработке уравнений состояния в дополнение к скелетным таблицам использовать результаты экспериментальных исследований удельных объемов воды в критической области, проведенных во Всесоюзном теплотехническом институте [3—7], и опытные данные Кейса [15]. Для оценки точности уравнений состояния Между-
народный комитет решил использовать результаты сопоставления рассчитанных по уравнениям значений изобарной теплоемкости с соответствующими экспериментальными данными ВТИ [8—12] и установил допустимые расхождения между указанными значениями.
К 1967 г. Международный комитет по уравнениям закончил работу по составлению системы уравнений для точного описании термодинамических свойств воды и водяного пара во всей области параметров состояния, охваченной Международными скелетными таблицами, т. е. до 1000 бар и 800°С. Эта система уравнений, получившая название «The 1968 IFC Formulation for Scientific and General Use», включает уравнения, справедливые в отдельных подобластях [2]. Рассчитанные по ним значения термодинамических величин в пределах допуска согласуются с Международными скелетными таблицами и в пределах погрешности измерений с наиболее достоверными экспериментальными данными, в частности, для критической области с опытными данными — ВТИ [3—12], которые были использованы проф. 3. Юзой (ЧССР) при разработке уравнения для этой области. На границах подобластей сопрягаемые уравнения дают согласующиеся в очень узких пределах результаты.
Принятие указанной системы уравнений в качестве международной позволяет обеспечить полную унификацию данных о термодинамических свойствах воды и водяного пара.
На основе этой системы в Советском Союзе разработаны единые таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара при давлениях до 1000 бар (и 1000 кгс/см2) и температур до 800°С [2], составленные с шагом по давлению, принятым в ранее .издававшихся таблицах [16, 171, и по температуре с шагом 10 град, а в критической области — 5 град.
Интерполяция значений термодинамических величин при указанном шаге в критической области, где они сильно изменяются в зависимости от давления и температуры, не может быть проведена достаточно надежно. Вместе с тем широкое внедрение в энергетику пара со сверхкритическими параметрами выдвигает весьма высокие требования к точности теплотехнических расчетов оборудования. Подробные и надежные данные, в частности, необходимы для анализа и обобщения результатов исследования теплоотдачи и гидравлического сопротивления при течении воды со сверхкритическимч параметрами, для расчета современных котельных агрегатов и геплообменных аппаратов. В последнее время в связи с комплексной автоматизацией тепловых электростанций и перспективой использования на них управляющих машин особую важность приобрели исследования нестационарных процессов теплообмена и Динамических характеристик теплообменных аппаратов. В этих случаях требуется знание ряда производных от термодинамических величин, однако надежно определить их для критической области по обычным таблицам [2] практически невозможно. В связи с изло-
женным и была предпринята работа по составлению настоящего еправочника.
Попытки разработать более подробные таблицы для указанной области параметров состояния предпринимались и ранее [18], однако при этом пользовались графическими методами интерполяции, которые не могли обеспечить высокой точности. К тому же данные, положенные в основу разработки [18], были весьма ограниченными и в значительной мере к настоящему времени устарели.
В результате проведенных в последние годы в ВТИ точных исследований удельных объемов и изобарной теплоемкости води * критической области получен обширный материал, составивший вместе с результатами других исследований надежную основу для разработки экспериментально обоснованных уравнений состояния и подробных таблиц термодинамических свойств воды.
Используя Международные скелетные таблицы коэффициентов теплопроводности и динамической вязкости и принятые при их составлении экспериментальные данные, можно составить подробные таблицы и для коэффициентов переноса.
В настоящем справочнике содержатся подробные таблицы теплофизических свойств воды в критической области: удельных объемов (v), энтальпии (Л), изобарной теплоемкости (ср) , коэффициентов теплопроводности (X) и динамической вязкости (^) , а также чисел Прандтля (Рг) при давлениях от 200 до 400 бар и температурах от 350 до 500°С с шагом 1 бар и 1 град. Охватываемая область параметров состояния не только практически используется в настоящее время, но и имеет перспективное значение при повышении параметров пара в будущих энергетических установках.
.Характер изменения перечисленных величин в рассматриваемой области в зависимости от давления и температуры иллюстрируется рис. 1—6.
Значения термодинамических величин v, h и Ср в данной книге рассчитаны по международному уравнению состояния для критической области. Хотя во Всесоюзном теплотехническом институте под руководством А. М. Сироты было составлено точное интерполяционное уравнение [19], описывающее экспериментальные данные об изобарной теплоемкости [8—12], при расчете ср предпочтение было отдано международному уравнению состояния, так как при этом обеспечивается термодинамическое согласование расчетных величин (v, h и ср). К тому же, как отмечалось выше, международное уравнение хорошо описывает опытные данные ВТИ об удельных объемах и изобарной теплоемкости и обеспечивает практически полное согласование рассчитанных значений термодинамических величин, приведенных в настоящей книге, с соответствующими значениями единых государственных таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара [2], при составлении которых использовалось это же уравнение.
При составлении Международных скелетных таблиц коэффи-
циентов теплопроводности и динамической вязкости были разработаны уравнения для жидкой фазы и перегретого пара. Значения этих же величин в критической области были получены графической интерполяцией опытных данных.
В процессе работы над справочником автором были разработаны интерполяционные уравнения, с требуемой точностью описывающие опытные и скелетные данные о теплопроводности и вязкости воды в критической области [20]. Эти уравнения вместе с международными уравнениями для коэффициентов переноса были положены в основу расчетов приводимых в данной книге таблиц.
Уравнения, использованные при составлении справочника, приведены в первой части книги; во второй части даны подробные таблицы теплофизических свойств воды в критической области. Табличные значения рассчитаны в Вычислительном центре ВТИ на ЭЦВМ «Урал-2».
В расчетных работах, а также в подготовке таблиц к изданию принимали участие инженеры В. Н. Птицина, А. А. Теплова, Е. В. Ескевич, Т. А. Моисеева. j
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ......... 3
Часть первая. Уравнения, использованные при расчете значений теплофизических величин для воды в критической области.......... 14
Часть вторая. Таблицы теплофизических свойств воды в критической области .... 31
Цена: 300руб.
