Несмотря на значительные успехи, достигнутые в области теоретических исследований тепловых свойств водяного пара, не представляется все же возможным отказаться от опытного, экспериментального исследования этих свойств. Более того, данные, полученные в результате экспериментальных исследований, являются наиболее надежной основой как для составления таблиц тепловых свойств воды и водяного пара, так и для подтверждения теоретических выводов. Без точных и проверенных экспериментальных данных невозможно было бы в настоящее время составление точных таблиц тепловых свойств воды и водяного пара.
А между тем такие таблицы необходимы при проведении любых теплотехнических расчетов, связанных с водяным паром. Это объясняется тем, что вследствие своеобразных свойств воды и водяного пара, сильно отличающихся от хорошо изученных свойств большинства газов (кислорода, азота, воздуха и др.), уравнение для определения удельного объема при различных температурах и давлениях получается по необходимости очень сложным и неудобным для использования в расчетах. То же самое нужно сказать и об уравнении для определения теплоемкости. В то же время при проведении теплотехнических расчетов необходимы значения удельных объемов, теплоемкостей и ряда других величин, при различных давлениях и температурах. Вот здесь-то и оказываются совершенно незаменимыми таблицы тепловых свойств воды и водяного пара, в которых приводятся точные численные значения удельных объемов, теплоемкостей и многих других величин для различных температур и давлений.
Именно поэтому, начиная с середины прошлого столетия, в лабораториях различных стран мира непрестанно проводятся измерения удельных объемов и теплоемкостей. Давление и температура, при которых определяются удельные объемы и теплоемкости, непрерывно возрастают.
За годы советской власти в нашей стране были созданы крупнейшие научно-исследовательские институты и высшие учебные заведения, ведущие работу в области энергетики и теплотехники. Наши советские ученые с большой энергией взялись за экспериментальное исследование тепловых свойств воды и водяного пара при высоких давлениях и температурах. Результат не заставил себя долго ждать. Если энергетика и энергомашиностроительная промышленность Советского Союза являются в настоящее время передовыми по сравнению с энергетикой и энергомашиностроительной промышленностью других, в том числе и наиболее развитых в промышленном отношении стран, то наша советская наука в области экспериментального и теоретического исследования свойств водяного пара намного обогнала науку зарубежных государств.
Интересные исследования тепловых свойств воды и водяного пара были проведены во Всесоюзном теплотехническом институте им. Ф. Э. Дзержинского (ВТИ) и Московском энергетическом институте им. В. М. Молотова ().
В физико-технической лаборатории ВТИ под руководством Д. Л. Тимрота и Н. Б. Варгафтйка измерялись, в частности, удельные объемы и теплоемкости воды и водяного пара. Удельные объемы определялись главным образом в так называемой критической области, т. е. при таких температурах и давлениях, при которых они ранее никем не измерялись. Теплоемкости при постоянном давлении определялись при высоких температурах, вплоть до 600° С, и высоких давлениях. Эти работы явились крупным вкладом в изучение тепловых свойств водяного пара.
В лаборатории теоретических основ теплотехники МЭИ проведены серьезные экспериментальные работы по исследованию воды и водяного пара. В этой лаборатории были созданы оригинальные экспериментальные установки и определены с высокой степенью точности значения удельных объемов и теплоемкостей воды и водяного пара при ранее никем не исследованных давлениях и температурах, свыше 500 атмосфер и 650° С.
Сейчас нет ни возможности, ни необходимости приводить описание этих установок и рассказывать о том, как они работают. Это является уже слишком специальным вопросом и освещение его уместно в технических журналах и книгах. Заметим здесь только, что современные измерения физических свойств веществ отличаются очень высокой степенью точности. Сказанное в полной мере относится и к опытному определению тепловых свойств воды и водяного пара. Так, например, в современных опытных исследованиях ошибка в измерении температуры может составлять не свыше 0,04° С. Если при этом измеряется температура порядка 600° С, то такая ошибка практически совершенно неощутима. В точном измерении давления — деле еще более трудном, чем точное измерение температуры, — за последнее время также достигнуты большие успехи. С помощью так называемых поршневых манометров конструкции М. К. Жоховского можно производить очень точное измерение давления. Так, например, при измерении давлений порядка 500 атмосфер и даже выше поршневым манометром ошибка измерения не превышает 0,2 атмосферы. Иными словами, ошибка измерения в 2 500 раз меньше величины измеряемого давления. Конечно, такая неточность не имеет практического значения.
Разумеется, высокая точность измерения тепловых свойств воды и водяного пара достигается ценой большой сложности опытной установки.
Значительные успехи, достигнутые за последние годы в теоретических и экспериментальных исследованиях тепловых свойств воды и водяного пара, позволили создать точные и надежные таблицы этих свойств. Надо сказать, что работа по составлению таких таблиц имеет свою историю.
Начало систематических исследований свойств водяного пара относится к сороковым годам прошлого столетия.
Известный французский физик Реньо провел ряд опытов по определению теплоты парообразования, теплоемкости и других свойств водяного пара. Первые таблицы тепловых свойств воды и водяного пара были изданы в шестидесятых годах прошлого столетия. Они были составлены по опытным данным Реньо. Наибольшее давление, для которого приводились тепловые свойства воды и водяного пара в этих таблицах, составляло всего лишь 20 атмосфер. Эти первые паровые таблицы, применявшиеся вплоть до начала двадцй-того столетия, вполне удовлетворяли теплотехнику того времени, так как давление пара в котлах и паровых машинах не превышало тогда 12—15 атмосфер.
Начало двадцатого столетия замечательно стремительным развитием теплотехники, широким применением паровых турбин, пришедшим на смену паровым машинам, повышением начального давления и температуры пара. Для практики стали необходимы новые паровые таблицы: более точные, охватывающие значительно большие давления и температуры. В 1906 г. были изданы таблицы, составленные Молье. Наибольшее давление, приведенное в этих таблицах, достигало 225 атмосфер, а наибольшая температура 500° С. Вслед за таблицами Молье было выпущено большое количество паровых таблиц других авторов. В том числе в 1916 г. вышли в свет таблицы Попова.
Следует отметить, что между цифровыми данными, приведенными в паровых таблицах различных авторов, существовали значительные расхождения. Это создавало большие неудобства при их использовании. Кроме того, начальное давление и температура пара, применяемого в паросиловых установках, все время повышались, а паровые таблицы того времени при высоких температурах и давлениях не отличались большой точностью. Поэтому с целью уточнения паровых таблиц и выбора наиболее надежных цифровых данных в период с 1929 по 1934 г. состоялись три международных конференции по паровым таблицам. На этих конференциях за основу принимались последние по тому времени и наиболее точные опытные данные. В результате работы последней, третьей, международной конференции, состоявшейся в США в 1934 г., были составлены так называемые скелетные таблицы важнейших тепловых свойств воды и водяного пара. Наибольшее давление, приведенное в этих таблицах, 400 атмосфер, наибольшая температура 550° С.
Скелетные таблицы, принятые третьей международной конференцией, в свое время бесспорно были наиболее точными и легли в основу многочисленных паровых таблиц, выпускавшихся в дальнейшем различными авторами. Однако и эти по тому времени наиболее точные таблицы имели очень большие недостатки. Их составители полагали, что создание теории тепловых свойств водяного пара является настолько сложным делом, что заниматься им вообще не имеет смысла. Как уже было сказано, работа международных конференций по паровым таблицам основывалась по-этому исключительно на экспериментальных исследованиях. Но вся беда заключалась в том, что эти исследования были далеко не полными. Тепловые свойства воды и водяного пара в то время вообще еще не были изучены опытным путем при температурах выше 460° С. Это не могло не отразиться на точности скелетных таблиц: при температуре свыше 460° С, как показали дальнейшие исследования, данные этих таблиц содержали существенные ошибки.
Для энергетики Советского Союза, развивавшейся на основе новейшей техники, широко использующей и турбины высокого давления, точные паровые таблицы, охватывающие область высоких давлений и температур, оказались совершенно необходимыми. Так как работы зарубежных исследователей были недостаточны для составления таких таблиц, то советским ученым пришлось выполнить всю эту работы самим. О теоретических и экспериментальных работах, проведенных советскими исследователями по определению тепловых свойств воды и водяного пара, мы уже кратко рассказали.
Эти работы советских ученых позволили создать точные и надежные таблицы тепловых свойств воды и водяного пара, включающие область высоких и сверхвысоких давлений и температур. Советские паровые таблицы — результат многолетней теоретической и экспериментальной работы наших ученых — способствуют дальнейшему еще более широкому применению пара высокого давления, росту и совершенствованию отечественной энергетики.
При выборе теплоизоляционных материалов для труб с горячей водой в настоящее время на рынке представлено большое количество разнообразных материалов. Но всё же стеклоткань Москва остаётся лидером в этом сегменте.
