Загрузка ... Загрузка ...

Водяной пар находит большое применение в народном хозяйстве. В энергетической технике он используется в качестве рабочего тела в тепловых двигателях — паросиловых установках; в качестве теплоносителя применяется для отопления помещений и подогрева воды. В производстве строительных материалов, главным образом сборного железобетона и силикатного бетона, водяной пар используют в качестве теплоносителя при тепловлажностной обработке изделий. В сушильной технике им подогревают воздух в калориферах.

Существует два способа парообразования: испарением воды и ее кипением.

Образование пара испарением воды происходит при любой ее температуре, отличной от О К, и с открытой поверхности в результате диффузии молекул воды в окружающую среду, если парциальное давление пара в окружающей среде ниже парциального давления пара на поверхности жидкости.

Получение пара при кипении воды происходит во всей ее массе и при строго определенной для данного давления температуре, называемой температурой кипения. Огромные масштабы современною производства требуют для технических целей больших количеств пара, получаемого исключительно при кипении воды в специальных аппаратах— парогенераторах.

Парообразование и состояния пара

Водяной пар может быть трех видов: влажным насыщенным, сухим насыщенным и перегретым.

Проследим за постепенным превращением воды в пар при ее нагревании в закрытом сосуде. По мере повышения температуры воды возрастает скорость движения се молекул. При достижении температуры кипения во всей массе жидкости начинается образование пузырьков пара. Скорость движения молекул возрастает настолько, что все большая часть их, преодолевая силы сцепления, покидает жидкость и переходит в пространство над ней. Давление пара над жидкостью повышается. Однако, находясь в непрерывно беспорядочном движении, часть молекул из пара вновь возвращается в жидкость — конденсируется. При конденсации давление пара над жидкостью падает. Если же скорости испарения и конденсации сравняются, наступит динамическое равновесие между водой и паром, которое приведет к устойчивости давления. В этот момент пар, находящийся над поверхностью жидкости, имеет максимальную плотность при данной температуре и называется насыщенным паром. Состояние насыщенного пара является неустойчивым и зависит от давления и температуры.

Насыщенный пар может быть сухим и влажным. Сухим насыщенным паром называется такой, который не содержит мельчайших частичек воды. Температура сухого насыщенного пара равна температуре кипения жидкости. Влажный насьщенный пар представляет собой механическую смесь сухого насыщенного пара и мельчайших частичек кипящей жидкости.

Насыщенный пар характеризуется степенями сухости и влажности 1—х. Степенью сухости влажного пара называется массовая доля влаги во влажном паре.

Очевидно, степень сухости сухого насыщенного пара равна единице (л=1), степень его влажности — нулю, а степень влажности кипящей воды — единице.

Определение параметров водяного пара

Определять параметры водяного пара, пользуясь характеристическим уравнением состояния, было бы ошибочно в силу того, что водяной пар, применяемый как рабочее тело в тепловых двигателях, по своим свойствам сильно отличается от идеальных газов. Между его молекулами существуют значительные силы сцепления, которыми нельзя пренебречь, так же как и объемом самих молекул, способных к тому же укрупнению — ассоциации. Для водяных паров, относящихся к реальным газам, на основании экспериментальных исследований составлены таблицы, отражающие зависимость важнейших параметров водяного пара от давления. Пользуясь ими, по известному давлению сухого насыщенного пара можно определить все остальные его параметры.

Для графического изображения процесса парообразования в координатах 7s рассмотрим последовательно процесс изменения состояния воды при переходе ее в пар при постоянном давлении.

За исходное состояние примем воду с температурей 273 К, энтропией, равной нулю, и давлением р. При подводе теплоты вода, нагреваясь и превращаясь в пар, будет проходить через ряд последовательных состояний: кипящая вода, влажный насыщенный пар, сухой насыщенный пар, перегретый пар.

Изобразим этот процесс в координатах Ts как изобарный процесс при давлении р.

Точка а характеризует воду с параметрами 7*=273 К, s=0. Изобара ab характеризует подогрев воды до температуры кипения

Здесь количество подведенной теплоты равно энтальпии жидкости. Согласно смыслу г5-диаг-раммы, количество подведенной теплоты выражается на графике заштрихованной площадью под изобарой ab. Дальнейший подвод теплоты приведет к повышению температуры. Процесс парообразования пойдет по горизонтальному участку be изобары, являющейся в то же время изотермой, потому что при температуре кипения вся подводимая теплота, равная теплоте парообразования, пойдет на изменение потенциальной энергии и на работу расширения при  парообразовании.

Критическое давление в водяном пару

При критическом давлении кипящая вода мгновенно превращается в сухой насыщенный пар, минуя его влажное состояние. Соединив характерные точки, получим пограничные кривые, которые делят диаграмму на три области.

Кривая ак, называемая нижней пограничной кривой, характеризует состояние кипящей воды.Сухого насыщенного пара здесь нет, поэтому .v = 0. Кривая  кс называется верхней   пограничной кривой и характеризует состояние сухого насыщенного пара с—х=1.

Нижняя и верхняя пограничные кривые ограничивают область влажного насыщенного пара. Полезно обратить внимание на то, что чем выше давление, тем уже становится область илажного насыщенного пара. В технике это обстоятельство учтено при конструировании мощных прямоточных котлов, работающих при сверхкритических параметрах пара.

Влево от нижней пограничной кривой расположена область воды в пределах температур от 273 К до температуры кипения.

Вправо и вверх от верхней пограничной кривой находится область перегретого пара.

Необходимо отметить, что состояния воды при температуре кипения и сухого насыщенного пара, расположенные на пограничных кривых, являются неустойчивыми, в отличие от устойчивых состояний воды, влажного насыщенного и перегретого пара, расположенных в областях диаграммы.

Для определения температуры какого-либо состояния влажного пара, заданного его давлением и степенью сухости, следует, отметив состояние пара на диаграмме точкой, подняться по заданной изобаре до пересечения с верхней пограничной кривой. Начинающаяся в этой точке изотерма определит искомую температуру влажного пара, одинаковую с температурой сухого насыщенного пара. Иногда на диаграмму наносят линии постоянных объемов (изохоры), имеющие более крутой наклон, чем изобары. Так же можно производить построение различных термодинамических процессов изменения состояния водяного пара, происходящих в тепловых двигателях, пропарочных камерах, при прохождении пара через дроссельные заслонки и быстро решать многие другие задачи. Для практического применения не требуется вся диаграмма, а только часть ее, ограниченная на рисунке пунктиром.

Комментарии запрещены.

Метки
Добро пожаловать
На наш новый форум газовиков!
Полезное
Опрос

У вас есть дома газ?

Просмотреть результаты

Загрузка ... Загрузка ...
Календарь
Ноябрь 2017
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Июн    
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930  

Галерея

images_2 images_9 images_13 images_7