|
Водяной пар широко используется в энергетике, отоплении, для различных технических нужд. Он является рабочим телом в тепловых двигателях (паровых поршневых машинах, паротурбинных установках), а также в различных нагревательных устройствах (теплообменных аппаратах, в нагревательных приборах парового отопления, в калориферах и т. д.), где он используется в качестве теплоносителя.
Процесс парообразования может осуществляться двумя различными по интенсивности и характеру процессами:
1. Испарение – процесс парообразования с поверхности жидкости. Здесь при хаотическом тепловом движении отдельные молекулы, обладающие наибольшей скоростью, преодолевают поверхностное натяжение и вылетают в пространство над поверхностью раздела.
Испарение может быть полным, если над жидкостью – неограниченное пространство.
2. Кипение – процесс одновременного и многократного испарения жидкости в область, образованную паровым пузырьком.
Для возникновения кипения температура жидкости должна несколько превышать температуру кипения при данном давлении, т.е. должен быть местный перегрев этой жидкости. При отводе тепла от пара он будет вновь превращаться в жидкость. Этот обратный процесс называется конденсацией. Процесс кипения, так же как и процесс конденсации, протекает при постоянной температуре, если при этом давление рабочего тела не меняется. Жидкость, полученную при конденсации пара, называют конденсатом.
Полученные пары бывают насыщенными и перегретыми.
Насыщенный пар получается в том случае, если в закрытом сосуде наступает момент, когда количество молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул, возвращающихся обратно в жидкость. Пар в этом состоянии принимает максимальную плотность при данной температуре. То есть, можно сказать, что насыщенный пар – это пар, соприкасающийся с жидкостью и находящийся с ней в термическом равновесии. С изменением температуры равновесие нарушается, вызывая изменение плотности и давления насыщения.
Насыщенные пары, в свою очередь, можно разделить на 2 группы:
1) сухие насыщенные пары;
2) влажные насыщенные пары.
Сухой насыщенный пар получается в результате законченного парообразования, т.е. когда последняя капля жидкости перешла в пар. Это состояние рабочего тела является неустойчивым, т.к. при отводе тепла (или повышении температуры, или повышении давления) часть пара сконденсируется, и рабочее тело будет состоять из смеси пара с жидкостью. Такой пар будет называться влажным насыщенным. Влажный пар может рассматриваться как смесь сухого пара с мельчайшими капельками воды, взвешенными в паре. Его состав определяется степенью сухости x, которая представляет собой долю сухого пара во влажном. Следовательно, (1-х) – влажность пара. (Например, если степень сухости влажного пара х=0,75, то следует, что в рабочем теле 75% сухого пара и 25% - воды).
При незначительном повышении температуры или понижении давления сухой насыщенный пар переходит в состояние перегретого пара, отсюда при одном и том же давлении температура и объем перегретого пара будет больше соответствующих величин сухого пара. Чем больше степень перегрева, тем больше по своим термическим
свойствам перегретый пар приближается к идеальному газу. Напротив, при приближении к состоянию насыщения все больше проявляется влияние конечного объема молекул и Ван-дер-Ваальсовых сил.
Пар различного состояния в промышленных условиях получается в паровых котлах (парогенераторах). Процесс парообразования протекает при постоянном давлении, т.е. является изобарным.
Как уже отмечалось, процесс производства пара идет при постоянном давлении. Он включает в себя три последовательных этапа:
- подогрев воды до температуры кипения (она еще называется температурой насыщения и обозначается Ts);
- парообразование, т.е. превращение кипящей жидкости в сухой насыщенный пар;
- перегрев пара до необходимой температуры.
|