Лекция 6.3: Понятия о водяном паре
Одним из распространенным рабочим телом в паровых турбинах, паровых машинах, в атомных установках, теплоносителем в различных теплообменниках является водяной пар.
Парообразование – процесс превращения вещества из жидкого состояния в парообразное, протекающий при температуре насыщения (кипения).
Испарение – парообразование, происходящее всегда при любой температуре с поверхности жидкости.
При некоторой определенной температуре, зависящей от природы жидкости и давления, под которым она находится, начинается парообразование во всей массе жидкости. Этот процесс называется кипением.
Обратный процесс парообразования называется конденсацией. Она также протекает при постоянной температуре.
При испарении жидкости в ограниченном пространстве (в паровых котлах) одновременно происходит обратное явление – конденсация пара. Если скорость конденсации станет равной скорости испарения, то наступает динамическое равновесие.
Пар в этом случае имеет максимальную плотность и называется насыщенным паром.
Если температура пара выше температуры насыщенного пара того же давления, то такой пар называется перегретым. Разность между температурой перегретого пара и температурой насыщенного пара того же давления называется степенью перегрева. Так как удельный объем перегретого пара больше удельного объема насыщенного пара, то плотность перегретого пара меньше плотности насыщенного пара. Поэтому перегретый пар является ненасыщенным паром.
В момент испарения последней капли жидкости в ограниченном пространстве без изменения температуры и давления образуется сухой насыщенный пар. Состояние такого пара определяется одним параметром — давлением.
Механическая смесь сухого и мельчайших капелек кипящей жидкости называется влажным насыщенным паром.
Массовая доля сухого пара во влажном паре называется степенью сухости – х.
mсп — масса сухого пара во влажном;
Источник статьи: http://teplotehniki.ru/27-lekciya-63-ponyatiya-o-vodyanom-pare.html
Параметры пара
Свойства пара определяются его параметрами, то есть величинами, характеризующими состояние пара (давление, температура, степень сухости, энтальпия, теплосодержание и т. д.). Тепловая энергия подводится к паровой турбине при помощи водяного пара, являющегося носителем тепловой энергии (теплоносителем).
Насыщенный пар
Если нагревать воду в открытом сосуде, то температура ее будет постепенно повышаться, пока не достигнет примерно 100 0 С; после этого дальнейшее повышение температуры прекращается и начинается кипение воды, то есть бурный переход ее в парообразное состояние. Температура воды во время кипения остается одной и той же, так же как температура получающегося над водой пара; она равна точно 100 0 С при нормальном атмосферном давлении, равном давлению ртутного столба 760 мм высотой. Искусственно изменяя давление, можно изменять температуру кипения в очень широких пределах; при увеличении давления температура кипения повышается, при уменьшении давления – понижается.
Так, при давлении 0,02 ата (0,02 от атмосферного давления) вода кипит при 17,2 0 С, а при давлении 10 ата при 179 0 С.
Температура пара над водой, из которой он получается (рис. 1), всегда равна температуре этой воды. Получающийся над водой пар называется насыщенный пар.
Определенной температуре насыщенного пара всегда соответствует определенное давление, и наоборот, определенному давлению всегда соответствует строго определенная температура.
В (таблице 1) приводится зависимость между температурой и давлением насыщенного пара.
Измерив термометром температуру насыщенного пара, можно по этой таблице определить его давление или, измерив давление, определить температуру.
При образовании пара в паровое пространство котла всегда попадают частицы воды, увлекаемые выделяющимся паром; особенно сильное увлажнение пара происходит в современных мощных котлах при работе их с большой нагрузкой. Кроме того, насыщенный пар обладает тем свойством, что при самом незначительном отнятии теплоты часть пара обращается в воду (конденсируется); вода в виде мельчайших капелек удерживается в паре. Таким образом, практически мы всегда имеем смесь сухого пара и воды (конденсата); такой пар называется влажный насыщенный пар. Так же как и у сухого насыщенного пара, температура влажного пара всегда соответствует его давлению.
Состав влажного пара принято выражать в весовых частях пара и воды. Вес сухого пара в 1 кг влажного пара называется или и обозначается буковой «х». Значение «х» обычно дают в сотых долях. Таким образом, если говорят, что у пара «х»=0,95, то это значит, что во влажном паре содержится по весу 95% сухого пара и 5% воды. При «х»=1 насыщенный пар носит название сухого насыщенного пара.
Один килограмм воды при своем испарении дает один килограмм пара; объем получающегося пара зависит от его давления, а следовательно, и от температуры. В противоположность воде, которая по сравнению с газами почти несжимаема, пар может сжиматься и расширяться в очень широких пределах.
Удельный объем, то есть объем 1 кг пара, при давлении 1 ата для сухого насыщенного пара равен 1,425 м 3 , то есть в 1725 раз больше объема 1 килограмма воды. При повышении давления удельный объем пара уменьшается, та как пар как упругое тело сжимается; так, при давлении 5 ата объем 1 кг сухого насыщенного пара уже равен только 0,3816 м 3 .
Энтальпия пара(теплосодержание) – практически определяется как количество тепла, которое нужно для поучения 1 кг пара данного состояния из 1 кг воды при 0 0 С, если нагрев происходит при постоянном давлении.
Понятно, что при одной и той же температуре энтальпии пара значительно больше, чем энтальпия воды. Для того чтобы нагреть 1 кг воды от 0 до 100 0 С, нужно затратить приблизительно 100 ккал тепла, так как теплоемкость воды равна приблизительно единице. Для того же, чтобы превратить эту воду в сухой насыщенный пар, нужно сообщить воде добавочно значительное количество теплоты, которое расходуется на преодоление внутренних сил сцепления между молекулами воды при переходе ее из жидкого состояния в парообразное и на совершение внешней работы расширения пара от начального объема v / (объем воды) до объема v // (объема пара).
Это добавочное количество теплоты называется теплота парообразования.
Следовательно, энтальпия сухого насыщенного пара будет определяться так:
i // =i / +r, ккал/кг,
где i // — полная теплота (энтальпия пара); i / — энтальпия воды при температуре кипения; r – теплота парообразования.
Например, при давлении 3 кг/см 3 теплосодержание 1 кг кипящей воды равно 133,4 ккал, а теплота парообразования равна 516,9 ккал/кг; отсюда энтальпия сухого насыщенного пара при давлении 3 кг/см 2 будет:
i // =133,4+516,9=650,3 ккал/кг (табл 2)
в сильной степени зависит от его степени сухости; с уменьшением степени сухости пара его энтальпия уменьшается.
Энтальпия влажного пара равна:
Эту формулу легко уяснить себе на следующем примере: допустим, что давление пара 5 кг/см 2 и степень сухости 0,9 иначе говоря, 1 кг этого пара содержит 0,1 кг воды и 0,9 кг сухого пара. По (табл 2) находим, что энтальпия воды при давлении 5 кг/см 2 равна округленно 152 ккал/кг, а энтальпия сухого пара 656 ккал/кг; так как влажный пар состоит из смеси сухого пара и воды, то энтальпия влажного пара в данном случае будет равна:
Следовательно, энтальпия влажного пара будет в этом случае примерно на 50 ккал/кг меньше, чем сухого насыщенного пара того же давления.
Перегретый пар
Если насыщенный пар отвести от поверхности испарения воды в котле и продолжать нагревать его отдельно, то температура пара будет подниматься и объем его увеличиваться. Устройство, в котором пар подогревается (пароперегреватель), сообщается с паровым пространством котла (рис 2). Пар, температура которого выше температуры кипения воды при том же давлении, называется . Если давление пара равно 25 ата, а температура его 425 0 С, то он прегрет на 425 – 222,9 = 202,1 0 С, так как давлению 25 ата соответствует температура насыщенного пара, равная 222,9 0 С (табл 2) 
Энтальпия перегретого пара
Следовательно, она превышает энтальпию сухого насыщенного пара того же давления на величину, выражающую собой количество теплоты, дополнительно сообщенное пару при перегреве; это количество теплоты равно:
а=ср(t2 – t1), ккал/кг,
где ср – средняя теплоемкость 1 кг пара при постоянном давлении. Ее величина зависит от давления и температуры пара; в (табл. 3) даны значения ср для некоторых температур и давлений;
t1 – температура насыщенного пара; t2 – температура перегретого пара.
Энтальпии перегретого пара для некоторых давлений и температур приведены в (табл. 4).
Перегревая свежий пар, мы сообщаем ему дополнительную теплоты, то есть увеличиваем начальную энтальпию. Это приводит к увеличению использованного теплопадения и повышению экономического к.п.д. установки работающей на перегретом паре. Кроме того, перегретый пар при движении в паропроводах не конденсируется в воду, так как конденсация может начаться только с момента, когда температура перегретого пара понизиться на столько, что он перейдет в насыщенное состояние. Отсутствие конденсации свежего пара особенно важно для паровых турбин, вода, скопившаяся в паропроводе и увлеченная паром в турбину, легко может разрушить лопатки турбины.
Преимущество перегретого пара настолько значительны и выгодность его применения настолько велика, что современные турбинные установки работают почти исключительно перегретым паром.
В настоящее время большинство тепловых электростанций строится с параметрами пара свыше 130 – 150 ата и свыше 565 0 С. В дальнейшем для самых мощных блоков предполагается по мере освоения новых жаростойких сталей повысить параметры до 300 ата и 656 0 С.
При расширении перегретого пара его температура понижается, по достижении температуры насыщения перегретый пар проходит через состояние сухого насыщенного пара и превращается во влажный пар.
Источник статьи: http://par-turbina.ucoz.net/index/parametry_para/0-10
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Смесь — кипящая жидкость
Смесь кипящей жидкости и сухого насыщенного пара, находящихся между собой в термодинамическом равновесии, называется влажным паром На рис. 32, б, 34, а. [1]
В технике смесь кипящей жидкости и сухого пара называют влажным паром. [2]
Влажный пар, представляющий собой смесь кипящей жидкости и сухого насыщенного пара, характеризуется степенью сухости х, равной отношению массы сухого насыщенного пара к массе влажного пара. [4]
Принцип сохранения равновесного состояния жидкости и пара был использован Котреллем [127], а также Вашбурном и Ридом [695], сконструировавшими аппарат, состоящий из сосуда, где происходит кипение жидкости, и расширенной книзу стеклянной трубки, в которой смесь кипящей жидкости и пара, вследствие меньшей плотности, устремляется вверх и омывает шарик термометра. [5]
В гетерогенной ( двухфазной) области / / / сухой насыщенный пар и кипящая жидкость находятся в термодинамическом равновесии. По мере приближения к верхней пограничной кривой содержание жидкости уменьшается, в то время как содержание сухого насыщенного пара возрастает Эту смесь кипящей жидкости и сухого насыщенного пара принято называть влажным паром. [6]
Нагревательная камера 1 этого аппарата представляет собой вертикальный цилиндр с пучком нагревательных трубок. Греющий пар поступает в межтрубное пространство. Смесь кипящей жидкости и паров, поднимающаяся вверх по трубкам, поступает по широкой трубе в паровую камеру 2, откуда вторичный пар уходит через верхний штуцер, а упариваемая жидкость стекает по трубе 4 в нижнюю часть нагревательной камеры; если в процессе выпаривания выделяются твердые вещества, то отложение происходит в нижней части аппарата. [7]
Так кривая АС ( см. рис. 34) определяет объем жидкой фазы, находящейся в равновесии с твердой фазой, а кривая EBD — объем твердой фазы. В любой из областей двухфазного состояния вещество находится в виде смеси двух фаз. Так, например в области VI вещество представляет собой смесь кипящей жидкости и сухого насыщенного пара. [8]
Зависимость температуры кипения от состава смеси ( диаграмма Температура — состав) при постоянном давлении изображена на рисунке 9, где по оси ординат откладывают температуру, а по оси абсцисс — состав смеси. Нижняя кривая отражает связь температуры кипения с составом жидкой смеси ( кривая, отвечающая кипящей жидкости), а верхняя — с составом пара над кипящей смесью. Эти кривые образуют характерную линзовидную фигуру, середина которой отвечает смеси кипящей жидкости и насыщенного пара. [9]
Этот вариант технологической схемы принципиально не отличается от предыдущего. Из колонны, отключенной на регенерацию, спускают всю воду, после чего сверху в адсорбер подают из сборника органический растворитель. В некоторых случаях растворитель нагревают до кипения и подают в адсорбер смесь кипящей жидкости и насыщенных паров. Профильтрованный через уголь растворитель возвращается в тот же сборник. Объем первой порции растворителя равен приблизительно 3 — 4 объемам активированного угля в колонне. Раствор извлеченного продукта направляется в ректификационную колонну для отгонки растворителя и возвращения его в цикл. [10]
Наоборот, при изотермическом расширении жидкой углекислоты точка В соответствует началу кипения, а точка С — его концу. Следовательно, точка В сортветствует состоянию кипящей жидкости, а точка С — состоянию так называемого сухого насыщенного пара. В произвольном состоянии М области ВС ( см. рис. 13.5) СО2 представляет собой смесь кипящей жидкости и сухого насыщенного пара. Такую смесь называют влажным паром. [11]
Вид диаграммы температура — состав определяется следующими соображениями. Таким образом, точки а и б соответствуют температурам кипения ( конденсации) чистых веществ. Нижние кривые характеризуют состав кипящей жидкости, верхние — состав насыщенного пара; ниже первой кривой — жидкая фаза, выше второй — перегретый пар, а между ними — смеси кипящей жидкости и насыщенного пара. [12]
На участке СВ углекислота одновременно находится в двух агрегатных состояниях: жидком и газообразном. Точка С соответствует началу конденсации СО2 при изотермическом сжатии, а точка В концу конденсации. Наоборот, при изотермическом расширении жидкой углекислоты точка В соответствует началу кипения, а точка С его концу. Следовательно, точка В соответствует состоянию кипящей жидкости, а точка С состоянию сухого насыщенного пара. В произвольном состоянии М области ВС СО: представляет собой смесь кипящей жидкости и сухого насыщенного пара. Такую смесь называют влажным паром. [13]
Источник статьи: http://www.ngpedia.ru/id441283p1.html
