Как найти давление насыщенного пара

Содержание
  1. Насыщенный и перегретый пар: давление, температура, влажность, плотность
  2. Что такое насыщенный пар
  3. Давление насыщенного пара
  4. Таблица насыщенного пара
  5. Плотность насыщенного пара
  6. Влажность насыщенного пара
  7. Перегретый пар
  8. Температура перегретого пара
  9. Методы регулирования температуры перегретого пара
  10. Получение перегретого пара
  11. Использование перегретого пара в технике
  12. Котлы перегретого пара
  13. Водяного пара формула
  14. Смотреть видео «Водяного пара формула»
  15. Психрометрическая таблица
  16. Уравнение Менделеева – Клапейрона
  17. Процесс парообразования и перегрева
  18. Уравнение Клайперона – Клазиуса
  19. Параметры пара
  20. Насыщенный пар
  21. Насыщенный пар
  22. Темы кодификатора ЕГЭ: насыщенные и ненасыщенные пары, влажность воздуха
  23. Испарение и конденсация
  24. Динамическое равновесие
  25. Свойства насыщенного пара
  26. Влажность воздуха
  27. Таблица насыщенного пара
  28. Столбец 1: Давление пара (p)
  29. Столбец 2: Температура насыщенного пара (ts)
  30. Столбец 3: Удельный объем (v”)
  31. Столбец 4: Удельный вес (ρ=ро)
  32. Столбец 5: Энтальпия насыщения (h’)
  33. Столбец 6: Суммарная энтальпия (h”)
  34. Столбец 7: Тепловая энергия парообразования (конденсации) (r)

Насыщенный и перегретый пар: давление, температура, влажность, плотность

Как найти давление насыщенного пара

Термины насыщенный пар и перегретый пар относятся к термодинамическому состоянию воды. Вода и пар являются средами, используемыми для теплообмена в котловых установках благодаря своей доступности и высокой теплоемкости. Особенно эффективно передавать тепло посредством испарения и конденсации воды, которая обладает большой скрытой теплоты испарения.

Насыщенный пар (НП) и перегретый пар (ПП) относятся к определенному давлению среды. Первый НП может существовать во влажном и сухом состоянии, а перегретый ПП – только в сухом, поскольку не может содержать в своем составе частиц воды.

Чаще всего эти понятия применяются в теплоэнергетике, для расчета термодинамических циклов в контуре парового котла и в паровых турбинах, генерирующих электрическую энергию на ТЭЦ, ТЭС, ГРЭС и АЭС.

Что такое насыщенный пар

Водяной пар, пребывающий в термодинамическом равновесии с котловой водой, является насыщенным. Это формулировка дает понимание того, что давление насыщенного пара при температуре может иметь только одно значение

В котлоагрегатах парообразование протекает при постоянном давлении и подводе тепла к котловой воде от уходящих газов. Этот процесс базируется на следующих последовательных стадиях: подпитка котла водой, подогрев ее до температуры точки насыщения, и образование сухого насыщенного пара, когда вся жидкость испаряется из него.

В паровых котлах питательная вода, пройдя через экономайзер, попадает в барабан. Из него более холодные потоки под воздействием силы тяжести опускаются по необогреваемым трубам, а поднимаются по подъёмным топочным экранам обогреваемые более горячими дымовыми газами.

Здесь начинается процесс парообразования, поскольку температура воды достигает значения точки насыщения при рабочем давлении в котлоагрегате.

Плотность пароводяной смеси в экранных пакетах уменьшается и становится ниже плотности воды в опускных трубах, что создает напор для движения пароводяной смеси по экранам в барабан, где смесь сепарируется на воду и пар.

В закрытой поверхности нагрева при не меняющейся температуре в точке насыщения устанавливается термодинамическое равновесие между котловой водой и водяным паром. Число молекул пара, выделяющихся из поверхности воды за определенное время, будет равняться числу молекул сконденсированного пара, которые перейдут обратно в воду в барабане котла.

Давление насыщенного пара

Давление насыщения в котле зависит от температуры котловой воды в равновесном термодинамическом состоянии. При росте давления, пар сжимается и баланс нарушается. Плотность пара первоначально несколько возрастает, и из паровой среды в котловую воду будет переходить больше молекул конденсата, чем наоборот.

Поскольку количество молекул, переходящих из воды в единицу времени связано исключительно с температурой, то сжатие паровой среды не будет влиять на изменение этого числа.

Процесс будет протекать пока не возникнет термодинамическое равновесие, а следовательно, и концентрация возвращающихся молекул не достигнет первоначального уровня. Таким образом, Тнп напрямую зависит от давления насыщения в котле.

Таблица насыщенного пара

Характеристики сухого НП, приводятся в Таблице водяного пара. В ней указывают Т (С), при точке кипения котловой воды и давление (кПа и мм. рт.ст.) при которой этот процесс протекает.

Дополнительно в таблице могут указываться и другие параметры пара:

  • eдельный объем, м3/кг;
  • плотность, кг/м3;
  • удельная энтальпия, кДж/кг
  • удельная теплота парообразования, кДж/кг.

Плотность насыщенного пара

Плотность НП определяют по формуле.

D st = 216,49 * P / (Z st * (t + 273))

Где:

  • D st — плотность насыщенного пара в кг / м3;
  • P- абсолютное давление пара в барах;
  • t — температура в градусах Цельсия;
  • Z st — коэффициент сжимаемости насыщенного пара при Р и t.

В этом уравнении символ «Z st» обозначает коэффициент сжимаемости насыщенного пара при абсолютной величине давления насыщенного водяного пара P, бар. Это удобное уравнение действительно для диапазона давления пара от 0,012 до 165 бар, с соответствующим диапазоном температур насыщения от 10 до 360 С.

Влажность насыщенного пара

Когда котлоагрегат нагревает воду, пузырьки, прорывающиеся через слой воды, захватываются паром. Влажный пар определяется как пар, в котором вода присутствует в виде микрокапель паров воды. В этом случае соотношение может составлять от 0 до 1. Если пар имеет 20 % воды по объему — он считается сухим на 80% или имеет долю сухости 0,8.

Таблицы НП содержит значения, такие как температура, энтальпия и удельный объем для сухого НП, но не для влажного. Для того чтобы их определить потребуется воспользоваться формулами, учитывая соотношение двух сред:

Удельный объем (v) мокрого пара

v = X * v g + (1 — X) * v f

Где:

  • X = сухость (% / 100);
  • v f = удельный объем жидкости;
  • v g = удельный объем НП.

Удельная энтальпия пара сухостью Х:

h = h f + X * h fg

Где:

  • X = сухость (%);
  • h f = удельная энтальпия жидкости;
  • h fg = удельная энтальпия НП.

Чем влажнее пар, тем ниже значения удельного объема, теплосодержание, энтальпия и энтропия. Таким образом сухость пара оказывает существенное влияние на все эти значения.

Задачей теплоэнергетиков является организация процессов парообразования в котле с сухостью 100%. Для этого в барабанах котлов устанавливают специальные сепарационные устройства, отделяющие пар от воды.

Перегретый пар

Перегретый пар — это пар с температурой, превышающей его температуру кипения при абсолютном давлении, при котором проводились измерение температуры. Давление и температура перегретого пара не зависят друг от друга, поскольку температура может увеличиваться, в то время как давление остается постоянным.

Процесс перегрева водяного пара на диаграмме Ts представлен на рисунке между состоянием E и кривой насыщенного пара. Чтобы оценить тепловую эффективность цикла, энтальпия должна быть получена из таблиц перегретого пара.

Процесс перегрева — единственный способ увеличить пиковую температуру цикла Ренкина и повысить эффективность без увеличения давления в котле. Это требует добавления в конструкцию котла особого теплообменника, называемого пароперегревателем.

В пароперегревателе дальнейший нагрев при фиксированном давлении приводит к увеличению, как температуры, так и удельного объема. Наибольшее значение перегретого пара заключается в его огромной внутренней энергии, которая может быть использована для кинетической реакции для движения лопастей турбины, создающих вращательное движение вала.

Температура перегретого пара

Характеристики перегретого пара (ПП) аналогичны идеальному газу, но не равны насыщенному пару. Поскольку ПП не обладает зависимостью между температурой и давлением, при конкретном давлении он может вырабатываться в широком температурном диапазоне, что будет зависеть от площади нагрева пароперегревателя.

Перегретый пар отличается от насыщенного такими преимуществами:

  • gри равном давлении насыщения он обладает намного большей температурой;
  • обладает большим удельным объемом, что дает экономию энергоресурсов при использовании;
  • при снижении он не конденсируется, пока температура не упадет ниже точки насыщения при давлении среды.

Методы регулирования температуры перегретого пара

Довольно часто для технологических процессов, требуется получение перегретого пара строго определенной температуры. Для того чтобы снять ее излишки, обычно используют три метода воздействия на температуру ПП:

  • cмешивание разных температурных потоков, когда в ПП впрыскивают котловую воду или паровой теплоноситель меньшего теплосодержания;
  • поверхностное охлаждение, заключается в перенаправление ПП через систему специальных теплообменных аппаратов, выполняющих роль охладителей;
  • изменение тепловосприятия потока, реализуется через изменение температуры или расхода уходящих котловых газов.

В теплоэнергетике в котлах высокого давления наиболее часто применяют первый метод, путем впрыскивания в поток ПП питательной воды или конденсата от турбогенератора. Впрыском насыщенного пара, как правило, регулируют температуру вторичного перегрева пара.

Получение перегретого пара

Пароперегреватель устройство, устанавливаемый в котлоагрегате, вырабатывает перегретый пар с параметрами, превышающими температуру насыщения в барабане котла. Он относится к особо критичным котловым элементам, поскольку из-за высоких температур ПП металл конструкции функционирует в предельно-допустимых условиях.

Пароперегреватели бывают основного типа, работающие в зоне сверхкритического давления и промежуточного типа, которые направляют пар отработанный в турбине для промперегрева.

Кроме того пароперегреватели классифицируются по тепловосприятию на конвективные, установленные в конвективной части котла, радиационные — расположены около топочных экранов и ширмовые — установленные в верхней части топки. По направлению движения потоков ПП и уходящих котловых газов выпускают ПП : прямоточные, противоточные и смешанные.

Использование перегретого пара в технике

В современных паровых турбинах применяют ПП с температурой перегретого пара существенно выше критической (374C).

Перегретый пар используется в турбинах для повышения теплового КПД. Другое использование перегретого пара:

  • Пищевые технологии.
  • Технологии очистки.
  • Катализ / химическая обработка.
  • Технологии поверхностной сушки.
  • Технологии отверждения.
  • Энергетика.
  • Нанотехнологии.

Котлы перегретого пара

В России применяется ГОСТ 3619-76 на паровые котлоагрегаты, в котором установлены параметры насыщенного и перегретого пара, а также паровая производительность и температура воды для питания котла.

Современная российская энергетика использует котлоагрегаты производительностью вырабатывающих 1000/1650/2650/3950 т/ч пара для турбогенераторов соответствующей мощностью 300/500/800/1200 МВт, работающих на сверхкритических параметрах по давлению 25,5 МПа и Тпп=545С.

Схема котла с пароперегревателем

Энергетические котлы классифицируются по давлению пара — высокого от 10 до 14 МПа и сверхкритического свыше 25,5 МПа. Котлоагрегаты сверхвысокого давления, обычно, выполняют с вторичным перегревом пара.

Паровые котлоагрегаты малой и средней паропроизводительности используются для производства насыщенного и перегретого пара с характеристиками до 3,9 МПа и Т=450 С. Они эксплуатируются на промпредприятиях и в жилищно-коммунальном хозяйстве для производственно-технологических нужд и в системах центрального теплоснабжения.

Типичными представителями агрегатов данной категории являются котел Е (ДЕ) производительностью пара от 1 до 25 т/ч, Е (КЕ) производительностью пара до 25 т/ч с газомазутной горелкой и ДКВР производительностью до 20 т/ч. Их применение – источники тепловой энергии для центрального теплоснабжения с параметрами насыщенного и перегретого пара.

Источник: https://kotle.ru/sovety/nasyshhennyj-i-peregretyj-par

Водяного пара формула

Как найти давление насыщенного пара

Земля несет на себе огромное количество источников воды, начиная от стратосферных до глубинных. Вода бывает в трех агрегатных состояниях: жидкое, твердое и газообразное, именно поэтому водяной пар это та же вода только в видоизмененном состоянии.

Гигросфера в жизнедеятельности нашей планеты играет огромную роль, даже можно сказать основополагающую, она присутствует в формировании физической среды, химической среды и участвует в климатических и погодных явлениях.

Развитие водных ресурсов сопровождалось развитием литосферы, атмосферы и всего живого.

Древнейшие философы знали о существовании четырех стихий, одной из которых была вода. Кавендиш провел опыт по сжиганию водорода, однако он не занялся этим открытием вплотную.

Однако через два года после него Лавуазье вывел такое соединение как вода, доказал, что это не элемент, а молекула.

Позднее уже в 1819 ученые установили вес воды, когда стали пропускать водород через оксид меди и взвешивать показатели.

Когда дело дошло до изучения пара, то появились тоже интересные открытия, хоть пар мы и видим, например, который выходит из чайника, на самом деле он невидим. В данном случае мы его видим только потому, что в нем содержатся мельчайшие капельки воды.

Свойства пара ровно, как и свойства воды очень важны для существования всего живого. Под воздействием тепла и солнца происходит испарение со всей поверхности земного шара, вода поднимается с морей, океанов, рек.

Уже в атмосфере пары превращаются в конденсат и возвращаются назад как дождевые осадки или осадки снега, бывает и града. Если круговорота не происходило, сухость убила бы все живое.

Распространенные устройства работающие на пару бывают в быту и на производстве, причем их названия в большинстве своем имеют слово «пар» в названии, ну есть не касаться утюга, однако часто встречается понятие паровой утюг.

Наша планета содержит более 16 миллиардов километров кубических воды,  это примерно 0.25 % от общей массы земного шара. Вода – это сложное вещество, ее молекула H2O состоит из водорода (2 атома) и кислорода. Кинетическая энергия молекулы представлена следующей формулой: .

Если посмотреть на уравнение, то энергия представлена в виде шести частей, где три поступательные степени свободы и три вращательные степени свободы. На одну степень приходится энергия 1/2 kT, где k=Rm/NA= 1,3807·10-23 Дж/К (это постоянная Больцмана).

В уравнении t предсталена абсолютной температурой, NA = 6,0220·1023 моль — Авогадро, kNA=Rm= 8,3144 Дж/(моль·К) число универсальной газовой постоянной.

Уравнение полной кинетической молекулы:

Уравнение кинетической энергии пара на один грамм молекулы:

Кинетическая энергия при постоянном объеме: по этой форме удельная теплоемкость пара определена в 25 Дж/(моль·К). Cv для водяного пара примерно 27.8 Дж/(моль·К). Изучая воду и ее молекулу исследование показывает, что ее структура как равнобедренный треугольник, вершина его это атом кислорода, в основаниях находятся по одному атому водорода.

Паром называется агрегатное состояние  воды в виде газообразного состояния вещества, данная фаза может переходить в жидкость или в твердое вещество, одного и того же вещества. Появление пара из фазы твердого вещества называется парообразованием или испарением.

Процесс обратного превращения называется конденсацией. Пар насыщенный представлен в виде пара, который достиг определенного равновесия с жидкостью. Возьмем сосуд, закрываем его  и ставим в состояние постоянной температуры.

В сосуде будет происходить испарение, распределение кинетической энергии при движении тепла. При испарении увеличивается число молекул.

Концентрация вещества в состоянии пара при испарении достигает определенного значения, когда молекулы, возвращающиеся в жидкость равны количеству молекул, которые покидают ее.

Смотреть видео «Водяного пара формула»

Равновесие между испарением и конденсацией  становится динамическим. Пар, получающийся в данном случае, называется насыщенным паром. Если пар находится под давлением ниже насыщенного, он называется ненасыщенным. Испарение насыщенного пара может быть как над водой, так и надо льдом.

В данном случае существуют так же определенные формулы. Чтобы достичь состояния полного насыщения воздух должен поглощать достаточное количество водяного пара, что зависит и от температуры и от давления.

Давлением насыщенного пара является максимальное парциальное давление водяного пара.

Психрометрическая таблица

Атмосферный воздух содержит в себе пары водяного пара, меняется лишь его объем в малом процентном содержании. Водяной пар характеризуется разными величинами, отчего и составляется «водяная» формула.

Абсолютной влажностью называется количество водяного пара на кубометр воздуха в граммах. Упругость исчисляется в геопаскалях, а упругость насыщения это максимальная упругость.

Для решения различных уравнений с паром нужно знать и такую величину как относительная влажность, процентное соотношение упругости пара к упругости насыщения при определенной температуре.

Дефицитом влажности считают разницу упругости насыщения пара и фактической величины упругости. Влажность воздуха в основном измеряется психометрическим методом с помощью психрометра. Психрометрические измерения рассчитываются по следующей формуле: e = E’ — A (t — t’) P.

Уравнение Менделеева – Клапейрона

Газы в химической реакции могут стать как продуктами, так и реагентами. В нормальных условиях реакции не всегда можно дождаться, а значит нужно определить моли в этих условиях.

Состояние идеального газа по уравнению Менделеева – Клапейрона: PV = nRT.

— количество молей определяется числом n;

— газовое давление P;

— газовая температура T;

— постоянная газовая R.

Водяным паром может стать любое вещество, подвергающееся давлению и температуре и способное меняться в фазовых состояниях. Вещество, способное переходить из одной фазы в другую характеризует этот переход как фазовое превращение.

Свойства водяного пара отличаются от свойств, например воды или льда, в особенности это касается плотности, а объяснить это можно с молекулярной точки зрения. Пар из жидкости образуется с помощью испарения или кипения.

Испарение – это процесс, происходящий на свободной поверхности жидкого вещества при разных температурах. Кипением называется парообразование во всей массе жидкого вещества.

Парообразование начинается тогда, когда жидкость достигает температуры кипения или насыщения, она зависит от происхождения вещества и его давления. Давление при температуре насыщения называется давлением насыщения. Сухой насыщенный пар не содержит в себе ни одной капли жидкого вещества.

Формула степени сухости влажного пара определяется формулой: x=mс.п./mе.п./

Процесс парообразования и перегрева

При парообразовании жидкость, доведенная до состояния кипения, превращается в пар. Этот процесс является изобарно-термическим. Теория состояния вещества в его агрегатных фазах создана Ломоносовым. Паросиловые установки работают от такого рабочего тела, как перегретый пар.

Последовательность процессов получения перегретого пара:

— изобарный;

— изобарно – изотермический;

— изобарный.

Наука стремительно развивается и за последнее тысячелетие много чего поменялось, появился интерес  к изучению воды и различного рода явлениям с ее участием. Методики уравнений стали заменяться, на программное обеспечение и все больше систематизированы и автоматизированы. Диаграммы наравне с формулами являются главнейшими процессами рассмотрения процессов детализировано и точно.

При перегреве в том давлении, которое присутствует в данную минуту, в момент появления сухого насыщенного пара увеличивается объем и температура. Перегретый пар – это пар, когда его собственная температура превышает температуру кипения.

Уравнение Клайперона – Клазиуса

Еще одно применимое уравнение для разных агрегатных состояний. Чаще его использование применимо к процессам перехода воды в состояние пара, но и когда твердое вещество превращается в жидкость уравнение уместно. Клайперон разработал некую зависимость температуры пара, объема и теплоты в 1834 году, после чего уравнение было так и названо.

Его используют при определении теплоты плавления, сублимации и образования пара. Например, одним из способов такого уравнения признан цикл Карно. Цикл определяется как a-b-c-d, где давление dp, а температура dT. Насыщенность будет определена как a-b  и c-d, или изобара и изотерма.

Если положим точку a  на нижнюю границу с кривой, а b на верхнюю, то КПД цикла рассчитается по следующей формуле nt=dl/ql=T1-T2/T1.

Водяной пар, как газообразное состояние воды имеет свои свойства, и применим в разных сферах, рассчитывается по формулам, диаграммам и уравнениям. Превращение водяного пара в другие агрегатные состояния увлекательный и интересный процесс, встречается и в природе, изучается в школах и высших учебных заведениях.

Источник: https://voday.ru/agregatnye-sostoyaniya/par/vodyanogo-para-formula.html

Параметры пара

Как найти давление насыщенного пара

— насыщенный пар

— паросодержание или степень сухости

— энтальпия пара

— теплота парообразования

— перегретый пар

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 1000 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 1000 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 17,20 С, а при давлении 10 ата при 1790 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 паросодержанием или степенью сухости 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 м3, 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 м3.

Энтальпия пара(теплосодержание) – практически определяется как количество тепла, которое нужно для поучения 1 кг пара данного состояния из 1 кг воды при 00 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 1000 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/см3 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/см2 будет:

i//=133,4+516,9=650,3 ккал/кг (табл 2)

Энтальпия влажного насыщенного пара в сильной степени зависит от его степени сухости; с уменьшением степени сухости пара его энтальпия уменьшается.

Энтальпия влажного пара равна:

iвл=i/(1-x)+ i//x, ккал /кг.

Эту формулу легко уяснить себе на следующем примере: допустим, что давление пара 5 кг/см2 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/см2 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:

Iвл=(152*0,1)+(656*0,9)=605,6 ккал/кг.

Следовательно, энтальпия влажного пара будет в этом случае примерно на 50 ккал/кг меньше, чем сухого насыщенного пара того же давления.

Насыщенный пар

Как найти давление насыщенного пара

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: насыщенные и ненасыщенные пары, влажность воздуха

Если открытый стакан с водой оставить на долгое время, то в конце концов вода полностью улетучится. Точнее — испарится. Что такое испарение и почему оно происходит?

Испарение и конденсация

При данной температуре молекулы жидкости обладают разными скоростями. Скорости большинства молекул находятся вблизи некоторого среднего значения (характерного для этой температуры). Но попадаются молекулы, скорости которых значительно отличаются от средней как в меньшую, так и большую сторону.

На рис. 1 изображён примерный график распределения молекул жидкости по скоростям. Голубым фоном показано то самое большинство молекул, скорости которых группируются около среднего значения. Красный «хвост» графика — это небольшое число «быстрых» молекул, скорости которых существенно превышают среднюю скорость основной массы молекул жидкости.

Рис. 1. Распределение молекул по скоростям

Когда такая весьма быстрая молекула окажется на свободной поверхности жидкости (т.е. на границе раздела жидкости и воздуха), кинетической энергии этой молекулы может хватить на то, чтобы преодолеть силы притяжения остальных молекул и вылететь из жидкости. Данный процесс и есть испарение, а молекулы, покинувшие жидкость, образуют пар.

Итак, испарение — это процесс превращения жидкости в пар, происходящий на свободной поверхности жидкости (при особых условиях превращение жидкости в пар может происходить по всему объёму жидкости. Данный процесс вам хорошо известен — это кипение).

Может случиться, что через некоторое время молекула пара вернётся обратно в жидкость.

Процесс перехода молекул пара в жидкость называется конденсацией. Конденсация пара — процесс, обратный испарению жидкости.

Динамическое равновесие

А что будет, если сосуд с жидкостью герметично закрыть? Плотность пара над поверхностью жидкости начнёт увеличиваться; частицы пара будут всё сильнее мешать другим молекулам жидкости вылетать наружу, и скорость испарения станет уменьшаться. Одновременно начнёт увеличиваться скорость конденсации, так как с возрастанием концентрации пара число молекул, возвращающихся в жидкость, будет становиться всё больше.

Наконец, в какой-то момент скорость конденсации окажется равна скорости испарения. Наступит динамическое равновесие между жидкостью и паром: за единицу времени из жидкости будет вылетать столько же молекул, сколько возвращается в неё из пара. Начиная с этого момента количество жидкости перестанет убывать, а количество пара — увеличиваться; пар достигнет «насыщения».

Насыщенный пар — это пар, который находится в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью. Пар, не достигший состояния динамического равновесия с жидкостью, называется ненасыщенным.

Давление и плотность насыщенного пара обозначаются и . Очевидно, и — это максимальные давление и плотность, которые может иметь пар при данной температуре. Иными словами, давление и плотность насыщенного пара всегда превышают давление и плотность ненасыщенного пара.

Свойства насыщенного пара

Оказывается, что состояние насыщенного пара (а ненасыщенного — тем более) можно приближённо описывать уравнением состояния идеального газа (уравнением Менделеева — Клапейрона). В частности, имеем приближённое соотношение между давлением насыщенного пара и его плотностью:

(1)

Это весьма удивительный факт, подтверждаемый экспериментом. Ведь по своим свойствам насыщенный пар существенно отличается от идеального газа. Перечислим важнейшие из этих отличий.

1. При неизменной температуре плотность насыщенного пара не зависит от его объёма.

Если, например, насыщенный пар изотермически сжимать, то его плотность в первый момент возрастёт, скорость конденсации превысит скорость испарения, и часть пара конденсируется в жидкость — до тех пор, пока вновь не наступит динамическое равновесие, в котором плотность пара вернётся к своему прежнему значению.

Аналогично, при изотермическом расширении насыщенного пара его плотность в первый момент уменьшится (пар станет ненасыщенным), скорость испарения превысит скорость конденсации, и жидкость будет дополнительно испаряться до тех пор, пока опять не установится динамическое равновесие — т.е. пока пар снова не станет насыщенным с прежним значением плотности.

2. Давление насыщенного пара не зависит от его объёма.

Это следует из того, что плотность насыщенного пара не зависит от объёма, а давление однозначно связано с плотностью уравнением (1).

Как видим, закон Бойля — Мариотта, справедливый для идеальных газов, для насыщенного пара не выполняется. Это и не удивительно — ведь он получен из уравнения Менделеева — Клапейрона в предположении, что масса газа остаётся постоянной.

3. При неизменном объёме плотность насыщенного пара растёт с повышением температуры и уменьшается с понижением температуры.

Действительно, при увеличении температуры возрастает скорость испарения жидкости.

Динамическое равновесие в первый момент нарушается, и происходит дополнительное испарение некоторой части жидкости. Пара будет прибавляться до тех пор, пока динамическое равновесие вновь не восстановится.

Точно так же при понижении температуры скорость испарения жидкости становится меньше, и часть пара конденсируется до тех пор, пока не восстановится динамическое равновесие — но уже с меньшим количеством пара.

Таким образом, при изохорном нагревании или охлаждении насыщенного пара его масса меняется, поэтому закон Шарля в данном случае не работает. Зависимость давления насыщенного пара от температуры уже не будет линейной функцией.

4. Давление насыщенного пара растёт с температурой быстрее, чем по линейному закону.

В самом деле, с увеличением температуры возрастает плотность насыщенного пара, а согласно уравнению (1) давление пропорционально произведению плотности на температуру.

Зависимость давления насыщенного пара от температуры является экспоненциальной (рис. 2). Она представлена участком 1–2 графика. Эту зависимость нельзя вывести из законов идеального газа.

Рис. 2. Зависимость давления пара от температуры

В точке 2 вся жидкость испаряется; при дальнейшем повышении температуры пар становится ненасыщенным, и его давление растёт линейно по закону Шарля (участок 2–3).

Вспомним, что линейный рост давления идеального газа вызван увеличением интенсивности ударов молекул о стенки сосуда. В случае нагревания насыщенного пара молекулы начинают бить не только сильнее, но и чаще — ведь пара становится больше. Одновременным действием этих двух факторов и вызван экспоненциальный рост давления насыщенного пара.

Влажность воздуха

Воздух, содержащий водяной пар, называется влажным.Чем больше пара находится в воздухе, тем выше влажность воздуха.

Абсолютная влажность — это парциальное давление водяного пара, находящегося в воздухе (т. е. давление, которое водяной пар оказывал бы сам по себе, в отсутствие других газов). Иногда абсолютной влажностью называют также плотность водяного пара в воздухе.

Относительная влажность воздуха — это отношение парциального давления водяного пара в нём к давлению насыщенного водяного пара при той же температуре. Как правило, это отношение выражают в процентах:

Из уравнения Менделеева-Клапейрона (1) следует, что отношение давлений пара равно отношению плотностей. Так как само уравнение (1), напомним, описывает насыщенный пар лишь приближённо, мы имеем приближённое соотношение:

Одним из приборов, измеряющих влажность воздуха, является психрометр. Он включает в себя два термометра, резервуар одного из которых завёрнут в мокрую ткань.

Чем ниже влажность, тем интенсивнее идёт испарение воды из ткани, тем сильнее охлаждается резервуар «мокрого» термометра, и тем больше разность его показаний и показаний сухого термометра.

По этой разности с помощью специальной психрометрической таблицы определяют влажность воздуха.

Источник: https://ege-study.ru/ru/ege/materialy/fizika/nasyshhennyj-par/

Таблица насыщенного пара

Как найти давление насыщенного пара

В статье приведен фрагмент таблицы насыщенного и перегретого пара. С помощью этой таблицы по значению давления пара определяются соответствующие значения параметров его состояния.

Давление пара

р

бар (абс)

Температура насыщения

ts

oC

Удельный объем

v”

м3/кг

Плотность

г

кг/м3

Теплосодержание воды

h’

кДж/кг

Энтальпия пара

h”

кДж/кг

Теплота парообразования (конденсирования)

г

кДж/кг

0,25

0,30

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

64,99

69,12

75,89

78,74

81,35

83,74

85,95

88,02

89,96

91,79

93,51

95,15

96,71

98,20

99,63

111,37

120,23

127,43

133,54

138,87

143,62

147,92

151,84

155,46

158,84

161,99

164,96

167,75

170,41

172,94

175,36

177,66

179,88

6,204

5,229

3,993

3,576

3,240

2,964

2,732

2,535

2,365

2,217

2,087

1,972

1,869

1,777

1,694

1,159

0,8854

0,7184

0,6056

0,5240

0,4622

0,4138

0,3747

0,3426

0,3155

0,2925

0,2727

0,2554

0,2403

0,2268

0,2148

0,2040

0,1943

0,1612

0,1912

0,2504

0,2796

0,3086

0,3374

0,3661

0,3945

0,4229

0,4511

0,4792

0,5071

0,5350

0,5627

0,5904

0,8328

1,129

1,392

1,651

1,908

2,163

2,417

2,669

2,920

3,170

3,419

3,667

3,915

4,162

4,409

4,655

4,901

5,147

271,99

289,30

317,65

329,64

340,56

350,61

359,93

368,62

376,77

384,45

391,72

393,63

405,21

411,49

417,51

467,13

504,70

535,34

561,43

584,27

604,67

623,16

640,12

655,78

670,42

684,12

697,06

709,29

720,94

732,02

742,64

752,81

762,61

2618,3

2625,4

2636,9

2641,7

2646,0

2649,9

2653,6

2656,9

2660,1

2663,0

2665,8

2668,4

2670,9

2673,2

2675,4

2693,4

2706,3

2716,4

2724,7

2731,6

2737,6

2742,9

2747,5

2451,7

2755,5

2758,8

2762,0

2764,8

2767,5

2769,9

2772,1

2774,2

2776,2

2346,4

2336,1

2319,2

2312,0

2305,4

2299,3

2293,6

2288,3

2283,3

2278,6

2274,0

2269,8

2265,6

2261,7

2257,9

2226,2

2201,6

2181,0

2163,2

2147,4

2133,0

2119,7

2107,4

2095,9

2085,0

2074,0

2064,9

2055,5

2046,5

2037,9

2029,5

2021,4

2013,6

Расширенная таблица насыщенного пара

Столбец 1: Давление пара (p)

В таблице указано абсолютное значение давления пара в бар. Этот факт необходимо иметь ввиду. Когда речь идет о давлении, как правило говорят об избыточном давлении, которое показывает манометр. Однако, инженеры-технологи в своих расчетах используют значение абсолютного давления. В практике эта разница часто приводит к недоразумениям и обычно с неприятными последствиями.

С введением системы СИ было принято, что в расчетах должно использоваться только абсолютное давление.

Все приборы измерения давления технологического оборудования (кроме барометров) в основном показывают избыточное давление, мы подразумеваем абсолютное давление.

Под нормальными атмосферными условиями (на уровне моря) понимают барометрическое давление 1 бар. Избыточное давление обычно указывается в бари (barg).

Интересно будет прочитать: Снизить давление с основной паровой магистрали с 6 бар до 4 бар при вводе на потребителя

Столбец 2: Температура насыщенного пара (ts)

В таблице, наряду с давлением, приведена соответствующая температура насыщенного пара. Температура при соответствующем давлении определяет точку кипения воды и таким образом температуру насыщенного пара. Значения температуры в этом столбце определяют также температуру конденсации пара.

При давлении 8 бар температура насыщенного пара составляет 170оС. Конденсат, образованный из пара при давлении 5 бар, имеет соответствующую температуру 152 оС.

Интересно будет прочитать: Перегретый пар

Столбец 3: Удельный объем (v”)

Удельный объем указывается в м3/кг. С увеличением давления пара величина удельного объема уменьшается. При давлении 1 бар удельный объем пара составляет 1,694 м3/кг.

Или иначе говоря 1 дм3 (1 литр или 1 кг) воды при испарении увеличивается в объеме в 1694 раза по сравнению с первоначальным жидким состоянием. При давлении 10 бар удельный объем составляет 0,194 м3/кг, что в 194 раза больше, чем у воды.

Значение удельного объема используются в расчетах диаметров паро- и конденсатопроводов.

Интересно будет прочитать: Трубопроводная арматура для пара и конденсата

Столбец 4: Удельный вес (ρ=ро)

Удельный вес (также называется плотность) указан в кДж/кг. Он показывает, сколько килограмм пара содержится в 1 м3 объема. С увеличением давления удельный вес увеличивается. При давлении 6 бар пар объемом 1м3 имеет вес 3,17 кг. При 10 бар – уже 5,15 кг и при 25 бар – более 12,5 кг.

Интересно будет прочитать: Парообразование и испарение воды

Столбец 5: Энтальпия насыщения (h’)

Энтальпия кипящей воды указана в кДж/кг. Значения в этом столбце показывают, какое количество тепловой энергии необходимо, чтобы 1 кг воды при определенном давлении довести до состояния кипения, или какое количество тепловой энергии содержит конденсат, который при том же давлении сконденсировался из 1 кг пара.

При давлении 1 бар удельная энтальпия кипящей воды составляет 417,5 кДж/кг, при 10 бар – 762,6 кДж/кг, и при 40 бар – 1087 кДж/кг. С увеличением давления пара энтальпия воды увеличивается, причем ее доля в суммарной энтальпии пара при этом постоянно растет.

Это значит, чем выше давление пара, тем больше тепловой энергии остается в конденсате.

Интересно будет прочитать: Пар – понятия и наблюдения

Столбец 6: Суммарная энтальпия (h”)

Энтальпия указан в кДж/кг. В этом столбце таблицы приведены значения энтальпии пара. Из таблицы видно, что энтальпия растет до давления 31 бар и при дальнейшем увеличении давления снижается. При давлении 25 бар значение энтальпии 2801 кДж/кг. Для сравнения значение энтальпии при 75 бар составляет 2767 кДж/кг.

Интересно будет прочитать: О важности пароконденсатной системы

Столбец 7: Тепловая энергия парообразования (конденсации) (r)

Энтальпия парообразования (конденсации) указана в кДж/кг. В этом столбце приведены значения количества тепловой энергии, которое требуется для полного испарения 1 кг кипящей воды при соответствующем давлении. И наоборот – количество тепловой энергии, которое высвобождается в процессе полной конденсации (насыщенного) пара при определенном давлении.

При давлении 1 бар r = 2258 кДж/кг, при 12 бар r = 1984 кДж/кг и при 80 бар r = лишь 1443 кДж/кг. С увеличением давления количество тепловой энергии парообразования или конденсации снижается.

Правило:

При увеличении давления пара количество тепловой энергии, необходимое для полного испарения кипящей воды, уменьшается. И в процессе конденсации насыщенного пара при соответствующем давлении высвобождается меньше тепловой энергии.

Интересно будет прочитать: Конденсатоотводчики — энергосберегающие технологии

Источник: «Рекомендации по применению оборудования ARI. Практическое руководство по пару и конденсату. Требования и условия безопасной эксплуатации. Изд. ARI-Armaturen GmbH & Co. KG 2010»

Получить консультацию и приобрести оборудование для паро-конденсатных систем можно по телефону (495) 268-0-242.

Также будет интересно прочитать:

h-t-p диаграмма

h-p-t диаграмма. Редуцирование давления

Примеры из таблицы насыщенного пара

Энергозатраты на производство одной тонны пара

Источник: https://nomitech.ru/articles-and-blog/tablitsa_nasyshchennogo_para/

Делаем просто
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: