Vodní pára v atmosféře. Co je vodní pára? Co je vodní pára

Doposud byly objektem našeho výzkumu ideální plyny, tzn. takové plyny, kde nepůsobí síly mezimolekulárních interakcí a velikost molekul se zanedbává. Ve skutečnosti jsou velikosti molekul a síly mezimolekulárních interakcí velmi důležité, zejména při nízkých teplotách a vysokých tlacích.

Jedním ze zástupců reálných plynů používaných v praxi hašení požárů a hojně využívaných v průmyslové výrobě je vodní pára.

Vodní pára je extrémně široce používána v různých průmyslových odvětvích, především jako chladivo ve výměnících tepla a jako pracovní tekutina v parních elektrárnách. To je způsobeno širokou distribucí vody, její levností a neškodností pro lidské zdraví.

V praxi používaná pára s vysokým tlakem a relativně nízkou teplotou se blíží stavu kapaliny, proto nelze zanedbat adhezní síly mezi jejími molekulami a jejich objemem, jako u ideálních plynů. Nelze tedy použít stavové rovnice pro ideální plyny pro stanovení parametrů skupenství vodní páry, tedy pro páru pv≠RT, protože vodní pára je skutečný plyn.

Pokusy řady vědců (van der Waals, Berthelot, Clausius atd.) zpřesnit stavové rovnice skutečných plynů zavedením korekcí stavové rovnice pro ideální plyny byly neúspěšné, protože tyto opravy se vztahovaly pouze na objem a kohezní síly mezi molekulami reálného plynu a nezohlednil řadu dalších fyzikálních jevů vyskytujících se v těchto plynech.

Zvláštní roli hraje rovnice navržená van der Waalsem v roce 1873, (P + a/ v2) ( proti - b) = RT. Van der Waalsova rovnice, která je v kvantitativních výpočtech přibližná, kvalitativně dobře odráží fyzikální vlastnosti plynů, protože umožňuje popsat obecný obraz změny skupenství látky s jejím přechodem do jednotlivých fázových stavů. V této rovnici A A PROTI pro daný plyn jsou konstanty, přičemž se bere v úvahu: první - síly interakce a druhá - velikost molekul. přístup a/v 2 charakterizuje přídavný tlak, pod kterým se skutečný plyn nachází v důsledku kohezních sil mezi molekulami. Hodnota PROTI zohledňuje zmenšení objemu, ve kterém se molekuly skutečného plynu pohybují, vzhledem k tomu, že samy mají objem.

Nejznámější v současnosti je rovnice vyvinutá v letech 1937-1946. Americký fyzik J. Mayer a nezávisle na něm sovětský matematik N. N. Bogolyubov a také rovnice navržená sovětskými vědci M. P. Vukalovičem a I. I. Novikovem v roce 1939.

Vzhledem k jejich těžkopádnému charakteru nebudou tyto rovnice brány v úvahu.

Pro vodní páru jsou všechny stavové parametry pro usnadnění použití shrnuty v tabulkách a jsou uvedeny v příloze 7.

Tak, parní nazýváme skutečný plyn získaný z vody s relativně vysokou kritickou teplotou a blízkou nasycení.

Zvažte proces přeměna kapaliny na páru, jinak známý jako proces vypařování . Kapalina se může při odpařování a varu proměnit v páru.

odpařováním tzv. odpařování, ke kterému dochází pouze z povrchu kapaliny a při jakékoli teplotě. Rychlost odpařování závisí na povaze kapaliny a její teplotě. Odpaření kapaliny může být úplné, pokud je nad kapalinou neomezený prostor. V přírodě se proces odpařování kapaliny provádí v gigantickém měřítku kdykoli během roku.

Podstata odpařovacího procesu spočívá v tom, že jednotlivé molekuly kapaliny umístěné v blízkosti jejího povrchu a mající větší kinetickou energii než jiné molekuly, překonávající silové působení sousedních molekul vytvářejících povrchové napětí, vylétají z kapaliny do okolí. prostor. S rostoucí teplotou se zvyšuje intenzita odpařování, protože rychlost a energie molekul se zvyšují a síly jejich interakce se snižují. Během odpařování se teplota kapaliny snižuje, protože z ní vylétají molekuly s relativně vysokou rychlostí, v důsledku čehož se průměrná rychlost molekul, které v ní zůstávají, snižuje.

Při přenosu tepla do kapaliny se zvyšuje její teplota a rychlost odpařování. Při určité dobře definované teplotě, v závislosti na povaze kapaliny a tlaku, pod kterým se nachází, odpařování v celé své hmotě. V tomto případě stěny nádoby a uvnitř kapaliny tvoří bubliny páry. Tento jev se nazývá vařící kapaliny. Tlak výsledné páry je stejný jako tlak prostředí, ve kterém dochází k varu.

Opačný proces odpařování se nazývá Na kondenzace čt. Tento proces přeměny páry na kapalinu také nastává při konstantní teplotě, pokud tlak zůstává konstantní. Během kondenzace náhodně se pohybující molekuly páry, které jsou v kontaktu s povrchem kapaliny, spadají pod vlivem mezimolekulárních sil vody, zůstávají tam a opět se přeměňují na kapalinu. Protože Protože se molekuly páry pohybují rychleji než molekuly kapaliny, teplota kapaliny se během kondenzace zvyšuje. Kapalina vzniklá při kondenzaci páry se nazývá kondenzát .

Podívejme se podrobněji na proces odpařování.

Přeměna kapaliny na páru má tři fáze:

1. Zahřívání kapaliny k bodu varu.

2. Odpařování.

3. Přehřátí páry.

Pojďme se věnovat každé fázi podrobněji.

Vezmeme válec s pístem, dáme tam 1 kg vody o teplotě 0°C, konvenčně předpokládáme, že měrný objem vody při této teplotě je minimálně 0,001 m 3 /kg. Na píst je umístěno zatížení, které spolu s pístem vyvíjí na kapalinu konstantní tlak P. Tomuto stavu odpovídá bod 0. Začněme dodávat teplo do tohoto válce.

Rýže. 28. Graf změn měrného objemu směsi pára-kapalina při tlaku nasycení P s .

1. proces zahřívání kapaliny. Při tomto procesu, prováděném za konstantního tlaku, dochází vlivem tepla dodaného do kapaliny k jejímu zahřátí z 0 °C na bod varu t s . Protože voda má relativně malý koeficient tepelné roztažnosti, pak se měrný objem kapaliny mírně změní a vzroste z v 0 na v¢. Bod 1 odpovídá tomuto stavu a segment 0-1 odpovídá procesu.

2. Proces odpařování . Při dalším přívodu tepla bude voda vřít a přecházet do plynného skupenství, tzn. vodní pára. Tento proces odpovídá segmentu 1-2 a zvýšení specifického objemu z v¢ na v¢¢. Proces odpařování probíhá nejen při konstantním tlaku, ale také při konstantní teplotě rovné bodu varu. V tomto případě bude voda ve válci již ve dvou fázích: pára a kapalina. Voda je přítomna ve formě kapaliny koncentrované na dně válce a ve formě drobných kapiček, rovnoměrně rozmístěných po celém objemu.

Proces odpařování je doprovázen opačným procesem zvaným kondenzace. Pokud se rychlost kondenzace rovná rychlosti vypařování, nastává v systému dynamická rovnováha. Pára v tomto stavu má maximální hustotu a nazývá se nasycená. Proto pod bohatý rozumět páru, která je v rovnováze s kapalinou, ze které se tvoří. Hlavní vlastností této páry je, že má teplotu, která je funkcí jejího tlaku, který je stejný jako tlak média, ve kterém dochází k varu. Proto se také nazývá bod varu saturační teplota a označuje se t n. Tlak odpovídající t n se nazývá saturační tlak (označuje se p n nebo jen p. Pára se tvoří, dokud se neodpaří poslední kapka kapaliny. Tento okamžik bude odpovídat stavu schnout nasycený (nebo jen schnout) pár. Pára vzniklá při neúplném odpaření kapaliny se nazývá mokrou nasycenou párou nebo jednoduše mokré. Je to směs suché páry s kapičkami kapaliny, které jsou rovnoměrně rozmístěny po celé její hmotě a jsou v ní v suspenzi. Hmotnostní podíl suché páry v mokré páře se nazývá stupeň suchosti nebo hmotnostní obsah páry a označuje se X. Hmotnostní zlomek kapaliny ve vlhké páře se nazývá stupeň vlhkosti a je označena y To je zřejmé na= 1 - X. Stupeň suchosti a stupeň vlhkosti se vyjadřují buď ve zlomcích jednotky, nebo v %: např. x = 0,95 a y= 1 - x = 0,05, to znamená, že směs obsahuje 95 % suché páry a 5 % vroucí kapaliny.

3. Přehřátí páry. S dalším přívodem tepla se teplota páry zvýší (v souladu s tím se měrný objem zvýší z v¢¢ na v¢¢¢). Tento stav odpovídá segmentu 2-3 . Pokud je teplota páry vyšší než teplota syté páry o stejném tlaku, pak se taková pára nazývá přehřátý. Rozdíl mezi teplotou přehřáté páry a teplotou syté páry při stejném tlaku se nazývá stupeň přehřátí A.

Protože měrný objem přehřáté páry je větší než měrný objem syté páry (od p = const, t per > t n), pak je hustota přehřáté páry menší než hustota syté páry. Proto je přehřátá pára nenasycená. Přehřátá pára se svými fyzikálními vlastnostmi přibližuje plynům a čím více, tím vyšší je stupeň jejího přehřátí.

Ze zkušenosti se polohy bodů 0 - 2 nacházejí při jiných, vyšších saturačních tlacích. Spojením odpovídajících bodů při různých tlacích získáme diagram stavu vodní páry.

Rýže. 29. pv - stavový diagram vodní páry.

Z rozboru diagramu je vidět, že se zvyšujícím se tlakem klesá měrný objem kapaliny. V diagramu tento pokles objemu s rostoucím tlakem odpovídá přímce SD. Teplota nasycení a tím i specifický objem se zvyšuje, jak ukazuje křivka AK. Odpařování vody také probíhá rychleji, což je dobře vidět z VC linie. S rostoucím tlakem se rozdíl mezi v¢ a v¢¢ zmenšuje a čáry AK a VC se k sobě postupně přibližují. Při určitém tlaku, který je pro každou látku zcela jistý, se tyto čáry sbíhají v jednom bodě K, který se nazývá kritický. Bod K, který současně patří do čáry kapaliny při bodu varu AK a čáry suché syté páry VK, odpovídá určitému meznímu kritickému stavu látky, při kterém není rozdíl mezi párou a kapalinou. Stavové parametry se nazývají kritické a označují se T k, P k, v k. Pro vodu mají kritické parametry následující hodnoty: T k = 647,266 K, P k = 22,1145 MPa, v k = 0,003147 m 3 /kg.

Stav, ve kterém mohou být všechny tři fáze vody v rovnováze, se nazývá trojný bod vody. Pro vodu: To = 273,16 K, P 0 = 0,611 kPa, vo = 0,001 m 3 /kg. V termodynamice se předpokládá, že měrná entalpie, entropie a vnitřní energie v trojném bodě jsou nulové, tzn. i 0 = 0, s 0 = 0, u 0 = 0.

Stanovme si hlavní parametry vodní páry

1. Ohřev kapalinou

Množství tepla potřebné k zahřátí 1 kg kapaliny z 0°C na bod varu se nazývá specifické teplo kapaliny . Teplo kapaliny je funkcí tlaku, který je maximální při kritickém tlaku.

Jeho hodnota je určena:

q \u003d c p (ts -t 0),

kde c p je průměrná hmotnostní izobarická tepelná kapacita vody v teplotním rozsahu od t 0 \u003d 0 ° С do t s, převzato z referenčních údajů

těch. q = c p t s

Měrné teplo se měří v J/kg

Hodnota q je vyjádřena jako

kde i¢ je entalpie vody při bodu varu;

i je entalpie vody při 0 °C.

Podle prvního zákona termodynamiky

i = u 0 + P s v 0 ,

kde u 0 je vnitřní energie při 0 °С.

i¢ = q + u 0 + P s v 0

Připusťme podmíněně, jako v případě ideálních plynů, že u 0 = 0. Pak

i¢ = q + P s v 0

Tento vzorec umožňuje vypočítat hodnotu i¢ z hodnot nalezených z experimentu Р s, v 0 a q.

Při nízkých tlacích P s, kdy pro vodu je hodnota P s v 0 malá oproti teplu kapaliny, můžeme přibližně brát

Teplo kapaliny se zvyšuje s rostoucím tlakem nasycení a dosahuje maximální hodnoty v kritickém bodě. Vzhledem k tomu, že i=u+ Pv (1), můžeme napsat následující výraz pro vnitřní energii vody při bodu varu:

u¢ = i¢ + P s v¢

Změna entropie v procesu ohřevu kapaliny

Za předpokladu, že entropie vody je 0

Tento vzorec umožňuje vypočítat entalpii kapaliny při bodu varu.

2. vypařování

Množství tepla potřebné k převedení 1 kg kapaliny zahřáté na bod varu do suché nasycené páry v izobarickém procesu se nazývá měrné skupenské teplo vypařování (r) .

Výparné teplo je určeno:

i¢¢ = r + i¢ podle výparného tepla a entalpie vody zjištěné ze zkušenosti při bodu varu i¢. Vezmeme-li v úvahu (1), můžeme napsat:

r = (u¢¢-u¢)+P s (v¢¢-v¢),

kde u¢ a u¢¢ jsou vnitřní energie vody při bodu varu a suché nasycené páry. Tato rovnice ukazuje, že výparné teplo má dvě části. Jedna část (u¢¢-u¢) je vynaložena na zvýšení vnitřní energie páry vytvořené z vody. Říká se mu vnitřní výparné teplo a označuje se písmenem r. Druhá část P s (v¢¢-v¢) je vynaložena na vnější práci páry v izobarickém procesu vroucí vody a nazývá se vnější výparné teplo (y).

Výparné teplo klesá s rostoucím tlakem nasycení a v kritickém bodě je rovno nule. Teplo kapaliny a výparné teplo tvoří celkové teplo suché nasycené páry l¢¢.

Vnitřní energie suché syté páry u¢¢ je rovna

u¢¢=i¢¢-P s v¢¢

Změna entropie páry v procesu odpařování je určena výrazem

Tento výraz nám umožňuje určit entropii suché syté páry s¢¢.

Vlhká sytá pára mezi hraničními hodnotami měrných objemů v¢ a v¢¢ se skládá ze suché syté páry a vody. Množství suché syté páry v 1 kg mokré syté páry se nazývá stupeň suchosti nebo obsah páry . Tato hodnota se nazývá písmeno X. Hodnota (1x) volal stupeň vlhkosti páry .

Pokud vezmeme v úvahu stupeň suchosti, pak měrný objem mokré syté páry v x

v x = v¢¢x + v¢(1-x)

Výparné teplo r x, entalpie i x, celkové teplo l x, vnitřní energie u x a entropie s x pro mokrou sytou páru má následující hodnoty:

rx=rx; i x = i¢ + rx; lx = q + rx; u x = i¢ + rx – p s v s ; s x = s¢ + rx/T s

3. proces přehřívání páry

Suchá sytá pára se přehřívá při konstantním tlaku od bodu varu t s až na nastavenou teplotu t; zatímco měrný objem páry se zvyšuje z v¢ před proti. Množství tepla, které je vynaloženo na přehřátí 1 kg suché syté páry z bodu varu na danou teplotu, se nazývá teplo přehřátí. Teplotu přehřátí lze určit:

kde - s p je průměrná hmotnostní tepelná kapacita páry v teplotním rozsahu t s - t (stanovená z referenčních údajů).

Pro množství q p můžeme psát

q p \u003d i - i¢,

kde I je entalpie přehřáté páry.

Běžně se nazývá přechodný stav hmoty mezi stavem skutečného plynu a kapaliny parní nebo jednoduše trajekt. Přeměna kapaliny na páru je fázový přechod z jednoho agregovaného stavu do druhého. Během fázového přechodu je pozorována náhlá změna fyzikálních vlastností látky.

Příkladem takových fázových přechodů je proces vařící kapaliny s mokrou nasycenou párou a jeho následný přechod do bez vlhkosti suchá nasycená pára nebo proces zpětného varu kondenzace nasycená pára.

Jednou z hlavních vlastností suché syté páry je, že další přívod tepla k ní vede ke zvýšení teploty páry, tedy k jejímu přechodu do stavu přehřáté páry, a odvod tepla k přechodu do stav mokré syté páry. V

Fázové stavy vody

Obrázek 1. Fázový diagram pro vodní páru v T, s souřadnicích.

Krajjá- plynné skupenství (přehřátá pára, která má vlastnosti skutečného plynu);

KrajII– rovnovážný stav vody a nasycené vodní páry (dvoufázový stav). Oblast II se také nazývá oblast odpařování;

KrajIII- kapalné skupenství (voda). Oblast III je ohraničena izotermou EK;

KrajIV– rovnovážný stav pevné a kapalné fáze;

KrajPROTI- pevné skupenství;

Oblasti III, II a I jsou odděleny hraniční čáry AK (levá čára) a KD (pravá čára). Společný bod K pro hraniční čáry AK a KD má speciální vlastnosti a nazývá se kritický bod. Tento bod má parametry pkr, protikr A T cr, při kterém vroucí voda přechází na přehřátou páru, obchází dvoufázovou oblast. Voda proto nemůže existovat při teplotách nad Tcr.

Kritický bod K má parametry:

pkr= 22,136 MPa; protikr\u003d 0,00326 m 3 / kg; tkr\u003d 374,15 ° С.

Hodnoty p, t, v A s pro obě hraniční čáry jsou uvedeny ve speciálních tabulkách termodynamických vlastností vodní páry.

Proces získávání vodní páry z vody

Obrázky 2 a 3 ukazují procesy ohřevu vody k varu, odpařování a přehřívání páry v p,v- A T, s-diagramy.

Počáteční stav kapalné vody pod tlakem p 0 a mající teplotu 0 °C, je znázorněna v diagramech p,v A T, s tečka A. Když je teplo dodáváno při p= const jeho teplota se zvyšuje a měrný objem se zvětšuje. V určitém okamžiku teplota vody dosáhne bodu varu. V tomto případě je jeho stav označen tečkou b. S dalším přísunem tepla začíná odpařování se silným nárůstem objemu. V tomto případě vzniká dvoufázové médium – směs vody a páry, tzv mokrou nasycenou párou. Teplota směsi se nemění, protože teplo se spotřebuje na odpařování kapalné fáze. Proces odpařování v této fázi je izobaricko-izotermický a je na diagramu znázorněn jako řez před naším letopočtem. Pak se v určitém okamžiku všechna voda promění v páru, tzv suchý nasycený. Tento stav je v diagramu označen tečkou. C.

Obrázek 2. P, v diagram pro vodu a páru.

Obrázek 3. T, s diagram pro vodu a páru.

S dalším přísunem tepla se teplota páry zvýší a dojde k procesu přehřívání páry. c - d. tečka d indikuje stav přehřáté páry. Bodová vzdálenost d od bodu S závisí na teplotě přehřáté páry.

Indexování k označení množství souvisejících s různými skupenstvími vody a páry:

hodnota s indexem "0" se vztahuje k počátečnímu stavu vody;
hodnota s indexem "′" se vztahuje na vodu ohřátou na bod varu (nasycení);
hodnota s indexem "″" se vztahuje na suchou nasycenou páru;
hodnota s indexem " X» označuje mokrou nasycenou páru;
hodnota bez indexu se vztahuje na přehřátou páru.

Proces odpařování při vyšším tlaku p1 > p0 lze poznamenat, že bod A, představující počáteční stav vody při teplotě 0 °C a novém tlaku, zůstává prakticky na stejné vertikále, protože měrný objem vody je téměř nezávislý na tlaku.

Tečka b'(stav vody při saturační teplotě) se posune doprava o p,v-graf a šplhá nahoru T,s-diagram. S rostoucím tlakem totiž roste i teplota nasycení a tím i specifický objem vody.

Tečka C'(stav suché syté páry) se posouvá doleva, protože s rostoucím tlakem se měrný objem páry i přes zvýšení teploty zmenšuje.

Spojení více bodů b A C při různých tlacích dává dolní a horní hraniční křivky ak A kc. Z p,v-diagram ukazuje, že jak se tlak zvyšuje, rozdíl v konkrétních objemech proti" A proti' klesá a při určitém tlaku se rovná nule. V tomto bodě, nazývaném kritický bod, se hraniční křivky sbíhají ak A kc. Stav odpovídající bodu k, je nazýván kritický. Vyznačuje se tím, že s ní mají pára a voda stejné specifické objemy a neliší se od sebe vlastnostmi. Oblast ležící v křivočarém trojúhelníku bkc(PROTI p,v-diagram), odpovídá mokré syté páře.

Stav přehřáté páry je reprezentován body ležícími nad horní mezní křivkou kc.

Na T, s- oblast grafu 0 břišní svaly' odpovídá množství tepla potřebného k ohřevu kapalné vody na teplotu nasycení.

Množství dodaného tepla J / kg se rovná teplu vypařování r, vyjádřeno plochou s'bcs, a má to souvislost:

r = T(s″ - s′).

Množství tepla dodaného v procesu přehřívání vodní páry je reprezentováno plochou s″CD.

Na T, s- diagram ukazuje, že jak se tlak zvyšuje, odpařovací teplo klesá a v kritickém bodě se rovná nule.

Obvykle T, s-diagram se používá v teoretických studiích, protože jeho praktickému použití značně brání skutečnost, že množství tepla jsou vyjádřena plochami křivočarých obrazců.

Na základě materiálů mých poznámek z termodynamiky a učebnice "Základy energie". Autor G. F. Bystritsky. 2. vydání, rev. a doplňkové — M.: KNORUS, 2011. — 352 s.

Při slově „pára“ se mi vybaví časy, kdy jsem ještě chodil na základní školu. Když se pak rodiče vrátili ze školy, začali připravovat večeři a postavili hrnec s vodou na plynový sporák. A po deseti minutách se v rendlíku začaly objevovat první bublinky. Tento proces mě vždy fascinoval, zdálo se mi, že bych se na něj mohl dívat navždy. A pak, nějakou dobu po objevení se bublin, začala proudit samotná pára. Jednou jsem se zeptal své matky: "Odkud se berou ty bílé mraky?" (tak jsem jim říkal). Na to mi odpověděla: "Všechno se to děje kvůli ohřevu vody." I když odpověď neposkytla úplný obrázek o procesu tvorby páry, v hodinách školní fyziky jsem se o páře dozvěděl vše, co jsem chtěl. Tak...

Co je vodní pára

Z vědeckého hlediska je vodní pára prostě jeden ze tří fyzikálních skupenství samotné vody. Je známo, že k němu dochází při ohřívání vody. Stejně jako ona nemá pára barvu, chuť ani vůni. Ne každý ale ví, že parní kluby mají svůj tlak, který závisí na jeho objemu. A je vyjádřen v Pascals(na počest notorického vědce).

Vodní pára nás obklopuje nejen když něco vaříme v kuchyni. Je neustále obsažen v pouličním vzduchu a atmosféře. A jeho obsahové procento se nazývá „absolutní vlhkost“.

Fakta o vodní páře a jejích vlastnostech

Zde je tedy několik zajímavých bodů:

tím vyšší je teplota který působí na vodu, čím rychlejší je proces odpařování;
Kromě, rychlost odpařování se zvyšuje s velikostí plochy povrch, na kterém se voda nachází. Jinými slovy, pokud začneme ohřívat malou vrstvu vody na širokém kovovém hrnku, pak odpařování proběhne velmi rychle;
Rostliny potřebují nejen vodu v kapalném stavu, ale také vodu v plynech.. Tuto skutečnost lze vysvětlit tím, že z listů jakékoli rostliny neustále vycházejí páry a ochlazují ji. Zkuste se v horkém dni dotknout listu stromu - a všimnete si, že je chladný;
totéž platí o lidech, u nás funguje stejný systém jako u rostlin výše. Odpařování ochlazuje naši pokožku v horkém dni. Překvapivě i při malé zátěži naše tělo opustí zhruba dva litry tekutin za hodinu. Co můžeme říci o zvýšené zátěži a horkých letních dnech?

Tak lze popsat podstatu páry a její roli v našem světě. Doufám, že jste objevili spoustu zajímavých věcí!

VODNÍ PÁRA. Pára je plynné těleso získané z kapaliny při vhodné teplotě a tlaku. Všechny plyny m. b. přešel do kapalného stavu, a proto je obtížné nakreslit čáru mezi plyny a párami. Ve strojírenství je pára považována za plynné těleso, jehož stav nemá daleko k přeměně v kapalinu. Vzhledem k tomu, že existují značné rozdíly ve vlastnostech plynů a par, je tento rozdíl v pojmech docela rozumný. Vodní pára je nejdůležitější z par používaných v technologii. Používají se jako pracovní kapalina v parních strojích (parní stroje a parní turbíny) a pro účely vytápění a vytápění. Vlastnosti páry jsou extrémně rozdílné v závislosti na tom, zda je pára smíchána s kapalinou, ze které se získává, nebo zda je z ní oddělena. V prvním případě se pára nazývá nasycená, ve druhém případě - přehřátá. Zpočátku se sytá pára používala téměř výhradně v technice, v současnosti nachází nejširší uplatnění přehřátá pára v parních strojích, jejichž vlastnosti jsou proto pečlivě studovány.

I. Sytá pára. Proces odpařování je lépe pochopitelný pomocí grafického znázornění, například diagramem v souřadnicích p, v (měrný tlak v kg/cm 2 a měrný objem v m 3 /kg). Na OBR. 1 schematicky znázorňuje proces odpařování pro 1 kg vody. Bod a 2 znázorňuje stav 1 kg vody při 0 ° a tlaku p 2 a úsečka tohoto bodu znázorňuje objem tohoto množství, na ose y je tlak, pod kterým se voda nachází.

Křivka a 2 aa 1 ukazuje změnu objemu 1 kg vody s rostoucím tlakem. Tlaky v bodech a2, a a 1 jsou p2, p, p 1 kg 1 cm2. Ve skutečnosti je tato změna extrémně malá a v technických záležitostech lze považovat měrný objem vody za nezávislý na tlaku (tj. čáru a 2 aa 1 lze brát jako přímku rovnoběžnou s osou y). Pokud odebrané množství vody zahřejete a udržujete konstantní tlak, pak teplota vody stoupne a při určité hodnotě se začne odpařovat voda. Když se voda ohřívá, její specifický objem se teoreticky poněkud zvyšuje (alespoň od 4 °, tj. od teploty nejvyšší hustoty vody). Počáteční body vypařování při různých tlacích (p 2 , p, p 1) tedy budou ležet na nějaké jiné křivce b 2 bb 1 . Ve skutečnosti je tento nárůst objemu vody s rostoucí teplotou nevýznamný, a proto při nízkých tlacích a teplotách lze měrný objem vody brát jako konstantní hodnotu. Měrné objemy vody v bodech b 2, b, b 1 se označují v "2, v", v" 1, křivka b 2 bb 1 se nazývá dolní mezní křivka. Určuje se teplota, při které začíná vypařování. tlakem, pod kterým je ohřívána voda.Po celou dobu odpařování se tato teplota nemění, pokud tlak zůstává konstantní. Z toho plyne, že teplota syté páry je funkcí pouze tlaku p. Uvažujme jakoukoli čáru znázorňující odpařovací proces, například bcd, vidíme, že objem směsi páry a kapaliny v procesu odpařování se zvyšuje s rostoucím množstvím odpařené vody. V určitém bodě d veškerá voda zmizí a získá se čistá pára; body d pro různé tlaky tvoří určitou křivku d 1 dd 2, která je tzv horní mezní křivka nebo křivka suché syté páry; pára v tomto stavu (když právě skončilo odpařování vody) se nazývá suchá nasycená pára. Pokud pokračujete v zahřívání po bodu d (směrem k některému bodu e), přičemž tlak ponecháte konstantní, teplota páry začne stoupat. V tomto stavu se pára nazývá přehřátá. Tak se získají tři oblasti: vpravo od přímky d 1 dd 2 - oblast přehřáté páry, mezi čarami b 1 bb 2 a d 1 dd 2 - oblast syté páry a vlevo od čáry b 1 bb 2 - oblast vody v kapalném stavu. V nějakém mezilehlém bodě c je směs páry a vody.

K charakterizaci stavu této směsi slouží množství x páry v ní obsažené; při hmotnosti směsi 1 kg (rovná se hmotnosti odebrané vody) se tato hodnota nazývá x podíl páry ve směsi nebo obsah par ve směsi; množství vody ve směsi se bude rovnat (1-x) kg. Jestliže v "m 3 / kg je měrný objem suché syté páry při teplotě t a tlaku p kg / cm 2 a objem vody za stejných podmínek v", pak objem směsi v zjistíme vzorcem :

Objemy v" a v", a tedy jejich rozdíl v"-v" jsou funkcemi tlaku p (nebo teploty t). Tvar funkce, která určuje závislost p na t pro vodní páru, je velmi složitý; pro tuto závislost existuje mnoho empirických výrazů, z nichž všechny jsou však vhodné pouze pro určité omezené intervaly nezávisle proměnné t. Regnault pro teploty od 20 do 230 °C dává vzorec:

V současné době se často používá vzorec Dupre-Hertz:

kde k, ma n jsou konstanty.

Schüle dává tento vzorec v následujícím tvaru:

a pro teplotu:

a) mezi 20 a 100°

(p - v kg / cm 2, T - absolutní teplota páry);

b) mezi 100 a 200°

c) mezi 200 a 350°

Charakter křivky tlaku par p jako funkce teploty je patrný z Obr. 2.

V praxi se přímo používají tabulky, které udávají vztah mezi p a t. Tyto tabulky jsou sestaveny na základě přesných experimentů. Pro zjištění konkrétních objemů suché syté páry existuje teoreticky odvozený Clapeyron-Clausiusův vzorec. Můžete také použít Mollierův empirický vzorec:

Množství tepla q potřebné k ohřevu 1 kg vody z 0 na t° (počátek odpařování) se vyjadřuje takto:

kde c je tepelná kapacita vody, která se v širokém rozsahu jen málo liší od jednoty; Proto použijeme přibližný vzorec:

Nicméně, Regnault byl již přesvědčen o znatelném zvýšení c při vysokých teplotách a dal výraz pro q:

V nedávné době jsou pro s (Diterichiho vzorec) uvedeny následující údaje:

Pro průměrnou tepelnou kapacitu s m v rozsahu od 0 do t° je uveden výraz:

Experimentální data Německého institutu fyziky a technologie se poněkud odchylují od tohoto vzorce, jehož pozorování dávají následující hodnoty c:

K přeměně vody ohřáté na teplotu na páru je třeba také vydat určité množství tepla r, které se nazývá latentní výparné teplo.

V současné době se tento tepelný příkon dělí na 2 části: 1) teplo Ψ, které jde na vnější práci zvětšování objemu při přechodu vody na páru (vnější latentní teplo vypařování), a 2) teplo ϱ, které jde do vnitřní práce oddělování molekul, ke které dochází při odpařování vody (vnitřní latentní teplo vypařování). Externí latentní výparné teplo

kde A \u003d 1/427 je tepelný ekvivalent mechanické práce.

Tím pádem

Pro r je uveden následující vzorec (na základě experimentů Německého institutu fyziky a technologie):

Celkové výparné teplo λ, tj. množství tepla potřebné k přeměně vody odebrané při 0° na páru o teplotě t, je zjevně rovno q + r. Regnault dal následující vzorec pro λ:

tento vzorec poskytuje výsledky blízké nejnovějším experimentálním údajům. Shule dává:

Vnitřní energie u vody při 0° se předpokládá nula. Pro zjištění jejího přírůstku při ohřevu vody je nutné zjistit charakter změny měrného objemu vody se změnou tlaku a teploty, tedy tvar křivek a 2 aa 1 a b 2 bb 1 (Obr. 1). Nejjednodušším předpokladem by bylo vzít tyto čáry jako přímky a navíc se vzájemně shodovat, tj. přijmout specifický objem vody v "jako konstantní hodnotu, která nezávisí ani na tlaku ani na teplotě (v" = 0,001). m 3 / kg). Za tohoto předpokladu veškeré teplo použité k ohřevu kapaliny, tj. q, jde ke zvýšení vnitřní energie (protože při tomto ohřevu se neprovádí žádná vnější práce). Tento předpoklad je však vhodný pouze pro relativně nízké tlaky (zeinerovy tabulky jsou uvedeny do tlaků 20 kg/cm2). Moderní stoly (Mollier a další) při dosažení kritického tlaku (225 kg / cm 2) a teploty (374 °) samozřejmě nemohou ignorovat změny objemu vody (měrný objem vody při kritickém tlaku a kritické teplotě je 0,0031 m2/kg, tj. více než třikrát více než při 0 °). Ale Stodola a Knoblauch ukázali, že výše uvedený Dietericiho vzorec pro množství q udává přesně velikost změny vnitřní energie (a ne velikost q); rozdíl mezi těmito hodnotami do tlaku 80 kg/cm 2 je však zanedbatelný. U vody tedy předpokládáme vnitřní energii rovnou teplu kapaliny: u" = q. Během doby vypařování se vnitřní energie zvětší o hodnotu vnitřního latentního tepla výparu ϱ, tj. energii suchého nasyceného pára bude: (obr. 3).

Pro směs s podílem par x získáme následující výraz:

Teplotní závislost výparného tepla a tlaku je graficky znázorněna na Obr. 3.

Mollier zavedl do technické termodynamiky termodynamickou funkci i, definovanou rovnicí a nazvanou tepelný obsah. Pro směs s podílem par x by to dalo:

nebo po obsazení:

pro vodu (x = 0) to vyjde:

pro suchou sytou páru:

Hodnota součinu APv" je velmi malá ve srovnání i s hodnotou q (a ještě více ve srovnání s hodnotou q + r = λ); proto můžeme vzít

Mollierovy tabulky tedy nedávají veličiny q a λ, ale veličiny i" a i" jako funkci p nebo t°. Entropii syté páry zjistíme jejím diferenciálem, výraz dQ pro všechna tělesa má tvar:

Pro sytou páru

První člen představuje přírůstek entropie vody při jejím ohřevu, druhý člen je přírůstek entropie směsi při odpařování. Za předpokladu

dostaneme nebo integrací:

Všimněte si, že při výpočtu s se obvykle také zanedbává "změna specifického objemu v" a předpokládá se, že k vyřešení všech problémů souvisejících s nasycenými párami se používají tabulky. V minulosti se stoly Zeiner používaly v technice, v současnosti jsou zastaralé; můžete použít tabulky Schule, Knoblauch nebo Mollier.

Ve všech těchto tabulkách jsou tlaky a teploty uvedeny do kritického stavu. V tabulkách jsou uvedeny tyto údaje: teplota a tlak syté páry, měrný objem vody a páry a měrná hmotnost páry, entropie kapaliny a páry, tepelný obsah vody a páry, celkové latentní teplo vypařování, vnitřní energie, vnitřní a vnější latentní teplo. Pro některé otázky (týkající se např. kondenzátorů) jsou sestaveny speciální tabulky s malými tlakovými nebo teplotními intervaly.

Ze všech změn páry je zvláště zajímavá adiabatická změna; to m. b. studoval bod po bodu. Nechť je dán (obr. 4) počáteční bod 1 adiabatu, určený tlakem p 1 a podílem páry x 1 ; je třeba určit stav páry v bodě 2, který leží na adiabatu procházejícím bodem 1 a určený tlakem p 2 . Pro nalezení x 2 je vyjádřena podmínka rovnosti entropií v bodech 1 a 2:

V této rovnici jsou z daných tlaků p 1 a p 2 zjištěny veličiny s" 1, r 1 /T 1, s" 2 a r 2 /T 2, je dán podíl páry x 1 a pouze x 2 je neznámý. Měrný objem v -2 v bodě 2 je určen vzorcem:

Hodnoty v "" 2 a v" 2 jsou z tabulek. Vnější práce uvažované adiabatické změny se zjistí z rozdílu vnitřních energií na začátku a na konci změny:

Pro zjednodušení výpočtů se při studiu adiabatické změny často používá empirická Zeinerova rovnice, která vyjadřuje adiabat jako polytrop:

Exponent μ je vyjádřen jako počáteční podíl páry x 1 takto:

Tento vzorec je použitelný v rozsahu od x 1 \u003d 0,7 do x 1 \u003d 1. Adiabatická expanze při počátečním vysokém podílu páry, nad 0,5, je doprovázena přeměnou části páry na vodu (pokles v x) ; při počátečním podílu páry menším než 0,5 je adiabatická expanze doprovázena naopak odpařováním části vody. Vzorce pro další případy změny syté páry se nacházejí ve všech učebnicích technické termodynamiky.

II. přehřátá pára. Pozornost na přehřátou páru byla stažena zpět v 60. letech minulého století v důsledku Girnových experimentů, které ukázaly významné výhody při použití přehřáté páry v parních strojích. Přehřátá pára však dosáhla speciální distribuce poté, co W. Schmit vytvořil speciální konstrukce přehřívačů speciálně pro získávání páry o vysokém přehřátí (300-350 °). Tyto přehříváky našly široké uplatnění nejprve (1894-95) ve stacionárních parních strojích, poté v lokomotivách a ve 20. století v parních turbínách. V současné době se téměř žádná instalace neobejde bez použití přehřáté páry a přehřátí je přivedeno na 400-420 °. Aby bylo možné takto vysoké přehřátí racionálně využít, byly pečlivě studovány samotné vlastnosti přehřáté páry. Původní teorii přehřáté páry podal Zeiner; spoléhala na několik Regnaultových experimentů. Její hlavní ustanovení jsou: 1) speciální tvar stavové rovnice, který se od rovnice pro ideální plyny liší dalším členem, který je pouze funkcí tlaku; 2) přijetí konstantní hodnoty tepelné kapacity c p při konstantním tlaku: c p = 0,48. Oba tyto předpoklady nebyly potvrzeny v experimentech o vlastnostech přehřáté páry, prováděných v širším rozsahu. Zvláště důležité byly rozsáhlé experimenty v mnichovské laboratoři technické fyziky, započaté kolem roku 1900 a trvající až do současnosti. Nová teorie přehřáté páry byla dána v letech 1900-1903. Callender v Anglii a Mollier v Německu, ale ani to nebylo konečné, protože výraz pro tepelnou kapacitu při konstantním tlaku získaný z této teorie plně nesouhlasí s nejnovějšími experimentálními daty. Proto se objevila řada nových pokusů sestrojit stavovou rovnici pro přehřátou páru, která by více odpovídala experimentálním výsledkům.

Díky těmto pokusům získala Eichelbergova rovnice slávu. Tyto pokusy našly svůj konečný závěr v nové Mollierově teorii (1925-1927), která vedla k sestavení jeho posledních tabulek. Mollier používá velmi zdrženlivý systém notace, který jsme částečně použili výše. Mollierova označení: P - tlak v kg / m 2 abs., p - tlak v kg / cm 2 abs., v - měrný objem v m 3 / kg, γ \u003d 1 / v měrná hmotnost v kg / m 3, t - teplota od 0°, T = t° + 273° - absolutní teplota, A = 1/427 - tepelný ekvivalent mechanické práce, R = 47,1 - plynová konstanta (pro vodní páru), s - entropie, i - obsah tepla v Cal /kg, u = i–APv - vnitřní energie v Cal/kg, ϕ = s – i/T, c p - tepelná kapacita při konstantním tlaku, c ii p = 0,47 - mezní hodnota c p při p = 0.

Symboly " a " odkazují na správnou vodu a suchou nasycenou páru. Z Mollierovy rovnice

pomocí vzorců vyplývajících z I a II termodynamického zákona se získají všechny nejdůležitější veličiny charakterizující přehřátou páru, tj. s, i, u a c p. Mollier zavádí následující pomocné teplotní funkce:

Pomocí těchto funkcí se získají následující výrazy:

Vzorce pro zjištění měrného objemu a dalších veličin pro přehřátou páru jsou poměrně složité a pro výpočty nepohodlné. Proto nejnovější Mollierovy tabulky obsahují vypočtené hodnoty nejdůležitějších veličin charakterizujících přehřátou páru v závislosti na tlaku a teplotě. Pomocí Mollierových tabulek jsou všechny problémy související s přehřátou párou řešeny zcela jednoduše a s dostatečnou přesností. Je třeba také poznamenat, že pro adiabatickou změnu přehřáté páry v určitých mezích (do 20-25 kg / cm 3) si polytropická rovnice zachovává svou hodnotu: pv 1,3 = konst. Nakonec může být mnoho otázek týkajících se přehřáté páry řešeno pomocí grafických technik, zejména IS Mollierova diagramu. Tento diagram obsahuje křivky pro konstantní tlaky, konstantní teploty a konstantní objemy. Že. přímo z diagramu je možné získat hodnoty v, s, i jako funkci tlaku a teploty. Adiabaty jsou v tomto diagramu znázorněny přímkami rovnoběžnými s osou y. Zvláště snadno lze nalézt rozdíly v obsahu tepla odpovídající začátku a konci adiabatické expanze; tyto rozdíly jsou potřebné pro zjištění průtoku páry.

Téma 2. Základy tepelné techniky.

Tepelná technika je věda, která studuje způsoby získávání, přeměny, přenosu a využití tepla. Tepelná energie se získává spalováním organických látek nazývaných paliva.

Základy tepelné techniky jsou:

1. Termodynamika - věda, která studuje přeměnu tepelné energie na jiné druhy energie (například: tepelnou energii na mechanickou, chemickou atd.)

2. Přenos tepla - studuje přenos tepla mezi dvěma nosiči tepla přes výhřevnou plochu.

Pracovní kapalinou je chladivo (pára nebo horká voda), které je schopné přenášet teplo.

V kotelně je nosičem tepla (pracovní tekutinou) horká voda a vodní pára o teplotě 150°C nebo vodní pára S teploty do 250°C. Teplá voda se používá k vytápění obytných a veřejných budov, je to dáno hygienickými a hygienickými podmínkami, možností snadné změny její teploty v závislosti na venkovní teplotě. Voda má ve srovnání s párou značnou hustotu, což umožňuje přenos značného množství tepla na velké vzdálenosti s malým objemem chladicí kapaliny. Do topného systému budov je přiváděna voda o teplotě nepřesahující 95 °C, aby nedocházelo ke spalování prachu na topných zařízeních a popálení od topných systémů. Pára se používá pro vytápění průmyslových objektů a v průmyslových a technologických systémech.

Parametry pracovního těla

Chladivo, přijímající nebo vydávající tepelnou energii, mění svůj stav.

Například: Voda v parním kotli se ohřívá, mění se v páru, která má určitou teplotu a tlak. Pára vstupuje do ohřívače páry a vody, sama se ochlazuje a mění se na kondenzát. Teplota ohřáté vody se zvyšuje, teplota páry a kondenzátu klesá.

Hlavní parametry pracovní tekutiny jsou teplota, tlak, měrný objem, hustota.

t, P- se zjišťuje přístroji: tlakoměry, teploměry.

Specifický objem a hustota jsou vypočtené hodnoty.

1. Specifický objem- objem zabraný jednotkovou hmotností látky při

0°С a atmosférický tlak 760 mm Hg. (za normálních podmínek)

kde: V- objem (m 3); m je hmotnost látky (kg); standardní stav: R=760mm R.st. t = 20 °C

2. Hustota je poměr hmotnosti látky k jejímu objemu. každá látka má svou vlastní hustotu:

V praxi se používá relativní hustota - poměr hustoty daného plynu k hustotě standardní látky (vzduchu) za normálních podmínek (t ° \u003d 0 ° С: 760 mm Hg)

Porovnáním hustoty vzduchu s hustotou metanu můžeme určit, kde odebírat vzorky metanu.

dostaneme

plyn je lehčí než vzduch, to znamená, že vyplňuje horní část libovolného objemu, vzorek se odebírá z horní části topeniště kotle, studny, komory, místnosti. V horní části areálu jsou instalovány analyzátory plynů.

(nafta je lehčí, zabírá horní část)

Hustota oxidu uhelnatého je téměř stejná jako hustota vzduchu, takže vzorek oxidu uhelnatého se odebírá 1,5 metru od podlahy.

3. Tlak je síla působící na jednotku plochy povrchu.

Tlaková síla rovna 1 H, rovnoměrně rozložené na povrchu 1m 2 se bere jako jednotka tlaku a rovná se 1Pa (N/m2) v soustavě SI (nyní ve školách, v knihách jde všechno do Pa, přístroje se také staly v Pa).

Hodnota Pa je hodnotově malá, např.: vezmeme-li 1 kg vody a nalijeme do 1 metru, dostaneme 1 mm.š.st. , proto se zavádějí násobiče a předpony - MPa, KPa ...

Ve strojírenství se používají větší jednotky měření

1 kPa \u003d 10 3 Pa; 1 MPa = 10 b Pa; 1GPa=109 Pa.

Jednotky vnějšího tlaku kgf / m 2; kgf / cm 2; mm.v.st; mm.r.st.

1 kgf / m 2 = 1 mm.v st \u003d 9,8 Pa

1 kgf / cm 2 = 9.8. 10 4 Pa ~ 10 5 Pa = 10 4 kgf / m2

Tlak se často měří ve fyzických a technických atmosférách.

fyzická atmosféra- průměrný tlak atmosférického vzduchu na hladině moře v n.o.

1 atm = 1,01325. 105 Pa = 760 mm Hg = 10,33 m aq. st \u003d 1,0330 mm palce. Umění. \u003d 1,033 kgf / cm2.

Technická atmosféra - tlak způsobený silou 1 kgf je rovnoměrně rozložen po povrchu k němu kolmém o ploše 1 cm 2.

1 při \u003d 735 mm Hg. Umění. = 10 m.v. Umění. = 10 000 mm palce. Umění. \u003d \u003d 0,1 MPa \u003d 1 kgf / cm 2

1 mm PROTI. Umění. - síla rovna hydrostatickému tlaku vodního sloupce 1 mm na rovném podkladu 1 mm PROTI. st \u003d 9,8 Pa.

1 mm. rt. st - síla rovna hydrostatickému tlaku sloupce rtuti o výšce 1 mm na rovném podkladu. 1 mm rt. Umění. = 13,6 mm. PROTI. Umění.

V technických charakteristikách čerpadel se místo tlaku používá termín dopravní výška. Jednotkou tlaku je m. vody. Umění. Například: Tlak vytvořený čerpadlem je 50 m voda. Umění. což znamená, že dokáže zvednout vodu do výšky 50 m

Druhy tlaku: přebytek, vakuum (vakuum, tah), absolutní, atmosférický .

Pokud se šipka odchyluje na stranu větší než nula, jedná se o přetlak, na spodní stranu - vakuum.

Absolutní tlak:

R abs \u003d R ho + R atm

R abs \u003d R vac + R atm

R abs \u003d R atm -R razr

kde: R atm \u003d 1 kgf / cm 2

Atmosférický tlak- průměrný tlak atmosférického vzduchu na hladině moře při t° = 0°C a normální atmosféra R=760 mm. rt. Umění.

Přetlak- tlak vyšší než atmosférický (v uzavřeném objemu). V kotelnách je voda, pára v kotlích a potrubí pod nadměrným tlakem. R izb. měřeno manometry.

Vakuum (vakuum)- tlak v uzavřených objemech je nižší než atmosférický tlak (vakuum). Topeniště a komíny kotlů jsou pod vakuem. Vakuum se měří tahovými měřidly.

Absolutní tlak- přetlak nebo řídkost s ohledem na atmosférický tlak.

Po domluvě je tlak:

1). Kanál - nejvyšší tlak při t=20 o С

2). Pracovní - maximální přetlak v kotli, který zajišťuje dlouhodobý provoz kotle za normálních provozních podmínek (uvedeno ve výrobním návodu).

3). Povolený - maximální přípustný tlak stanovený na základě výsledků technické zkoušky nebo kontrolního výpočtu pevnosti.

4). Vypočítaný - maximální přetlak, při kterém se počítá pevnost kotlových článků.

5). R test - přetlak, při kterém se provádějí hydraulické zkoušky kotlových článků na pevnost a hustotu (jeden z typů technické zkoušky).

4. Teplota- to je stupeň zahřátí těla, měřený ve stupních. Určuje směr samovolného přenosu tepla z teplejšího na chladnější těleso.

Přenos tepla bude probíhat, dokud se teploty nevyrovnají, tj. nenastane teplotní rovnováha.

Používají se dvě stupnice: mezinárodní - Kelvin a praktická Celsia t ° С.

Nula v této stupnici je bod tání ledu a sto stupňů je bod varu vody v atm. tlak (760 mm rt. Umění.).

Pro referenční bod v Kelvinově termodynamické teplotní stupnici se používá absolutní nula (nejnižší teoreticky možná teplota, při které nedochází k pohybu molekul). Označeno T.

1 Kelvin se co do velikosti rovná 1° Celsia

Teplota tání ledu je 273 K. Bod varu vody je 373 K

T=t+273; t=T-273

Bod varu závisí na tlaku.

Například, Na R ab c \u003d 1,7 kgf / cm 2. Voda se vaří při t = 115 °C.

5. Teplo - energie, kterou lze přenést z teplejšího tělesa na chladnější.

Jednotkou SI pro teplo a energii je Joule (J). Jednotkou tepla mimo systém jsou kalorie ( CAL.).

1 CAL.- množství tepla potřebného k zahřátí 1 g H 2 O o 1 °C při

P = 760 mm. Hg

1 CAL.= 4,19 J

6. Tepelná kapacita – schopnost těla absorbovat teplo . Aby se dvě různé látky o stejné hmotnosti zahřály na stejnou teplotu, musí být vynaloženo různé množství tepla.

Měrná tepelná kapacita vody - množství tepla, které musí vykázat jednotka látky, aby se její t zvýšila o 1 °C, se rovná 1 kcal/kg deg.

Metody přenosu tepla.

Existují tři typy přenosu tepla:

1.tepelná vodivost;

2.záření (záření);

3.konvekce.

Tepelná vodivost-

Přenos tepla v důsledku tepelného pohybu molekul, atomů a volných elektronů.

Každá látka má svou tepelnou vodivost, závisí na chemickém složení, struktuře, vlhkosti materiálu.

Kvantitativní charakteristikou tepelné vodivosti je součinitel tepelné vodivosti, jedná se o množství tepla předané jednotkou topné plochy za jednotku času s rozdílem t v o C a tloušťce stěny 1 metr.

Součinitel tepelné vodivosti ( ):

Měď = 330 kcal . mm 2. h . kroupy

Litina = 5 4 kcal . mm 2. h . kroupy

Ocel = 39 kcal . mm 2. h . kroupy

Je vidět, že: kovy mají dobrou tepelnou vodivost, nejlépe měď.

Azbest \u003d 0,15 kcal . mm 2. h . kroupy

Saze \u003d 0,05-0, kcal . mm 2. h . kroupy

Měřítko \u003d 0,07-2 kcal . mm 2. h . kroupy

vzduch = 0,02 kcal . mm 2. h . kroupy

Špatně vedou teplo porézní tělesa (azbest, saze, vodní kámen).

Saze znesnadňuje přenos tepla ze spalin do stěny kotle (vede teplo 100x hůře než ocel), což vede k nadměrné spotřebě paliva, poklesu výroby páry nebo horké vody. V přítomnosti sazí stoupá teplota spalin. To vše vede ke snížení účinnosti kotle. Během provozu kotle hodinově podle přístrojů (logometru) jsou řízeny t spaliny, jejichž hodnoty jsou uvedeny v režimová mapa kotel. Pokud se t spalin zvýší, pak je topná plocha ofukována.

Měřítko se tvoří uvnitř trubek (vede teplo 30-50x hůře než ocel), čímž se snižuje přenos tepla ze stěny kotle do vody, v důsledku toho se stěny přehřívají, deformují a praskají (prasknutí trubek kotle). Okuje vede teplo 30-50krát hůře než ocel

Konvekce -

Přenos tepla směšováním nebo pohybem částic mezi sebou (charakteristické pouze pro kapaliny a plyny). Rozlišujte mezi přirozenou a nucenou konvekcí.

přirozená konvekce- volný pohyb kapalin nebo plynů v důsledku rozdílu v hustotách nerovnoměrně zahřátých vrstev.

nucená konvekce- nucený pohyb kapaliny nebo plynů v důsledku tlaku nebo vakua vytvářeného čerpadly, odsávači kouře a ventilátory.

Způsoby, jak zvýšit přenos tepla konvekcí:

§ Zvýšení průtoku;

§ Turbulizace (vír);

§ Zvětšení topné plochy (kvůli instalaci žeber);

§ Zvýšení teplotního rozdílu mezi topným a ohřívaným médiem;

§ Protiproudý pohyb médií (protiproud).

Emise (záření) -

Výměna tepla mezi tělesy umístěnými ve vzájemné vzdálenosti v důsledku sálavé energie, jejímž nositelem jsou elektromagnetické kmity: tepelná energie se přeměňuje na energii sálavou a naopak ze sálavé energie na tepelnou energii.

Záření je nejúčinnějším způsobem přenosu tepla, zvláště pokud má studované těleso vysokou teplotu a paprsky směřují kolmo k vyhřívanému povrchu.

Pro zlepšení přenosu tepla sáláním v topeništích kotlů jsou položeny speciální štěrbiny ze žáruvzdorných materiálů, které jsou jak zářiči tepla, tak stabilizátory hoření.

Topná plocha kotle je plocha, ze které je na jedné straně smývána plyny a na druhé straně vodou.

Diskutováno výše 3 typy výměny tepla vzácné v čisté formě. Téměř jeden typ přenosu tepla je doprovázen dalším. V kotli jsou přítomny všechny tři typy přenosu tepla, kterému se říká komplexní přenos tepla.

V kotli:

A) z plamene hořáku na vnější povrch trubek kotle - sáláním.

B) ze vzniklých spalin do stěny - konvekce

C) od vnějšího povrchu stěny potrubí k vnitřní - tepelná vodivost.

D) od vnitřního povrchu stěny potrubí do vody, cirkulace po povrchu - konvekce.

Přenos tepla z jednoho média do druhého přes dělicí stěnu se nazývá přenos tepla.

Voda, vodní pára a její vlastnosti

Voda je nejjednodušší chemická sloučenina vodíku a kyslíku, která je za normálních podmínek stabilní, nejvyšší hustota vody je 1000 kg / m 3 při t \u003d 4 ° C.

Voda, stejně jako každá kapalina, podléhá hydraulickým zákonům. Téměř se nesmršťuje, proto má schopnost přenášet tlak na něj vyvíjený ve všech směrech stejnou silou. Pokud je k sobě připojeno několik nádob různých tvarů, bude hladina vody všude stejná (zákon o spojení nádob).