Vodná para v atmosfére. Čo je vodná para? V čom sa nachádza vodná para?

Doteraz boli objektom nášho výskumu ideálne plyny, t.j. také plyny, kde nie sú sily medzimolekulových interakcií a veľkosť molekúl sa zanedbáva. V skutočnosti je veľkosť molekúl a sila medzimolekulových interakcií veľmi dôležitá, najmä pri nízkych teplotách a vysokých tlakoch.

Jedným zo zástupcov skutočných plynov používaných v hasičskej praxi a hojne využívaných v priemyselnej výrobe je vodná para.

Vodná para je mimoriadne široko používaná v rôznych priemyselných odvetviach, najmä ako chladivo vo výmenníkoch tepla a ako pracovná kvapalina v parných elektrárňach. Vysvetľuje to všadeprítomnosť vody, jej lacnosť a neškodnosť pre ľudské zdravie.

V praxi používaná para má vysoký tlak a relatívne nízku teplotu, ktorá je blízka stavu kvapaliny, preto nemožno zanedbať kohézne sily medzi jej molekulami a ich objemom, ako pri ideálnych plynoch. V dôsledku toho nie je možné použiť stavové rovnice ideálnych plynov na určenie parametrov stavu vodnej pary, t.j. pv≠RT, pretože vodná para je skutočný plyn.

Pokusy viacerých vedcov (Van der Waals, Berthelot, Clausius atď.) objasniť stavové rovnice reálnych plynov zavedením úprav stavovej rovnice pre ideálne plyny boli neúspešné, pretože tieto korekcie sa týkali iba objemu a kohézne sily medzi molekulami reálneho plynu a nezohľadnili množstvo iných fyzikálnych javov vyskytujúcich sa v týchto plynoch.

Osobitnú úlohu zohráva rovnica navrhnutá Van der Waalsom v roku 1873, (P + a/ v 2) ( v - b) = RT. Van der Waalsova rovnica, ktorá je v kvantitatívnych výpočtoch približná, kvalitatívne dobre odráža fyzikálne vlastnosti plynov, pretože nám umožňuje popísať všeobecný obraz zmeny skupenstva látky s jej prechodom do jednotlivých fázových stavov. V tejto rovnici A A V pre daný plyn sú konštantné hodnoty, ktoré berú do úvahy: prvá je interakčné sily a druhá je veľkosť molekúl. Postoj a/v 2 charakterizuje dodatočný tlak, pod ktorým sa nachádza skutočný plyn v dôsledku kohéznych síl medzi molekulami. Rozsah V berie do úvahy zníženie objemu, v ktorom sa molekuly skutočného plynu pohybujú v dôsledku skutočnosti, že sami majú objem.

Najznámejšia rovnica v súčasnosti je rovnica vyvinutá v rokoch 1937-1946. Americký fyzik J. Mayer a nezávisle od neho sovietsky matematik N. N. Bogolyubov, ako aj rovnica, ktorú v roku 1939 navrhli sovietski vedci M. P. Vukalovič a I. I. Novikov.

Vzhľadom na ich ťažkopádny charakter sa tieto rovnice nebudú brať do úvahy.

Pre vodnú paru sú všetky stavové parametre uvedené v tabuľke pre jednoduché použitie a uvedené v prílohe 7.

takže, vodná para je skutočný plyn získaný z vody s relatívne vysokou kritickou teplotou a blízkou stavu nasýtenia.

Uvažujme o procese premena kvapaliny na paru, inak nazývaný proces odparovanie . Kvapalina sa môže zmeniť na paru odparovaním a varom.

Odparovanie sa nazýva odparovanie, ku ktorému dochádza iba z povrchu kvapaliny a pri akejkoľvek teplote. Intenzita vyparovania závisí od povahy kvapaliny a jej teploty. Odparenie kvapaliny môže byť úplné, ak je nad kvapalinou neobmedzený priestor. V prírode prebieha proces odparovania kvapaliny v obrovskom rozsahu kedykoľvek počas roka.

Podstatou procesu vyparovania je, že jednotlivé molekuly kvapaliny, ktoré sa nachádzajú na jej povrchu a majú väčšiu kinetickú energiu v porovnaní s inými molekulami, prekonávajú silové pôsobenie susedných molekúl, vytvárajú povrchové napätie a vyletujú z kvapaliny do okolitého priestoru. . So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje intenzita vyparovania, pretože sa zvyšuje rýchlosť a energia molekúl a znižujú sa sily ich vzájomného pôsobenia. Počas odparovania sa teplota kvapaliny znižuje, pretože z nej vyletujú molekuly s relatívne vysokou rýchlosťou, v dôsledku čoho sa priemerná rýchlosť zostávajúcich molekúl v nej znižuje.

Keď sa kvapaline odovzdáva teplo, zvyšuje sa jej teplota a rýchlosť odparovania. Pri nejakej veľmi špecifickej teplote, v závislosti od povahy kvapaliny a tlaku, pod ktorým sa nachádza, začína odparovanie v celej svojej hmote. V tomto prípade sa na stene nádoby a vo vnútri kvapaliny tvoria bubliny pary. Tento jav sa nazýva vriaci kvapaliny. Tlak výslednej pary je rovnaký ako tlak média, v ktorom dochádza k varu.

Opačný proces odparovania sa nazýva Komu kondenzácia th. Tento proces premeny pary na kvapalinu sa vyskytuje aj pri konštantnej teplote, ak tlak zostáva konštantný. Počas kondenzácie chaoticky sa pohybujúce molekuly pary, ktoré sú v kontakte s povrchom kvapaliny, spadajú pod vplyvom medzimolekulových síl vody, zostávajú tam a opäť sa premieňajú na kvapalinu. Pretože Pretože molekuly pary majú vyššiu rýchlosť v porovnaní s molekulami kvapaliny, počas kondenzácie sa teplota kvapaliny zvyšuje. Kvapalina vytvorená pri kondenzácii pary sa nazýva kondenzát .

Pozrime sa na proces odparovania podrobnejšie.

Prechod kvapaliny na paru má tri fázy:

1. Zahriatie kvapaliny na bod varu.

2. Odparovanie.

3. Prehriatie pary.

Pozrime sa na každú fázu podrobnejšie.

Vezmime si valec s piestom a umiestnime tam 1 kg vody s teplotou 0°C, konvenčne predpokladáme, že špecifický objem vody pri tejto teplote je minimálne 0,001 m 3 /kg. Na piest je umiestnená záťaž, ktorá spolu s piestom vyvíja konštantný tlak P na kvapalinu Tento stav zodpovedá bodu 0. Začnime dodávať teplo do tohto valca.

Ryža. 28. Graf zmien merného objemu zmesi para-kvapalina pri tlaku nasýtenia P s.

1. Proces ohrevu kvapaliny. V tomto procese, ktorý sa uskutočňuje pri konštantnom tlaku v dôsledku tepla odovzdaného kvapaline, sa zahrieva z 0 ° C na teplotu varu t s. Pretože voda má relatívne malý koeficient tepelnej rozťažnosti, potom sa špecifický objem kvapaliny mierne zmení a zvýši sa z v 0 na v¢. Tento stav zodpovedá bodu 1 a procesu - segmentu 0-1.

2. Proces odparovania . Pri ďalšom prísune tepla bude voda vrieť a prechádzať do plynného skupenstva, t.j. vodná para Tento proces zodpovedá segmentu 1-2 a zvýšeniu špecifického objemu z v¢ na v¢¢. Proces odparovania prebieha nielen pri konštantnom tlaku, ale aj pri konštantnej teplote rovnajúcej sa bodu varu. V tomto prípade bude voda vo valci už v dvoch fázach: para a kvapalina. Voda je prítomná vo forme kvapaliny koncentrovanej na dne valca a vo forme drobných kvapôčok, rovnomerne rozložených po celom objeme.

Proces odparovania je sprevádzaný opačným procesom nazývaným kondenzácia. Ak sa rýchlosť kondenzácie rovná rýchlosti vyparovania, potom v systéme nastane dynamická rovnováha. Para v tomto stave má maximálnu hustotu a nazýva sa nasýtená. Preto pod bohatý rozumej paru, ktorá je v rovnováhe s kvapalinou, z ktorej vzniká. Hlavnou vlastnosťou tejto pary je, že má teplotu, ktorá je funkciou jej tlaku, ktorý je rovnaký ako tlak média, v ktorom dochádza k varu. Preto sa bod varu nazýva inak teplota nasýtenia a označuje sa t n. Tlak zodpovedajúci t n sa nazýva saturačný tlak (označuje sa p n alebo len p. Para sa vytvára, kým sa neodparí posledná kvapka kvapaliny. Tento moment bude zodpovedať stavu suché nasýtený (alebo jednoducho suché) pár. Para vznikajúca pri neúplnom odparení kvapaliny sa nazýva vlhká nasýtená para alebo jednoducho mokré. Je to zmes suchej pary s kvapôčkami kvapaliny, ktoré sú rovnomerne rozmiestnené po celej jej hmote a v nej suspendované. Hmotnostný podiel suchej pary v mokrej pare sa nazýva stupeň suchosti alebo hmotnostný obsah pary a označuje sa X. Hmotnostný zlomok kvapaliny vo vlhkej pare sa nazýva stupeň vlhkosti a označuje sa u. To je zrejmé pri= 1 - X. Stupeň suchosti a stupeň vlhkosti sú vyjadrené buď v zlomkoch jednotky alebo v %: napríklad ak x = 0,95 a y = 1 - x = 0,05, to znamená, že zmes obsahuje 95 % suchej pary a 5 % vriacej kvapaliny.

3. Prehrievanie pary. S ďalším prívodom tepla sa teplota pary zvýši (špecifický objem sa primerane zvýši z v¢¢ na v¢¢¢). Tento stav zodpovedá segmentu 2-3 . Ak je teplota pary vyššia ako teplota nasýtenej pary rovnakého tlaku, potom sa takáto para nazýva prehriaty. Rozdiel medzi teplotou prehriatej pary a teplotou nasýtenej pary rovnakého tlaku sa nazýva stupeň prehriatia A.

Keďže špecifický objem prehriatej pary je väčší ako špecifický objem nasýtenej pary (keďže s = const, t per > t n), potom je hustota prehriatej pary menšia ako hustota nasýtenej pary. Preto je prehriata para nenasýtená. Z hľadiska fyzikálnych vlastností sa prehriata para približuje plynom a tým väčší je stupeň prehriatia.

Zo skúseností boli polohy bodov 0 - 2 zistené pri iných, vyšších saturačných tlakoch. Spojením zodpovedajúcich bodov pri rôznych tlakoch získame diagram stavu vodnej pary.

Ryža. 29. pv – diagram stavu vodnej pary.

Z analýzy diagramu je zrejmé, že so zvyšovaním tlaku klesá špecifický objem kvapaliny. V diagrame tento pokles objemu s rastúcim tlakom zodpovedá čiare SD. Teplota nasýtenia, a teda aj špecifický objem, sa zvyšuje, ako ukazuje čiara AK. Voda sa tiež rýchlejšie odparuje, čo je dobre viditeľné z línie VC. So zvyšujúcim sa tlakom sa rozdiel medzi v¢ a v¢¢ zmenšuje a čiary AK a BK sa postupne približujú k sebe. Pri určitom tlaku, celkom špecifickom pre každú látku, sa tieto čiary zbiehajú v jednom bode K, ktorý sa nazýva kritický bod. Bod K, ktorý súčasne patrí k čiare kvapaliny pri bode varu AK a čiare suchej nasýtenej pary BK, zodpovedá určitému hraničnému kritickému stavu látky, pri ktorom nie je rozdiel medzi parou a kvapalinou. Stavové parametre sa nazývajú kritické a označujú sa Tk, Pk, vk Pre vodu majú kritické parametre tieto hodnoty: Tk = 647,266 K, Pk = 22,1145 MPa, vk = 0,003147 m 3 /kg.

Stav, v ktorom môžu byť všetky tri fázy vody v rovnováhe, sa nazýva trojitý bod vody. Pre vodu: To = 273,16 K, Po = 0,611 kPa, vo = 0,001 m3/kg. V termodynamike sa predpokladá, že špecifická entalpia, entropia a vnútorná energia v trojnom bode sú nulové, t.j. io = 0, s0 = 0, uo = 0.

Poďme určiť hlavné parametre vodnej pary

1. Kvapalinový ohrev

Množstvo tepla potrebné na zahriatie 1 kg kvapaliny z 0 °C na bod varu sa nazýva špecifické teplo kvapaliny . Teplo tekutiny je funkciou tlaku, pričom má maximálnu hodnotu pri kritickom tlaku.

Jeho hodnota je určená:

q = с р (t s -t 0),

kde c p je priemerná hmotnostná izobarická tepelná kapacita vody v teplotnom rozsahu od t 0 = 0 °C do t s, prevzatá z referenčných údajov

tie. q = с р t s

Špecifické teplo sa meria v J/kg

Množstvo q je vyjadrené ako

kde i¢ je entalpia vody pri bode varu;

i je entalpia vody pri 0 °C.

Podľa prvého zákona termodynamiky

i = u 0 + P s v 0 ,

kde u 0 je vnútorná energia pri 0 °C.

i¢ = q + u 0 + P s v 0

Podmienečne predpokladajme, ako v prípade ideálnych plynov, že u 0 = 0. Potom

i¢ = q + P s v 0

Tento vzorec vám umožňuje vypočítať hodnotu i¢ pomocou hodnôt P s, v 0 a q zistených zo skúseností.

Pri nízkych tlakoch Р s, keď je pre vodu hodnota Р s v 0 malá v porovnaní s teplom kvapaliny, možno približne predpokladať

Teplo kvapaliny sa zvyšuje so zvyšujúcim sa saturačným tlakom a dosahuje svoju maximálnu hodnotu v kritickom bode. Vzhľadom na to, že i=u+ Pv (1), môžeme pre vnútornú energiu vody pri bode varu napísať nasledujúci výraz:

u¢ = i¢ + P s v¢

Zmena entropie pri zahrievaní kvapaliny

Za predpokladu, že entropia vody je 0

Tento vzorec vám umožňuje vypočítať entalpiu kvapaliny pri jej bode varu.

2. Odparovanie

Množstvo tepla potrebné na prenos 1 kg kvapaliny zohriatej na bod varu do suchej nasýtenej pary v izobarickom procese sa nazýva špecifické teplo vyparovania (r) .

Výparné teplo sa určuje:

i¢¢ = r + i¢ na základe tepla vyparovania a entalpie vody pri bode varu i¢ zistené zo skúseností. Berúc do úvahy (1), môžeme napísať:

r = (u¢¢-u¢)+P s (v¢¢-v¢),

kde u¢ a u¢¢ sú vnútorná energia vody pri bode varu a suchej nasýtenej pary. Táto rovnica ukazuje, že výparné teplo má dve časti. Jedna časť (u¢¢-u¢) sa vynakladá na zvýšenie vnútornej energie pary vytvorenej z vody. Nazýva sa vnútorné teplo vyparovania a označuje sa písmenom r. Druhá časť P s (v¢¢-v¢) sa vynakladá na vonkajšiu prácu vykonávanú parou v izobarickom procese vriacej vody a nazýva sa vonkajšie teplo vyparovania (y).

Výparné teplo klesá so zvyšujúcim sa saturačným tlakom a v kritickom bode je rovné nule. Teplo kvapaliny a teplo vyparovania tvoria celkové teplo suchej nasýtenej pary l¢¢.

Vnútorná energia suchej nasýtenej pary u¢¢ sa rovná

u¢¢=i¢¢-P s v¢¢

Zmena entropie pary počas procesu odparovania je určená výrazom

Tento výraz nám umožňuje určiť entropiu suchej nasýtenej pary s¢¢.

Vlhká nasýtená para medzi hraničnými hodnotami špecifických objemov v¢ a v¢¢ pozostáva zo suchej nasýtenej pary a vody. Množstvo suchej nasýtenej pary v 1 kg mokrej nasýtenej pary je tzv stupeň suchosti , alebo obsah pary . Toto množstvo sa nazýva písmeno X. Rozsah (1-x) volal stupeň vlhkosti pary .

Ak vezmeme do úvahy stupeň suchosti, potom merný objem mokrej nasýtenej pary v x

v x = v¢¢x + v¢(1-x)

Výparné teplo r x, entalpia i x, plné teplo l x, vnútorná energia u x a entropiu s x pre mokrú nasýtenú paru má tieto 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 prehrievania parou

Suchá nasýtená para sa prehrieva pri konštantnom tlaku od bodu varu ts na nastavenú teplotu t; v tomto prípade sa špecifický objem pary zvyšuje z v¢ predtým v. Množstvo tepla, ktoré je vynaložené na prehriatie 1 kg suchej nasýtenej pary z bodu varu na danú teplotu, sa nazýva prehrievacie teplo. Teplotu prehriatia možno určiť:

kde c p je priemerná hmotnostná tepelná kapacita pary v teplotnom rozsahu t s – t (stanovená z referenčných údajov).

Pre hodnotu q p môžeme písať

q p = i – i¢ ,

kde I je entalpia prehriatej pary.

Zvyčajne sa nazýva prechodný stav látky medzi stavom skutočného plynu a kvapaliny parný alebo jednoducho trajekt. Premena kvapaliny na paru je fázový prechod z jedného stavu agregácie do druhého. Počas fázového prechodu sa pozoruje náhla zmena fyzikálnych vlastností látky.

Príkladmi takýchto fázových prechodov sú proces vriaci tekutina so vzhľadom vlhká nasýtená para a jej následný prechod do bez vlhkosti suchá nasýtená para alebo proces spätného varu kondenzácia nasýtená para.

Jednou z hlavných vlastností suchej nasýtenej pary je, že ďalší prívod tepla k nej vedie k zvýšeniu teploty pary, t.j. jej prechodu do stavu prehriatej pary a odvod tepla k prechodu do stavu vlhkej pary. nasýtená para. IN

Fázové stavy vody

Obrázok 1. Fázový diagram pre vodnú paru v T, s súradniciach.

regiónja– plynné skupenstvo (prehriata para s vlastnosťami skutočného plynu);

regiónII– rovnovážny stav vody a nasýtenej vodnej pary (dvojfázový stav). Oblasť II sa tiež nazýva oblasť odparovania;

regiónIII– kvapalné skupenstvo (voda). Oblasť III je ohraničená izotermou EK;

regiónIV– rovnovážny stav tuhej a kvapalnej fázy;

regiónV- pevné skupenstvo;

Oblasti III, II a I sú oddelené hraničné čiary AK (ľavá čiara) a KD (pravá čiara). Spoločný bod K pre hraničné čiary AK a KD má špeciálne vlastnosti a je tzv kritický bod. Tento bod má parametre pcr, vcr A T cr, v ktorej sa vriaca voda mení na prehriatu paru, pričom obchádza dvojfázovú oblasť. V dôsledku toho voda nemôže existovať pri teplotách nad Tcr.

Kritický bod K má tieto parametre:

pcr= 22,136 MPa; vcr= 0,00326 m3/kg; tcr= 374,15 °C.

hodnoty p, t, v A s pre obe hraničné čiary sú uvedené v špeciálnych tabuľkách termodynamických vlastností vodnej pary.

Proces získavania vodnej pary z vody

Obrázky 2 a 3 znázorňujú procesy ohrevu vody do varu, tvorby pary a prehrievania pary v p, v- A Spoločnosť T, s- diagramy.

Počiatočný stav kvapalnej vody pod tlakom p 0 a majúci teplotu 0 °C, je znázornená v diagramoch p, v A Spoločnosť T, s bodka A. Pri dodávaní tepla pri p= const jeho teplota sa zvyšuje a špecifický objem sa zvyšuje. V určitom bode teplota vody dosiahne bod varu. V tomto prípade je jeho stav označený bodkou b. S ďalším prísunom tepla začína vaporizácia so silným nárastom objemu. V tomto prípade vzniká dvojfázové médium – zmes vody a pary, tzv vlhká nasýtená para. Teplota zmesi sa nemení, pretože teplo sa spotrebuje na odparovanie kvapalnej fázy. Proces odparovania v tomto štádiu je izobaricko-izotermický a je znázornený na diagrame ako rez bc. Potom sa v určitom okamihu všetka voda zmení na paru, tzv suchý nasýtený. Tento stav je na diagrame označený bodkou c.

Obrázok 2. P, v diagram pre vodu a vodnú paru.

Obrázok 3. Diagram T, s pre vodu a vodnú paru.

Pri ďalšom dodávke tepla sa teplota pary zvýši a dôjde k procesu prehrievania pary c - d. Bodka d indikuje stav prehriatej pary. Bodová vzdialenosť d z bodu s závisí od teploty prehriatej pary.

Indexácia na označenie množstiev týkajúcich sa rôznych stavov vody a pary:

• hodnota s indexom „0“ sa vzťahuje na počiatočný stav vody;
• hodnota s indexom „′“ sa vzťahuje na vodu zohriatu na teplotu varu (nasýtenie);
• hodnota s indexom „″“ sa vzťahuje na suchú nasýtenú paru;
• množstvo s indexom " X» označuje mokrú nasýtenú paru;
• hodnota bez indexu sa vzťahuje na prehriatu paru.

Proces odparovania pri vyššom tlaku p 1 > p 0 možno poznamenať, že bod a, zobrazujúci počiatočný stav vody pri teplote 0 °C a novom tlaku, zostáva prakticky na rovnakej vertikále, keďže špecifický objem vody je takmer nezávislý od tlaku.

Bodka b′(stav vody pri teplote nasýtenia) sa posúva doprava o p, v-diagram a stúpa až do T,s- diagram. So zvyšujúcim sa tlakom sa totiž zvyšuje teplota nasýtenia a tým aj špecifický objem vody.

Bodka c'(stav suchej nasýtenej pary) sa posúva doľava, pretože so zvyšujúcim sa tlakom merný objem pary aj napriek zvýšeniu teploty klesá.

Spojenie mnohých bodov b A c pri rôznych tlakoch dáva dolné a horné hraničné krivky ak A kc. Od p, v- diagram ukazuje, že so zvyšujúcim sa tlakom je rozdiel v špecifických objemoch v″ A v′ klesá a pri určitom tlaku sa rovná nule. V tomto bode, ktorý sa nazýva kritický, sa hraničné krivky zbiehajú ak A kc. Stav zodpovedajúci bodu k, volal kritický. Vyznačuje sa tým, že v ňom para a voda majú rovnaké špecifické objemy a navzájom sa nelíšia vlastnosťami. Oblasť ležiaca v krivočiarom trojuholníku bkc(V p, v-diagram), zodpovedá vlhkej nasýtenej pare.

Stav prehriatej pary predstavujú body ležiace nad hornou hraničnou krivkou kc.

Zapnuté Spoločnosť T, s- oblasť diagramu 0 abs′ zodpovedá množstvu tepla potrebného na zahriatie kvapalnej vody na teplotu nasýtenia.

Množstvo dodaného tepla, J/kg, sa rovná teplu vyparovania r, vyjadrené plochou s′bcs, a pre to platí nasledujúci vzťah:

r = T(s″ — s′).

Množstvo tepla dodaného v procese prehrievania vodnej pary predstavuje plocha s″CD.

Zapnuté Spoločnosť T, s Diagram ukazuje, že so zvyšujúcim sa tlakom sa výparné teplo znižuje a v kritickom bode sa rovná nule.

Zvyčajne Spoločnosť T, s-diagram sa používa v teoretických štúdiách, pretože jeho praktické využitie je značne sťažené tým, že množstvá tepla sú vyjadrené plochami krivočiarych útvarov.

Na základe materiálov z mojich poznámok z termodynamiky a učebnice „Základy energie“. Autor G. F. Bystritsky. 2. vydanie, rev. a dodatočné - M.: KNORUS, 2011. - 352 s.

Keď počujem slovo „para“, spomeniem si na časy, keď som bol ešte na základnej škole. Potom, keď sa rodičia vrátili zo školy, začali pripravovať obed a na plynový sporák položili panvicu s vodou. A po desiatich minútach sa v kastróliku začali objavovať prvé bublinky. Tento proces ma vždy fascinoval, zdalo sa mi, že by som sa naň mohol pozerať navždy. A potom, nejaký čas po objavení sa bublín, začala tiecť samotná para. Jedného dňa som sa opýtal mamy: "Odkiaľ pochádzajú tieto biele oblaky?" (tak som ich zvykol nazývať). Na čo mi odpovedala: "Toto všetko sa deje kvôli zahrievaniu vody." Hoci odpoveď neposkytla úplný obraz o procese tvorby pary, na hodinách fyziky v škole som sa o pare naučil všetko, čo som chcel. Takže...

Čo je vodná para?

Z vedeckého hľadiska je vodná para jednoducho jeden z troch fyzikálnych stavov samotnej vody. Je známe, že sa vyskytuje pri zahrievaní vody. Rovnako ako ona, para nemá žiadnu farbu, žiadnu chuť, žiadnu vôňu. Nie každý však vie, že oblaky pary majú svoj vlastný tlak, ktorý závisí od jej objemu. A vyjadruje sa v pascalov(na počesť slávneho vedca).

Vodná para nás obklopuje nielen vtedy, keď niečo varíme v kuchyni. Je neustále obsiahnutý v pouličnom vzduchu a atmosfére. A jeho obsahové percento je tzv „absolútna vlhkosť“.

Fakty o vodnej pare a jej vlastnostiach

Takže niekoľko zaujímavých bodov:

• čím vyššia je teplota ktorý pôsobí na vodu, čím rýchlejšie prebieha proces odparovania;
• okrem toho rýchlosť odparovania sa zvyšuje s veľkosťou plochy povrch, na ktorom sa táto voda nachádza. Inými slovami, ak začneme ohrievať malú vrstvu vody na širokom kovovom pohári, potom dôjde k odparovaniu veľmi rýchlo;
• Život rastlín vyžaduje nielen tekutú vodu, ale aj plynnú vodu.. Túto skutočnosť možno vysvetliť skutočnosťou, že odparovanie neustále prúdi z listov akejkoľvek rastliny a ochladzuje ju. Skúste sa v horúcom dni dotknúť listu stromu a všimnete si, že je v pohode;
• to isté platí aj o ľuďoch, u nás funguje rovnaký systém ako u rastlín vyššie. Výpary ochladzujú našu pokožku v horúcom dni.. Prekvapivé je, že aj pri miernej záťaži naše telo opustí približne dva litre tekutín za hodinu. Čo môžeme povedať o zvýšenom strese a horúcich letných dňoch?

Takto môžeme opísať podstatu pary a jej úlohu v našom svete. Dúfam, že ste objavili veľa zaujímavých vecí!

VODNÁ PARA. Para je plynné teleso získané z kvapaliny pri vhodnej teplote a tlaku. Môžu byť všetky plyny premenený na kvapalné skupenstvo, a preto je ťažké určiť hranicu medzi plynmi a parami. V technológii sa para považuje za plynné teleso, ktorého stav nie je ďaleko od premeny na kvapalinu. Keďže existujú značné rozdiely vo vlastnostiach plynov a pár, tento rozdiel v pojmoch je celkom vhodný. Vodná para je najdôležitejšia z pár používaných v technológii. Používajú sa ako pracovná kvapalina v parných strojoch (parné stroje a parné turbíny) a na vykurovacie a vykurovacie účely. Vlastnosti pary sú mimoriadne rozdielne v závislosti od toho, či je para v zmesi s kvapalinou, z ktorej sa získava, alebo či je z nej oddelená. V prvom prípade sa para nazýva nasýtená, v druhom prípade - prehriata. V technike sa spočiatku používala takmer výlučne nasýtená para, v súčasnosti sa najviac používa prehriata para v parných strojoch, ktorých vlastnosti sú preto starostlivo študované.

I. Nasýtená para. Proces odparovania je lepšie pochopiteľný pomocou grafických obrázkov, napríklad diagramu v súradniciach p, v (špecifický tlak v kg/cm2 a špecifický objem v m3/kg). Na obr. 1 schematický diagram procesu odparovania pre 1 kg vody. Bod a 2 znázorňuje stav 1 kg vody pri 0° a tlaku p 2 a súradnica tohto bodu znázorňuje objem tohto množstva, ordináta - tlak, pod ktorým sa voda nachádza.

Krivka a 2 aa 1 znázorňuje zmenu objemu 1 kg vody so zvyšujúcim sa tlakom. Tlaky v bodoch a 2, a, a 1 sa rovnajú p 2, p, p 1 kg 1 cm 2. V skutočnosti je táto zmena extrémne malá a v technických záležitostiach môže byť špecifický objem vody považovaný za nezávislý od tlaku (to znamená, že čiaru a 2 aa 1 možno považovať za priamku rovnobežnú s osou y). Ak ohrievate odobraté množstvo vody, pričom tlak udržujete konštantný, teplota vody stúpa a pri určitej hodnote sa voda začne odparovať. Pri ohrievaní vody sa jej špecifický objem teoreticky mierne zväčšuje (aspoň od 4°, t.j. od teploty najvyššej hustoty vody). Preto body, v ktorých začína odparovanie pri rôznych tlakoch (p 2, p, p 1), budú ležať na nejakej inej krivke b 2 bb 1. V skutočnosti je tento nárast objemu vody so zvyšujúcou sa teplotou nevýznamný, a preto pri nízkych tlakoch a teplotách môže byť špecifický objem vody braný ako konštantná hodnota. Špecifické objemy vody v bodoch b 2, b, b 1 sú označené v" 2, v", v" 1; krivka b 2 bb 1 sa nazýva dolná medzná krivka. Určuje sa teplota, pri ktorej začína odparovanie. tlakom, pod ktorým sa zohriata voda počas celej doby vyparovania nemení, ak tlak zostáva konštantný Z toho vyplýva, že teplota nasýtenej pary je funkciou iba tlaku p proces, napríklad bcd, vidíme, že objem zmesi pary a kvapaliny sa počas procesu odparovania zväčšuje so zvyšovaním množstva odparenej vody V určitom bode d zmizne všetka voda a získa sa čistá para pre rôzne tlaky tvoria určitú krivku d 1 dd 2, ktorá je tzv. krivka hornej hranice, alebo krivka suchej nasýtenej pary; para v tomto stave (keď sa práve skončilo odparovanie vody) sa nazýva suchá nasýtená para. Ak budete pokračovať v ohrievaní po bode d (smerom k bodu e), pričom tlak necháte konštantný, teplota pary sa začne zvyšovať. V tomto stave sa para nazýva prehriata. Takto sa získajú tri oblasti: napravo od čiary d 1 dd 2 - oblasť prehriatej pary, medzi čiarami b 1 bb 2 a d 1 dd 2 - oblasť nasýtenej pary a naľavo od čiary b 1 bb 2 - oblasť tekutej vody. V určitom strednom bode c je zmes pary a vody.

Na charakterizáciu stavu tejto zmesi sa používa množstvo x pary v nej obsiahnutej; pri zmesi s hmotnosťou 1 kg (rovná sa hmotnosti odobratej vody) sa táto hodnota x nazýva podiel pary v zmesi, alebo obsah pár v zmesi; množstvo vody v zmesi bude (1-x) kg. Ak v" m 3 / kg je špecifický objem suchej nasýtenej pary pri teplote t a tlaku p kg/cm 2 a objem vody za rovnakých podmienok v", potom objem zmesi v možno nájsť pomocou vzorec:

Objemy v" a v", a teda ich rozdiel v"-v" sú funkciami tlaku p (alebo teploty t). Tvar funkcie, ktorá určuje závislosť p od t pre vodnú paru, je veľmi zložitý; Pre túto závislosť existuje mnoho empirických vyjadrení, ktoré sú však všetky vhodné len pre určité obmedzené intervaly nezávislej premennej t. Regnault pre teploty od 20 do 230 °C dáva vzorec:

V súčasnosti sa často používa vzorec Dupre-Hertz:

kde k, m a n sú konštanty.

Schüle dáva tento vzorec takto:

a pre teplotu:

a) medzi 20 a 100°

(p - v kg / cm 2, T - absolútna teplota pary);

b) medzi 100 a 200°

c) medzi 200 a 350°

Charakter krivky tlaku pary v závislosti od teploty je viditeľný na obr. 2.

V praxi priamo používajú tabuľky, ktoré udávajú vzťah medzi p a t. Tieto tabuľky sú zostavené na základe presných experimentov. Na nájdenie konkrétnych objemov suchej nasýtenej pary existuje teoreticky odvodený Clapeyron-Clausiusov vzorec. Môžete tiež použiť Mollierov empirický vzorec:

Množstvo tepla q potrebné na zohriatie 1 kg vody z 0 na t° (začiatok vyparovania) sa vyjadruje takto:

kde c je tepelná kapacita vody, ktorá sa v širokom rozsahu len málo líši od jednoty; Preto používame približný vzorec:

Regnault bol však už presvedčený o značnom zvýšení c pri vysokých teplotách a dal výraz pre q:

V modernej dobe sa pre s (Diterichiho vzorec) uvádzajú tieto údaje:

Pre priemernú tepelnú kapacitu s m v rozsahu od 0 do t° platí výraz:

Experimentálne údaje Nemeckého inštitútu fyziky a technológie sa trochu odchyľujú od tohto vzorca, ktorého pozorovania dávajú nasledujúce hodnoty c:

Na premenu vody ohriatej na teplotu na paru je ešte potrebné vynaložiť určité množstvo tepla r, ktoré je tzv latentné teplo vyparovania.

V súčasnosti sa tento výdaj tepla delí na 2 časti: 1) teplo Ψ, ktoré ide na vonkajšiu prácu zväčšujúceho sa objemu, keď sa voda mení na paru (vonkajšie latentné teplo vyparovania), a 2) teplo ϱ, ktoré ide na vnútornú prácu. oddeľovania molekúl, ku ktorému dochádza pri vyparovaní vody (vnútorné latentné teplo vyparovania). Vonkajšie latentné teplo vyparovania

kde A = 1/427 je tepelný ekvivalent mechanickej práce.

Teda

Pre r je uvedený nasledujúci vzorec (na základe experimentov na Nemeckom inštitúte fyziky a technológie):

Celkové výparné teplo λ, t. j. množstvo tepla potrebné na premenu vody odobratej pri 0° na paru pri teplote t, sa samozrejme rovná q + r. Regnault dal pre λ nasledujúci vzorec:

tento vzorec poskytuje výsledky blízke najnovším experimentálnym údajom. Shule dáva:

Vnútorná energia Predpokladá sa, že u vody pri 0° je nula. Na zistenie jej prírastku pri ohreve vody je potrebné zistiť charakter zmeny merného objemu vody pri zmenách tlaku a teploty, t.j. typ kriviek a 2 aa 1 a b 2 bb 1 (obr. 1). Najjednoduchším predpokladom by bolo brať tieto čiary ako priame čiary a navyše sa navzájom zhodovať, t. j. brať špecifický objem vody v" ako konštantnú hodnotu, ktorá nezávisí od tlaku ani teploty (v" = 0,001 m3/kg). Za tohto predpokladu všetko teplo použité na ohrev kvapaliny, t.j. q, ide na zvýšenie vnútornej energie (keďže pri tomto ohreve sa nevykonáva žiadna vonkajšia práca). Tento predpoklad však platí len pre relatívne nízke tlaky (Zeinerove tabuľky sú uvedené do tlakov 20 kg/cm2). Moderné tabuľky (Mollier et al.), dosahujúce kritický tlak (225 kg/cm2) a teplotu (374°), samozrejme nemôžu ignorovať zmeny objemu vody (špecifický objem vody pri kritickom tlaku a kritickej teplote je 0,0031 m 2 /kg, t.j. viac ako trikrát viac ako pri 0°). Ale Stodola a Knoblauch ukázali, že vyššie uvedený Ditericiho ​​vzorec pre hodnotu q udáva presne hodnotu zmeny vnútornej energie (a nie hodnotu q); rozdiel medzi týmito hodnotami až do tlaku 80 kg/cm2 je však nepatrný. Preto predpokladáme, že pre vodu sa vnútorná energia rovná teplu kvapaliny: u" = q. Počas doby vyparovania sa vnútorná energia zvyšuje o množstvo vnútorného latentného tepla vyparovania ϱ, t.j. suchej nasýtenej pary bude: (obr. 3).

Pre zmes s podielom pary x získame nasledujúci výraz:

Závislosť výparného tepla a tlaku od teploty je graficky znázornená na obr. 3.

Mollier zaviedol do technickej termodynamiky termodynamickú funkciu i, definovanú rovnicou a tzv tepelný obsah. Pre zmes s podielom pary x to dáva:

alebo po obsadení:

pre vodu (x = 0) to vyjde:

pre suchú nasýtenú paru:

Hodnota produktu APv" je veľmi malá aj v porovnaní s hodnotou q (a ešte viac v porovnaní s hodnotou q + r = λ); preto môžeme akceptovať

V Mollierových tabuľkách teda nie sú uvedené hodnoty q a λ, ale hodnoty i" a i" ako funkcia p alebo t°. Entropia nasýtenej pary sa zistí jej diferenciálnym vyjadrením dQ pre všetky telesá má tvar:

Pre nasýtenú vodnú paru

Prvý člen predstavuje zvýšenie entropie vody pri jej zahrievaní, druhý člen predstavuje zvýšenie entropie zmesi pri vyparovaní. Veriaci

dostaneme alebo integráciou:

Všimnite si, že pri výpočte s" sa zvyčajne zanedbáva aj zmena špecifického objemu v" a predpokladá sa, že na riešenie všetkých otázok týkajúcich sa nasýtených pár sa používajú tabuľky. V minulosti sa stoly Zeiner používali v technike, ale dnes sú už zastarané; môžete použiť stoly Schüle, Knoblauch alebo Mollier.

Vo všetkých týchto tabuľkách sú tlaky a teploty uvedené do kritického stavu. V tabuľkách sú uvedené tieto údaje: teplota a tlak nasýtenej pary, merný objem vody a pary a merná hmotnosť pary, entropia kvapaliny a pary, tepelný obsah vody a pary, celkové latentné teplo vyparovania, vnútorná energia, vnútorná a vonkajšie latentné teplo. Pre niektoré problémy (týkajúce sa napríklad kondenzátorov) sú zostavené špeciálne tabuľky s malými tlakovými alebo teplotnými intervalmi.

Zo všetkých zmien pary je zaujímavá najmä adiabatická zmena; to by mohlo. študoval bod po bode. Nech je daný východiskový bod 1 adiabatického (obr. 4), určený tlakom p 1 a podielom pary x 1; je potrebné určiť stav pary v bode 2, ležiacej na adiabatickej dráhe prechádzajúcej bodom 1 a určenej tlakom p 2. Na nájdenie x2 je vyjadrená podmienka rovnosti entropií v bodoch 1 a 2:

V tejto rovnici sú z daných tlakov p 1 a p 2 zistené veličiny s" 1, r 1 /T 1, s" 2 a r 2 /T 2, je daný podiel pary x 1 a len x 2 je neznámy. Špecifický objem v -2 v bode 2 je určený vzorcom:

Z tabuliek sú zistené veličiny v"" 2 a v" 2. Vonkajšia práca uvažovanej adiabatickej zmeny sa zistí z rozdielu vnútorných energií na začiatku a na konci zmeny:

Na zjednodušenie výpočtov sa pri štúdiu adiabatickej zmeny často používa empirická Zeinerova rovnica, ktorá vyjadruje adiabatiku ako polytrop:

Exponent μ sa vyjadruje prostredníctvom počiatočného podielu pary x 1 takto:

Tento vzorec je použiteľný v rozsahu od x 1 = 0,7 do x 1 = 1. Adiabatická expanzia s počiatočným vysokým podielom pary nad 0,5 je sprevádzaná premenou časti pary na vodu (pokles x); pri počiatočných podieloch pary menších ako 0,5 je adiabatická expanzia sprevádzaná naopak odparovaním časti vody. Vzorce pre ďalšie prípady zmien nasýtenej pary sa nachádzajú vo všetkých učebniciach technickej termodynamiky.

II. Prehriata para. Pozornosť na prehriatu paru prilákala už v 60. rokoch minulého storočia ako výsledok Girnových experimentov, ktoré ukázali významné výhody pri použití prehriatej pary v parných strojoch. Prehriata para sa však obzvlášť rozšírila po tom, čo V. Schmit vytvoril špeciálne konštrukcie prehrievačov špeciálne na výrobu vysoko prehriatej pary (300-350°). Tieto prehrievače našli široké uplatnenie najskôr (1894-95) v stacionárnych parných strojoch, potom v motoroch lokomotív a v 20. storočí v parných turbínach. V súčasnosti sa takmer žiadna inštalácia nezaobíde bez použitia prehriatej pary a prehriatie je privedené na 400-420°. Aby sa umožnilo racionálne využitie takého vysokého prehriatia, boli dôkladne študované samotné vlastnosti prehriatej pary. Pôvodnú teóriu o prehriatej pare podal Zeiner; spoliehala sa na niekoľko Regnaultových experimentov. Jeho hlavné ustanovenia: 1) špeciálny typ stavovej rovnice, ktorý sa líši od rovnice pre ideálne plyny dodatočným členom, ktorý je len funkciou tlaku; 2) prijatie konštantnej hodnoty tepelnej kapacity c p pri konštantnom tlaku: c p = 0,48. Oba tieto predpoklady sa nepotvrdili v experimentoch o vlastnostiach prehriatej pary uskutočnených v širšom rozsahu. Mimoriadne dôležité boli rozsiahle experimenty mníchovského laboratória technickej fyziky, ktoré sa začali okolo roku 1900 a trvajú dodnes. V rokoch 1900-1903 bola uvedená nová teória prehriatej pary. Callender v Anglicku a Mollier v Nemecku, ale nebolo to konečné, pretože výraz pre tepelnú kapacitu pri konštantnom tlaku získaný z tejto teórie nie je úplne v súlade s najnovšími experimentálnymi údajmi. Preto sa objavilo množstvo nových pokusov skonštruovať stavovú rovnicu pre prehriatu paru, ktorá by bola viac v súlade s experimentálnymi výsledkami.

Z týchto pokusov sa preslávila Eichelbergova rovnica. Tieto pokusy našli svoje konečné zavŕšenie v novej teórii Molliera (1925-1927), ktorá viedla k zostaveniu jeho posledných tabuliek. Mollier používa veľmi konzistentný notačný systém, ktorý sme čiastočne použili vyššie. Mollierove označenia: P - tlak v kg/m 2 abs., p - tlak v kg/cm 2 abs., v - špecifický objem v m 3 /kg, γ = 1/v špecifická hmotnosť v kg/m 3, t - teplota od 0°, T = t° + 273° - absolútna teplota, A = 1/427 - tepelný ekvivalent mechanickej práce, R = 47,1 - plynová konštanta (pre vodnú paru), s - entropia, i - obsah tepla v Cal /kg, u = i–APv - vnútorná energia v Cal/kg, ϕ = s – i/T, c p - tepelná kapacita pri konštantnom tlaku, c ii p = 0,47 – hraničná hodnota c p pri p = 0.

Ikony " a " sa vzťahujú na samotnú vodu a suchú nasýtenú paru. Z Mollierovej rovnice

Pomocou vzorcov vyplývajúcich z I a II termodynamických zákonov sa získajú všetky najdôležitejšie veličiny charakterizujúce prehriatu paru, t.j. s, i, u a c p. Mollier zavádza nasledujúce pomocné funkcie teploty:

Pomocou týchto funkcií sa získajú nasledujúce výrazy:

Vzorce na zistenie špecifického objemu a iných veličín pre prehriatu paru sú pomerne zložité a nepohodlné pre výpočty. Preto najnovšie Mollierove tabuľky obsahujú vypočítané hodnoty najdôležitejších veličín charakterizujúcich prehriatu paru ako funkciu tlaku a teploty. Pomocou Mollierových tabuliek sú všetky problémy týkajúce sa prehriatej pary vyriešené celkom jednoducho a dostatočne presne. Treba tiež poznamenať, že pre adiabatickú zmenu prehriatej pary v určitých medziach (do 20-25 kg/cm 3) si polytropická rovnica zachováva svoju hodnotu: pv 1,3 = Konšt. Nakoniec môže byť veľa otázok týkajúcich sa prehriatej pary riešené pomocou grafických techník, najmä IS Mollierov diagram. Tento diagram ukazuje krivky konštantných tlakov, konštantných teplôt a konštantných objemov. To. z diagramu môžete priamo získať hodnoty v, s, i ako funkciu tlaku a teploty. Adiabaty sú na tomto diagrame znázornené rovnými čiarami rovnobežnými so zvislou osou. Je obzvlášť ľahké nájsť rozdiely v hodnotách obsahu tepla zodpovedajúce začiatku a koncu adiabatickej expanzie; tieto rozdiely sú potrebné na zistenie rýchlostí odtoku pary.

Téma 2. Základy tepelnej techniky.

Tepelné inžinierstvo je veda, ktorá študuje metódy získavania, premeny, prenosu a využitia tepla. Tepelná energia sa získava spaľovaním organických látok nazývaných palivo.

Základy tepelného inžinierstva sú:

1. Termodynamika je veda, ktorá študuje premenu tepelnej energie na iné druhy energie (napríklad: tepelnú energiu na mechanickú, chemickú a pod.)

2. Prenos tepla - študuje výmenu tepla medzi dvoma chladiacimi kvapalinami cez vykurovaciu plochu.

Pracovnou kvapalinou je chladivo (vodná para alebo horúca voda), ktoré je schopné prenášať teplo.

V kotolni je chladivom (pracovnou kvapalinou) horúca voda a vodná para s teplotou 150°C alebo para s teploty do 250°C. Teplá voda sa používa na vykurovanie obytných a verejných budov, je to spôsobené hygienickými a hygienickými podmienkami a možnosťou ľahko meniť svoju teplotu v závislosti od vonkajšej teploty. Voda má v porovnaní s parou značnú hustotu, čo jej umožňuje prenášať značné množstvo tepla na veľké vzdialenosti s malým objemom chladiacej kvapaliny. Voda je privádzaná do vykurovacieho systému budov s teplotou nie vyššou ako 95°C, aby nedochádzalo k spaľovaniu prachu na vykurovacích zariadeniach a popáleniu vykurovacích systémov. Para sa používa na vykurovanie priemyselných objektov a vo výrobných a technologických systémoch.

Parametre pracovnej tekutiny

Chladivo, ktoré prijíma alebo vydáva tepelnú energiu, mení svoj stav.

Napríklad: Voda v parnom kotli sa ohrieva a mení sa na paru, ktorá má určitú teplotu a tlak. Para vstupuje do ohrievača pary a vody, ochladzuje sa a mení sa na kondenzát. Teplota ohrievanej vody sa zvyšuje, teplota pary a kondenzátu klesá.

Hlavnými parametrami pracovnej tekutiny sú teplota, tlak, špecifický objem, hustota.

t, P- sa určuje prístrojmi: tlakomery, teplomery.

Špecifický objem a hustota sú vypočítané hodnoty.

1. Špecifický objem- objem, ktorý zaberá jednotka hmotnosti látky pri

0°C a atmosférický tlak 760 mmHg. (za normálnych podmienok)

kde: V- objem (m3); m je hmotnosť látky (kg); štandardný stav: P=760mm h.st. t = 20 °C

2. Hustota- pomer hmotnosti látky k jej objemu. Každá látka má svoju vlastnú hustotu:

V praxi sa používa relatívna hustota - pomer hustoty daného plynu k hustote štandardnej látky (vzduchu) za normálnych podmienok (t° = 0°C: 760 mm Hg)

Porovnaním hustoty vzduchu s hustotou metánu môžeme určiť, z ktorých miest odoberať vzorky na prítomnosť metánu.

dostaneme,

plyn je ľahší ako vzduch, čo znamená, že vypĺňa hornú časť akéhokoľvek objemu, vzorka sa odoberá z hornej časti kotla pece, studne, komory, miestnosti; V hornej časti areálu sú inštalované analyzátory plynu.

(palivový olej je ľahší, zaberá hornú časť)

Hustota oxidu uhoľnatého je takmer rovnaká ako hustota vzduchu, takže vzorka oxidu uhoľnatého sa odoberá 1,5 metra od podlahy.

3. Tlak- táto sila pôsobiaca na jednotku plochy.

Tlaková sila rovná 1 N, rovnomerne rozložené na ploche 1 m 2 sa berie ako jednotka tlaku a rovná sa 1 Pa (N/m 2) v sústave SI (teraz v školách, v knihách je všetko v Pa, nástroje sú tiež v Pa).

Hodnota Pa má malú hodnotu, napr.: ak vezmete 1 kg vody a prelejete ju cez 1 meter, dostanete 1 mm.v.st. Preto sa zavádzajú násobiče a predpony - MPa, KPa...

V technike sa používajú väčšie jednotky merania

1 kPa = 103 Pa; 1 MPa = 10 b Pa; 1 GPa = 10 9 Pa.

Nesystémové tlakové jednotky kgf/m2; kgf/cm 2 ;mm.h.st.; mm.h.st.

1 kgf/m2 = 1 mm.in st = 9,8 Pa

1 kgf/cm2 = 9.8. 10 4 Pa ​​~ 10 5 Pa = 10 4 kgf/m2

Tlak sa často meria vo fyzických a technických atmosférach.

Fyzická atmosféra- priemerný atmosférický tlak vzduchu na hladine mora na hladine mora.

1 atm = 1,01325. 105 Pa = 760 mm Hg. = 10,33 m vody. st = 1,0330 mm h. čl. = 1,033 kgf/cm2.

Technická atmosféra - tlak spôsobený silou 1 kgf je rovnomerne rozložený na povrchu, ktorý je k nemu kolmý, s plochou 1 cm2.

1 at = 735 mm Hg. čl. = 10 m.v. čl. = 10 000 mm h. čl. = = 0,1 MPa = 1 kgf/cm2

1 mm V. čl. - sila rovnajúca sa hydrostatickému tlaku vodného stĺpca s výškou 1 mm na rovnom podklade 1 mm V. st = 9,8 Pa.

1 mm. rt. st - sila rovnajúca sa hydrostatickému tlaku stĺpca ortuti s výškou 1 mm na rovnej základni. 1 mm rt. čl. = 13,6 mm. V. čl.

V technických charakteristikách čerpadiel sa namiesto tlaku používa pojem tlak. Jednotkou merania tlaku je mw. čl. Napríklad: Tlak vytvorený čerpadlom je 50 m voda čl. to znamená, že dokáže zdvihnúť vodu do výšky 50 m.

Druhy tlaku: nadbytok, vákuum (vákuum, ťah), absolútny, atmosférický .

Ak sa ihla odchyľuje v smere väčšom ako nula, ide o pretlak, ak sa odchyľuje pod nulu, ide o vákuum.

Absolútny tlak:

P abs = P ex + P atm

P abs = P vac + P atm

P abs = P atm - P rozpustený

kde: P atm = 1 kgf/cm2

Atmosférický tlak- priemerný atmosférický tlak vzduchu pri hladine mora pri t° = 0°C a normálna atmosféra R=760 mm. rt. čl.

Pretlak- tlak nad atmosférickým tlakom (v uzavretom objeme). V kotolniach je voda pod pretlakom, para v kotloch a potrubiach. R izb. merané tlakomerom.

Vákuum (Vákuum)- tlak v uzavretých objemoch je nižší ako atmosférický (vákuum). Pece a komíny kotlov sú pod vákuom. Vákuum sa meria ťahomermi.

Absolútny tlak- nadmerný tlak alebo vákuum berúc do úvahy atmosférický tlak.

Podľa zamýšľaného účelu je tlak:

1). Kanál - najvyšší tlak pri t=20 o C

2). Pracovný – maximálny pretlak v kotle, ktorý zabezpečuje dlhodobú prevádzku kotla za normálnych prevádzkových podmienok (uvedených vo výrobnom návode).

3). Povolený - maximálny prípustný tlak stanovený na základe výsledkov technickej skúšky alebo kontrolného pevnostného výpočtu.

4). Dizajn – maximálny pretlak, pri ktorom sa počíta pevnosť článkov kotla.

5). Rtest - nadmerný tlak, pri ktorom sa vykonávajú hydraulické skúšky kotlových prvkov na pevnosť a hustotu (jeden z typov technickej skúšky).

4. Teplota- toto je stupeň zahrievania tela, meraný v stupňoch. Určuje smer samovoľného prenosu tepla z viac zohriateho na menej zohriate teleso.

Prenos tepla bude prebiehať dovtedy, kým sa teploty nevyrovnajú, t.j. nenastane teplotná rovnováha.

Používajú sa dve stupnice: medzinárodná - Kelvin a praktická Celzia t ° C.

V tejto stupnici je nula bod topenia ľadu a sto stupňov je bod varu vody pri atm. tlak (760 mm rt. čl.).

Absolútna nula (najnižšia teoreticky možná teplota, pri ktorej nedochádza k pohybu molekúl) sa používa ako referenčný bod v Kelvinovej termodynamickej teplotnej škále. Určené T.

1 Kelvin sa rovná 1° Celzia

Teplota topenia ľadu je 273 K. Teplota varu vody je 373 K

T = t + 273; t = T-273

Bod varu závisí od tlaku.

Napríklad, O R ab c = 1,7 kgf/cm2. Voda vrie pri t = 115 °C.

5. Teplo - energiu, ktorú možno preniesť z viac zohriateho telesa na menej zohriate.

Jednotkou SI tepla a energie je Joule (J). Nesystémovou jednotkou merania tepla sú kalórie ( cal).

1 kal.- množstvo tepla potrebného na zahriatie 1 g H 2 O o 1 °C pri

P = 760 mm. Hg

1 kal.= 4,19 J

6. Tepelná kapacita – schopnosť tela absorbovať teplo . Na zahriatie dvoch rôznych látok s rovnakou hmotnosťou na rovnakú teplotu je potrebné vynaložiť rôzne množstvá tepla.

Merná tepelná kapacita vody je množstvo tepla, ktoré je potrebné dodať na jednotku látky, aby sa jej teplota zvýšila o 1 °C, čo sa rovná 1. kcal/kg deg.

Spôsoby prenosu tepla.

Existujú tri spôsoby prenosu tepla:

1.tepelná vodivosť;

2. žiarenie (žiarenie);

3. konvekcia.

Tepelná vodivosť-

Prenos tepla v dôsledku tepelného pohybu molekúl, atómov a voľných elektrónov.

Každá látka má svoju tepelnú vodivosť, závisí od chemického zloženia, štruktúry a vlhkosti materiálu.

Kvantitatívnou charakteristikou tepelnej vodivosti je súčiniteľ tepelnej vodivosti, čo je množstvo tepla preneseného jednotkou vykurovacej plochy za jednotku času s rozdielom t v cca C a hrúbke steny 1 meter.

Súčiniteľ tepelnej vodivosti ( ):

Meď = 330 kcal . mm 2. h . krupobitie

Liatina = 5 4 kcal . mm 2. h . krupobitie

Oceľ = 39 kcal . mm 2. h . krupobitie

Je vidieť, že kovy majú dobrú tepelnú vodivosť, najlepšia je meď.

Azbest = 0,15 kcal . mm 2. h . krupobitie

Sadze = 0,05-0, kcal . mm 2. h . krupobitie

Mierka = 0,07-2 kcal . mm 2. h . krupobitie

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

Porézne telesá (azbest, sadze, vodný kameň) vedú teplo zle.

Sadze sťažuje prenos tepla zo spalín na stenu kotla (vedie teplo 100-krát horšie ako oceľ), čo vedie k nadmernej spotrebe paliva a zníženiu produkcie pary alebo horúcej vody. Prítomnosť sadzí zvyšuje teplotu spalín. To všetko vedie k zníženiu účinnosti kotla. Keď sú kotly v prevádzke každú hodinu pomocou prístrojov (logometer) sa sleduje t uhlíkových plynov, ktorých hodnoty sú uvedené v režimová mapa kotol Ak sa teplota uhlíkových plynov zvýši, potom je vykurovacia plocha fúkaná.

Mierka tvorí sa vo vnútri rúr (vedie teplo 30-50 krát horšie ako oceľ), čím sa znižuje prenos tepla zo steny kotla do vody, v dôsledku čoho sa steny prehrievajú, deformujú a praskajú (prasknutie rúr kotla). Váha vedie teplo 30-50 krát horšie ako oceľ

Konvekcia -

Prenos tepla miešaním alebo pohybom častíc medzi sebou (typické len pre kvapaliny a plyny). Existuje prirodzená a nútená konvekcia.

Prirodzená konvekcia- voľný pohyb kvapaliny alebo plynov v dôsledku rozdielu hustôt nerovnomerne zahriatych vrstiev.

Nútená konvekcia- nútený pohyb kvapaliny alebo plynov v dôsledku tlaku alebo vákua vytvoreného čerpadlami, odsávačmi dymu a ventilátormi.

Spôsoby, ako zvýšiť prenos tepla konvekciou:

§ Zvýšenie rýchlosti prúdenia;

§ Turbulizácia (vír);

§ Zväčšenie vykurovacej plochy (v dôsledku inštalácie rebier);

§ Zvýšenie teplotného rozdielu medzi vykurovacím a ohrievaným médiom;

§ Protiprúdový pohyb médií (protiprúd).

Žiarenie (žiarenie) -

Výmena tepla medzi telesami umiestnenými vo vzájomnej vzdialenosti v dôsledku sálavej energie, ktorej nositeľmi sú elektromagnetické vibrácie: tepelná energia sa premieňa na energiu sálavú a naopak, zo sálavej na tepelnú.

Žiarenie je najefektívnejší spôsob prenosu tepla, najmä ak má skúmané teleso vysokú teplotu a lúče smerujú kolmo na vyhrievaný povrch.

Na zlepšenie prenosu tepla sálaním v kotlových peciach sú vyrobené špeciálne štrbiny zo žiaruvzdorných materiálov, ktoré zároveň pôsobia ako tepelné žiariče a stabilizátory horenia.

Vykurovacia plocha kotla je plocha, z ktorej je na jednej strane obmývaná plynmi a na druhej strane vodou.

Diskutované vyššie 3 typy výmeny tepla sa zriedka vyskytujú v čistej forme. Takmer jeden typ výmeny tepla je sprevádzaný iným. V kotli sú prítomné všetky tri typy výmeny tepla, ktorá sa nazýva komplexná výmena tepla.

V kotlovej peci:

A) z horáka na vonkajší povrch rúrok kotla - žiarenie.

B) zo vzniknutých spalín do steny – konvekciou

B) od vonkajšieho povrchu steny potrubia k vnútornému povrchu - tepelná vodivosť.

D) z vnútorného povrchu steny potrubia do vody, cirkuláciou po povrchu - konvekciou.

Prestup tepla z jedného média do druhého cez deliacu stenu sa nazýva prenos tepla.

Voda, vodná para a jej vlastnosti

Voda je najjednoduchšia chemická zlúčenina vodíka s kyslíkom, za normálnych podmienok stabilná, najvyššia hustota vody je 1000 kg/m 3 pri t = 4 oC.

Voda, ako každá kvapalina, sa riadi hydraulickými zákonmi. Takmer sa nestláča, preto má schopnosť prenášať tlak, ktorý naň pôsobí vo všetkých smeroch, rovnakou silou. Ak je niekoľko nádob rôznych tvarov navzájom spojených, potom bude hladina vody všade rovnaká (zákon o komunikujúcich nádobách).