8. Водна пара
8.1. Основни понятия и определения
Водната пара е изключително широко разпространена в различни индустрии. Използва се като работна течност в парни електроцентрали на ТЕЦ и АЕЦ, като охладител в различни топлообменници и технологични процеси и др. Спомнете си, че няма фундаментална разлика между пара и истински газ.
Процесът на превръщане на течността в пара се нарича изпаряване. Изпаряването се извършва по време на изпаряване и кипене на течности.
Изпарението се нарича изпаряване, което се случва само от свободната повърхност на течността при всяка температура. Скоростта на изпарение зависи от естеството на течността и температурата. По време на изпаряването температурата на течността намалява, т.к. най-бързите молекули го напускат и средната кинетична енергия на останалите молекули намалява.
Вари. Когато топлината се предаде на течност, нейната температура и скорост на изпарение се повишават. При определена точно определена температура (точка на насищане или кипене ts), в зависимост от естеството на течността и налягането, под което се намира, настъпва изпарение в цялата й маса. Парни мехурчета започват да се образуват по стените на съда, а след това и вътре в течността. Това явление се нарича кипене на течност. Включвания на неразтворени в течности газове, малки частици от твърдо тяло, вдлъбнатини и драскотини по стените на съда могат да служат като центрове за генериране на парни мехурчета. Появяващият се парен мехур увеличава обема си поради изпаряването на течността в него. В резултат на това неговата подемна сила се увеличава и при достигане на определен диаметър се откъсва от стената и преминава през обема течност в парното пространство. На мястото на образуването му остава парно ядро, в което отновотечността се изпарява и целият процес се повтаря. Кипенето на течност при p = const възниква при T = const. С увеличаване на налягането се повишава и точката на кипене. Налягането и точката на кипене се наричат налягане на насищане p и температура на насищане ts.
Кондензация. Процесът на превръщане на пара в течност, който се извършва при отнемане на топлина от нея и който е обратен процес на изпаряване, се нарича кондензация. Този процес, подобно на кипене, протича при T = const, ако p = const. Температурата на процеса на кондензация (равна на температурата на насищане) се нарича температура на кондензация. Така за дадена течност при едно и също налягане, кипенето и кондензацията протичат при една и съща температура - температурата на насищане. Образуваната при кондензацията течност се нарича кондензат.
Наситена пара.Когато една течност се изпари в ограничено пространство, възниква и обратното явление, т.е. процес на кондензация, причинен от някои от молекулите на парата, които се връщат обратно в течността. Тъй като пространството над течността се запълва с пара, интензивността на изпарението намалява и интензивността на връщане на молекули от пространството на парата към течността се увеличава. В даден момент, когато скоростта на кондензация стане равна на скоростта на изпарение, в системата ще настъпи динамично равновесие. В това състояние броят на молекулите, напускащи течността, е равен на броя на молекулите, които се връщат в нея. Парата в това състояние, така да се каже, „насища“ съществуващия обем пара, има максимална плътност и се нарича наситена.
Следователно се разбира, че наситената пара е в динамично равновесие с течността, от която е образувана. Наситената пара има температура на насищане, която е функция на нейното налягане,равно на налягането на течността, в която протича процесът на кипене. С увеличаване на обема на наситената пара при p = const и T = const, определено количество течност преминава в пара, с намаляване на обема при същите условия се получава преход на пара в течност.
Ако цялата течност кипи в пара при поддържане на постоянна температура и налягане, тогава такава пара се наричасуха наситена пара.Обемът и температурата на сухата пара са функции на налягането. Следователно състоянието на сухата пара се определя от един параметър - налягане или температура.
Влажната наситена пара, получена в резултат на непълно изпаряване на течност, е смес от суха пара с най-малките капчици течност, разпределени равномерно в цялата й маса и суспендирани в нея.
Масовата част на сухата пара в мократа пара се наричастепен на сухотаи се означава с x.
къде е М? - маса на суха наситена пара в мокра пара;
M¢ е масата на наситена течност във влажна пара.
Масовата част на течността във влажна пара се нарича степен на влажност и се обозначава с y = M¢ / (M? + M¢). Очевидно y = 1 - x. За суха пара x = 1, за вода (течност) x = 0. В процеса на изпаряване x постепенно нараства от 0 до 1.
Състоянието на мократа наситена пара се определя от две величини - налягане (или температура) и степен на сухота.
Прегрята пара.Ако сухата пара се нагрява при p = const, тогава нейната температура ще се повиши. Парата, получена при този процес, се нарича прегрята. По този начин прегрятата пара се разбира като температура, която е по-висока от температурата на наситената пара. Температурата на наситената пара е функция само на едно налягане, прегрятата пара има температурав зависимост от налягането и обема. Разликата между температурата на прегрятата пара и температурата на наситената пара със същото налягане се наричастепен на прегряване.Тъй като специфичният обем на прегрятата пара е по-голям от специфичния обем на наситената пара със същото налягане, има по-малко молекули на единица обем на прегрята пара, отколкото на единица обем на наситена пара. В резултат на това прегрятата пара е ненаситена и има по-ниска плътност от съответната наситена пара.