1 Водяна пара
1.1. Водяна пара
Стан водяної пари характеризується наступними основними параметрами: температурою, тиском, питомим об'ємом або зворотного йому величиною - щільністю. Залежно від їх величини пар може бути сухим насиченим, перегрітою і вологим.
Сухим насиченим називається пара, що знаходиться в фазовому рівновазі з водою. Він безбарвний і прозорий. У стані насичення пар знаходиться при строго певному співвідношенні між тиском і температурою. Це означає, що кожної величиною тиску відповідає строго певна температура насиченої пари, а кожній температурі - певний тиск насичення. З ростом температури тиск насичення зростає. Властивості насиченої водяної пари в залежності від температури і тиску наведені в табл. 1, 2 додатки.
Перегрітою називається пара, що має температуру вищу, ніж температура насиченої пари, що знаходиться під таким же тиском. Перегрітий пар, так само як і суху насичену, - прозорий і безбарвний. Щоб отримати перегрітий пар з насиченого, останній треба нагріти. Різниця температур перегрітого і насиченої пари при рівному тиску називається перегрівом пара. На відміну від насиченого пара, перегріта пара певного тиску може мати різну температуру.
Вологим називається насичений пар, що містить зважені крапельки води. Ці крапельки розсіюють світло, надаючи пару білий колір і позбавляючи його прозорості. Отримати вологий пар можна шляхом охолодження сухого насиченої пари.
Стан перегрітої пари додатково до перерахованих вище параметрами характеризується ступенем насиченості або, як ще називають цю величину, відносної пружністю пара:
де п і н - щільність перегрітого і насиченої пари, кг / м 3; vп і
vн - питомий об'єм перегрітої і насиченої пари, м 3 / кг.
Стан вологої пари додатково характеризується ступенем сухості. Її можна визначити як відношення маси сухого насиченої пари, що міститься у вологому парі, до загальної маси вологої пари. Значення ступеня сухості = 0 відповідає воді в стані кипіння, а = 1 - сухому насиченому пару. Для тиску Рп
де х - щільність вологої пари, кг / м 3; vх - питомий об'єм вологої пари, м 3 / кг.
Сухий насичений і перегрітий пар при низькому тиску (p
Значення питомої ентальпії киплячої води і питомої теплоти пароутворення в залежності від температури і тиску наведені в табл. 1, 2 додатки. Питома теплоємність водяної пари залежить від температури. Її можна знайти в табл. 3 додатка. Якщо в ході будь-якого процесу температура пара при атмосферному тиску змінюється від 0 до 120 0 С, то без великої помилки для кінцевого результату розрахунків його питому теплоємність можна прийняти рівною сп = 1,88 кДж / (кгК).
Приклад № 1. Визначити стан водяної пари, що знаходиться під тиском Рп = 250 000 Па, якщо його температура становить:
а) t1 = 115 0 С; б) t2 = 132 0 С.
Рішення. Згідно табл. 2 додатки, тиску Рп = 250 кПа відповідає температура насичення tн = 127,43 0 С. Оскільки t1 tн. то в першому випадку пар є вологим. Для другого випадку t2 tн. т. е. пар є перегрітою.
Відповідь: а) вологий; б) перегрітий.
Приклад № 2. Водяна пара, що має температуру t = 156 0 С, знаходиться під тиском Рп = 0,5 МПа. Визначити ступінь його насиченості.
Рішення. За табл. 1 додатка, застосувавши метод інтерполяції, визначаємо, що температурі t = 156 0 С відповідає давле-
ня насичення pн = 561 212 Па. Далі, використавши формулу (1.4),
знаходимо
Приклад № 3. Вологий пар, що знаходиться під тиском Рп = 900 кПа, має ступінь сухості = 0,93. Визначити його щільність і питома обсяг.
Рішення. За табл. 2 додатки знаходимо, що при тиску Рп = 900 кПа щільність насиченої водяної пари становить н = 4,65 кг / м 3. Перетворивши формулу (1.2), розраховуємо щільність вологої пари