Водяна пара - студопедія
Серед реальних газів особливе місце займає водяна пара. Він отримав досить широке поширення в багатьох областях техніки і використовується в якості теплоносія в енергетичних установках. Водяна пара зазвичай використовується при таких тисках і температурах, коли його необхідно розглядати як реальний газ. Отримати водяна пара можна двома способами: при випаровуванні і кипінні води.
Випаровуванням називається процес утворення пари з води, що відбувається тільки з вільної поверхні. Цей процес протікає при будь-якій температурі. При випаровуванні з поверхні води відриваються молекули, які мають найбільшу кінетичну енергію, і вилітають в навколишній простір. В результаті над рідиною утворюється водяна пара. Інтенсивність процесу випаровування зростає при підвищенні температури.
Кипіння - це процес утворення водяної пари в усьому об'ємі рідини. При нагріванні до певної температури всередині рідини утворюються бульбашки пари, які, з'єднуючись між собою, вилітають в навколишній простір. Для того, щоб бульбашка пара міг утворитися і потім рости, необхідно, щоб процес пароутворення відбувався всередині бульбашок, а це можливо тільки, якщо кінетична енергія молекул води має достатню для цього величину. Так як кінетична енергія молекул визначається температурою рідини, отже, кипіння при даному зовнішньому тиску може початися тільки при цілком певній температурі. Така температура називається температурою кипіння або температурою насичення і позначається tн. Температура кипіння при даному тиску залишається постійною, поки вся рідина не перетворитися в пар.
Пара, що утворюється над поверхнею киплячій рідини, називається насиченою парою. Насичена пара може бути сухим або вологим. Сухим насиченою парою називається така пара, який, перебуваючи над поверхнею киплячій рідини, не містить зважених крапельок рідини. Вологим насиченою парою, або просто вологою парою, називається механічна суміш сухого насиченої пари і киплячої рідини. Характеристикою вологої пари є його ступінь сухості х. Ступенем сухості називається частка сухого насиченої пари у вологому парі, тобто відношення маси сухого насиченої пари у вологому парі до маси вологої пари. Величина 1-х називається ступенем вологості або вологістю вологого насиченого пара, тобто масова частка киплячій рідини у вологому повітрі. Параметрами, повністю визначають стан сухої насиченої пари або киплячій рідини, є температура або тиск і ступінь сухості.
Якщо до сухого насиченого пару при відсутності киплячій рідини підводити тепло при тому ж тиску, що і тиск сухого насиченої пари, то він буде переходити в перегрітий пар. Температура його почне підвищуватися. Перегрітою парою називається пара, що має більш високу температуру при даному тиску, ніж сухий насичений пар. Температура перегрітої пари позначається буквою t, а різниця температур t-tн називають ступенем перегріву, або перегрівом пара. З ростом перегріву пара його обсяг буде збільшуватися, буде рости відстань між молекулами і, отже, зменшуватися сили взаємного тяжіння, тобто перегріта пара при високих ступенях перегріву буде наближатися за своїми властивостями до ідеального газу. Параметрами, що визначають стан перегрітої пари, будуть тиск і температура (або питомий об'єм).
Процес, зворотний пароутворенню, тобто процес переходу пари в рідину, називається процесом конденсації.
Процес отримання перегрітої пари можна розбити на три стадії:
1) підігрів води до температури кипіння;
2) випаровування киплячої води і утворення сухої насиченої пари;
3) перегрів сухого насиченої пари.
При цьому стан сухої насиченої пари буде вкрай нестійким, так як абсолютно незначне збільшення або зменшення температури спричинить перегрів пара або його конденсацію.