Лекция №4. Вода. Водяной пар

Вода является самым распространенным веществом на нашей планете. Три четверти поверхности заняты именно ей. В связи с доступностью и дешевизной, а также хорошими термодинамическими свойствами вода и водяной пар стали самыми распространенными теплоносителями.       

Водяной пар может образовываться двумя способами: испарением и кипением.

Испарением (рисунок 19) называется парообразование, которое происходит только на поверхности жидкости. Этот процесс происходит при любой температуре.

При испарении из жидкости вылетают молекулы, которые имеют относительно большие скорости, вследствие чего уменьшается средняя скорость движения молекул, которые остались, и уменьшается температура жидкости.

Рисунок 19 – Парообразование путем испарения

Кипением называется бурное парообразование во всей массе жидкости, происходящее при передаче жидкости через стенки сосуда определенного количества тепла.

От того, какое давление создается в сосуде, где находится вода, будет зависеть и температура ее кипения. С увеличением давления, температура, при которой начнется кипение, так же будет выше (рисунок 20).

Рисунок 20 – Зависимость температуры кипения от давления в сосуде

Если кипение жидкости происходит в герметичном сосуде, то над поверхностью жидкости образуется пар, в котором имеются капельки влаги. Такой пар называется влажным насыщенным.

Температура такого пара и температура кипения находящейся в этом сосуде воды будут одинаковы. Если постоянно поддерживать установленную температуру (температуру кипения), то постепенно вся находящаяся в сосуде вода преобразуется в пар. Такой пар будет называться сухим насыщенным. Его температура также будет равна температуре кипения при установленном давлении.

Используемый пар может быть, как насыщенным, так и перегретым.

Перегретый пар получится, если его температура будет выше температуры кипения для заданного давления. Разница между температурой такого пара и температурой кипения называется перегревом пара.

Перегретый пар обладает следующими основными свойствами и преимуществами:

- при одинаковом давлении с насыщенным паром имеет значительно большую температуру и теплосодержание. Теплосодержание (энтальпия) насыщенного пара слагается из тепла нагрева жидкости до температуры испарения и теплоты испарения;

- имеет больший удельный объём в сравнении с насыщенным паром, то есть объём 1 кг перегретого пара при том же давлении больше объема 1 кг насыщенного пара. Поэтому в паровых машинах для получения необходимой мощности перегретого пара по массе потребуется меньше, что даёт экономию в расходе воды и топлива;

- перегретый пар при охлаждении не конденсируется, конденсация при охлаждении наступает лишь тогда, когда температура перегретого пара станет ниже температуры насыщенного пара при данном давлении.

Эксплуатирую котельные установки, необходимо помнить о свойствах и особенностях теплоносителя. Так, для воды процесс перехода в газообразное состояние называется испарением, а из газообразного состояния в жидкое – конденсацией. Отделение же части воды от пара называется сепарацией.

Так же необходимо помнить о таком понятии как «точка росы». «Точкой росы» называется температура, до которой необходимо охладить воздух или продукты сгорания топлива, чтобы водяные пары, которые находятся в них, достигли состояния насыщения и выделились в виде росы.

Вопросы для закрепления темы:

1. Каким образом из воды получается пар?

2. Что такое насыщенный пар?

3. Назовите преимущества перегретого пара?

4. От чего зависит температура кипения?

5. Что такое сепарация?