double arrow

Основные понятия и определения. В технике широко применяют в качестве рабочих тел пары различных веществ: воды, аммиака, хлористого метила и др

Водяной пар

В технике широко применяют в качестве рабочих тел пары различных веществ: воды, аммиака, хлористого метила и др. Наиболее широкое распространение получил водяной пар, являющийся рабочим телом большинства тепловых механизмов.

Промежуточное состояние вещества между состоянием реального газа и жидкостью принято называть парообразным или просто паром.

Пары бывают насыщенными и перегретыми. Насыщенные пары разделяют на сухие насыщенные и влажные насыщенные.

Для выяснения свойств пара и особенностей каждого из его состояний рассмотрим процесс превращения жидкости в пар. Превращение жидкости в пар может протекать двумя различными путями: испарением и кипением.

Испарением называется процесс парообразования, происходящий только с поверхности жидкости и при любой температуре. Интенсивность испарения зависит от природы жидкости и ее температуры. Явление испарения заключается в том, что отдельные молекулы, находящиеся на поверхности жидкости и имеющие большие скорости по сравнению с другими молекулами, преодолевая силовое воздействие соседних молекул, создающих поверхностное натяжение, вылетают из жидкости в окружающее пространство.

Кипением называют процесс парообразования, происходящий во всей массе жидкости и при определенной температуре и давлении. Явление кипения заключается в следующем. В жидкостях всегда имеются растворенные газы. При сообщении теплоты жидкости, газы, находящиеся в ней, начинают расширяться, образуя газовые пузырьки. Испарение жидкости начинает происходить не только на поверхности, но и внутрь пузырька, пузырь растет. Рост пузыря осуществляется до тех пор, пока внутри пузыря давление паров не станет равным давлению окружающей среды. Так как плотность пара меньше плотности воды, то пузыри отрываются и вытесняются жидкостью на поверхность, и там пар находящийся в них высвобождается.

Процесс обратный парообразованию, называется конденсацией. Этот процесс образования жидкости из пара также проходит при постоянной температуре, значение которой определяется величиной внешнего давления. Жидкость, образующаяся в результате конденсации, называют конденсатом.

При испарении жидкости в ограниченное пространство (закрытый сосуд), происходит одновременно и обратное ему явление – конденсация пара, обусловленное тем, что частицы пара, двигаясь во всех направлениях, самопроизвольно возвращаются в жидкость. Если скорость конденсации станет равной скорости испарения, то в системе наступит динамическое равновесие. Пар при этом имеет максимальную плотность и будет насыщенным. Насыщенным называют пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью. Основное свойство этого пара состоит в том, что он имеет температуру, являющуюся зависимой от давления среды в которой происходит процесс кипения. Поэтому температура кипения иначе называется температурой насыщения и обозначается t н. Давление, соответствующее t н, называется давлением насыщения р н.

Если объем насыщенного пара возрастает при t н = const, то происходит процесс перехода некоторого количества жидкости в пар (скорость испарения больше скорости конденсации). Если объем пара уменьшается при t н = const, то часть пара переходит в жидкость (скорость конденсации больше скорости испарения). Но в обоих случаях давление пара р н остается постоянным. Пар образовывается до тех пор, пока не испарится последняя капля жидкости. Этому моменту будет соответствовать состояние сухого насыщенного пара. Пар, образовываемый при неполном испарении жидкости, называется влажным насыщенным паром. Он является смесью сухого пара с кипящей жидкостью.

Массовая доля сухого пара во влажном паре называется степенью сухости или паросодержанием, и обозначается буквой х. Массовая доля жидкости во влажном паре называется степенью влажности и обозначается буквой y. Очевидно, что для влажного пара справедливо выражение .

Количество теплоты, которое необходимо сообщить при постоянном давлении 1 кг нагретой до температуры кипения жидкости для ее превращения в сухой насыщенный пар, называется скрытой теплотой парообразования. Удельную теплоту парообразования обозначают буквой r и измеряют в Дж/кг. Теплота парообразования складывается из

, (2.72)

где ρ – внутренняя теплота, расходуемая на дисгрегацию молекул; ψ – внешняя теплота, расходуемая на совершение работы расширения пара.

При подводе теплоты при постоянном давлении к сухому насыщенному пару, находящемуся в закрытом пространстве, его температура начинает увеличиваться, так как теплота уже не затрачивается на процесс парообразования. Пар, имеющий температуру большую, чем температура насыщения при заданном давлении, называется перегретым паром. Разность между температурой перегретого пара и температурой насыщения при заданном давлении называют степенью перегрева. Поскольку плотность перегретого пара мала по сравнению с насыщенным, то в единице объема перегретого пара содержится меньше молекул, чем в единице объема насыщенного пара. И чем больше степень перегрева пара, тем сильнее перегретый пар приближается к идеальным газам.

Количество теплоты, необходимое для перевода 1 кг сухого насыщенного пара при постоянном давлении в перегретый пар с конечной температурой t, называется теплотой перегрева и определяется:

, кДж/кг. (2.73)


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: