Водяной пар постоянно находится чем. Водяной пар — газообразное состояние воды. Связь воды и пара, давления и температуры
ВОДЯНОЙ ПАР В АТМОСФЕРЕ
ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА. ХАРАКТЕРИСТИКИ СОДЕРЖАНИЯ ВОДЯНОГО ПАРА В АТМОСФЕРЕ
Влажностью воздуха называют содержание водяного пара в атмосфере. Водяной пар является одной из важнейших составных частей земной атмосферы.
Водяной пар непрерывно поступает в атмосферу вследствие испарения воды с поверхности водоемов , почвы, снега, льда и растительного покрова, на что затрачивается в среднем 23 % солнечной радиации, приходящей на земную поверхность.
В атмосфере содержится в среднем 1,29 1013 т влаги (водяного пара и жидкой воды), что эквивалентно слою воды 25,5 мм.
Влажность воздуха характеризуется следующими величинами: абсолютной влажностью , парциальным давлением водяного пара, давлением насыщенного пара, относительной влажностью, дефицитом насыщения водяного пара, температурой точки росы и удельной влажностью.
Абсолютная влажность а (г/м3) - количество водяного пара, выраженное в граммах, содержащееся в 1 м3 воздуха.
Парциальное давление (упругость) водяного пара е - фактическое давление водяного пара, находящегося в воздухе, измеряют в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), миллибарах (мб) и гектопаскалях (гПа). Упругость водяного пара часто называют абсолютной влажностью. Однако смешивать эти разные понятия нельзя, так как они отражают разные физические величины атмосферного воздуха.
Давление насыщенного водяного пара, или упругость насыщения, Е- максимально возможное значение парциального давления при данной температуре; измеряют в тех же единицах, что и е. Упругость насыщения возрастает с увеличением температуры. Это значит, что при более высокой температуре воздух способен содержать больше водяного пара, чем при более низкой температуре.
Относительная влажность f - это отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного водяного пара при данной температуре. Выражают ее обычно в процентах с точностью до целых:
Относительная влажность выражает степень насыщения воздуха водяными парами.
Дефицит насыщения водяного пара (недостаток насыщения) d - разность между упругостью насыщения и фактической упругостью водяного пара:
= E - e .
Дефицит насыщения выражают в тех же единицах и с той же точностью, что и величины е и Е. При увеличении относительной влажности дефицит насыщения уменьшается и при/= 100 % становится равным нулю.
Так как Е зависит от температуры воздуха, а е - от содержания в нем водяного пара, то дефицит насыщения является комплексной величиной, отражающей тепло - и влагосодержание воздуха. Это позволяет шире, чем другие характеристики влажности, использовать дефицит насыщения для оценки условий произрастания сельскохозяйственных растений.
Точка росы td (°С) - температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе при данном давлении, достигает состояния насыщения относительно химически чистой плоской поверхности воды. При/= 100 % фактическая температура воздуха совпадает с точкой росы. При температуре ниже точки росы начинается конденсация водяных паров с образованием туманов, облаков, а на поверхности земли и предметов образуются роса, иней, изморозь.
Удельная влажность q (г/кг) - количество водяного пара в граммах, содержащееся в 1 кг влажного воздуха:
q = 622 е/Р,
где е - упругость водяного пара, гПа; Р- атмосферное давление, гПа.
Удельную влажность учитывают в зоометеорологических расчетах, например, при определении испарения с поверхности органов дыхания у сельскохозяйственных животных и при определении соответствующих затрат энергии.
ИЗМЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА В АТМОСФЕРЕ С ВЫСОТОЙ
Наибольшее количество водяного пара содержится в нижних слоях воздуха, непосредственно прилегающих к испаряющей поверхности. В вышележащие слои водяной пар проникает в результате турбулентной диффузии
Проникновению водяного пара в вышележащие слои способствует то обстоятельство, что он легче воздуха в 1,6 раза (плотность водяного пара по отношению к сухому воздуху при 0 "С равна 0,622), поэтому воздух, обогащенный водяным паром, как менее плотный стремится подняться вверх.
Распределение упругости водяного пара по вертикали зависит от изменения давления и температуры с высотой, от процессов конденсации и облакообразования. Поэтому трудно теоретически установить точную закономерность изменения упругости водяного пара с высотой.
Парциальное давление водяного пара с высотой уменьшается в 4...5 раз быстрее, чем атмосферное давление. Уже на высоте 6 км парциальное давление водяного пара в 9раз меньше, чем на уровне моря. Это объясняется тем, что в приземный слой атмосферы водяной пар поступает непрерывно в результате испарения с деятельной поверхности и его диффузии за счет турбулентности. Кроме того, температура воздуха с высотой понижается, а возможное содержание водяного пара ограничивается температурой, так как понижение ее способствует насыщению пара и его конденсации.
Уменьшение упругости пара с высотой может чередоваться с ее ростом. Например, в слое инверсии упругость пара обычно растет с высотой.
Относительная влажность распределяется по вертикали неравномерно, но с высотой в среднем она уменьшается. В приземном слое атмосферы в летние дни она несколько возрастает с высотой за счет быстрого понижения температуры воздуха, затем начинает убывать вследствие уменьшения поступления водяного пара и снова возрастает до 100 % в слое образования облаков. В слоях инверсии она резко уменьшается с высотой в результате повышения температуры. Особенно неравномерно изменяется относительная влажность до высоты 2...3 км.
СУТОЧНЫЙ И ГОДОВОЙ ХОД ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА
В приземном слое атмосферы наблюдается хорошо выраженный суточный и годовой ход влагосодержания, связанный с соответствующими периодическими изменениями температуры.
Суточный ход упругости водяного пара и абсолютной влажности над океанами, морями и в прибрежных районах суши аналогичен суточному ходу температуры воды и воздуха: минимум перед восходом Солнца и максимум в 14...15 ч. Минимум обусловлен очень слабым испарением (или его отсутствием вообще) в это время суток. Днем по мере увеличения температуры и соответственно испарения влагосодержание в воздухе растет. Таков же суточный ход упругости водяного пара и над материками зимой.
В теплое время года в глубине материков суточный ход влаго-содержания имеет вид двойной волны (рис. 5.1). Первый минимум наступает рано утром вместе с минимумом температуры. После восхода Солнца температура деятельной поверхности повышается, увеличивается скорость испарения, и количество водяного пара в нижнем слое атмосферы быстро растет. Такой рост продолжается до 8...10 ч, пока испарение преобладает над переносом пара снизу в более высокие слои. После 8...10ч возрастает интенсивность турбулентного перемешивания, в связи с чем водяной пар быстро переносится вверх. Этот отток водяного пара уже не успевает компенсироваться испарением, в результате чего влагосодержание и, следовательно, упругость водяного пара в приземном слое уменьшаются и достигают второго минимума в 15...16 ч. В предвечерние часы турбулентность ослабевает, тогда как довольно интенсивное поступление водяного пара в атмосферу путем испарения еще продолжается. Упругость пара и абсолютная влажность в воздухе начинают увеличиваться и в 20...22ч достигают второго максимума. В ночные часы испарение почти прекращается, в результате чего содержание водяного пара уменьшается.
Годовой ход упругости водяного пара и абсолютной влажности совпадают с годовым ходом температуры воздуха как над океаном, так и над сушей. В Северном полушарии максимум влаго-содержания воздуха наблюдается в июле, минимум - в январе. Например, в Санкт-Петербурге средняя месячная упругость пара в июле составляет 14,3 гПа, а в январе - 3,3 гПа.
Суточный ход относительной влажности зависит от упругости пара и упругости насыщения. С повышением температуры испаряющей поверхности увеличивается скорость испарения и, следовательно, увеличивается е. Но Е растет значительно быстрее, чем е, поэтому с повышением температуры поверхности, а с ней и температуры воздуха относительная влажность уменьшается [см. формулу (5.1)]. В итоге ход ее вблизи земной поверхности оказывается обратным ходу температуры поверхности и воздуха: максимум относительной влажности наступает перед восходом Солнца, а минимум - в 15ч (рис. 5.2). Дневное ее понижение особенно резко выражено над континентами в летнее время, когда в результате турбулентной диффузии пара вверх е у поверхности уменьшается, а вследствие роста температуры воздуха Е увеличивается. Поэтому амплитуда суточных колебаний относительной влажности на материках значительно больше, чем над водными поверхностями.
В годовом ходе относительная влажность воздуха, как правило, также меняется обратно ходу температуры. Например, в Санкт-Петербурге относительная влажность в мае в среднем составляет 65 %, а в декабре - 88 % (рис. 5.3). В районах с муссонным климатом минимум относительной влажности приходится на зиму, а максимум - на лето вследствие летнего переноса на сушу масс влажного морского воздуха: например, во Владивостоке летом /= 89%, зимой/= 68 %.
Ход дефицита насыщения водяного пара параллелен ходу температуры воздуха. В течение суток дефицит бывает наибольшим в 14...15 ч, а наименьшим - перед восходом Солнца. В течение года дефицит насыщения водяного пара имеет максимум в самый жаркий месяц и минимум в самый холодный. В засушливых степных районах России летом в 13 ч ежегодно отмечается дефицит насыщения, превышающий 40 гПа. В Санкт-Петербурге дефицит насыщения водяного пара в июне в среднем составляет 6,7 гПа, а в январе - только 0,5 гПа
ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА В РАСТИТЕЛЬНОМ ПОКРОВЕ
Растительный покров оказывает большое влияние на влажность воздуха. Растения испаряют большое количество воды и тем самым обогащают водяным паром приземный слой атмосферы, в нем наблюдается повышенное влагосодержание воздуха по сравнению с оголенной поверхностью. Этому способствует еще и уменьшение растительным покровом скорости ветра, а следовательно, и турбулентной диффузии пара. Особенно резко это выражено в дневные часы. Упругость пара внутри крон деревьев в ясные летние дни может быть на 2...4 гПа больше, чем на открытом месте, в отдельных случаях даже на 6...8 гПа. Внутри агрофитоценозов возможно повышение упругости пара по сравнению с паровым полем на 6...11 гПа. В вечерние и ночные часы влияние растительности на влагосодержание меньше.
Большое влияние растительный покров оказывает и на относительную влажность. Так, в ясные летние дни внутри посевов ржи и пшеницы относительная влажность на 15...30 % больше, чем над открытым местом, а в посевах высокостебельных культур (кукуруза, подсолнечник, конопля) - на 20...30 % больше, чем над оголенной почвой. В посевах наибольшая относительная влажность наблюдается у поверхности почвы, затененной растениями, а наименьшая - в верхнем ярусе листьев (табл. 5.1).. Распределение по вертикали относительной влажности и дефицита насыщения
Дефицит насыщения водяного пара соответственно в посевах значительно меньше, чем над оголенной почвой. Его распределение характеризуется понижением от верхнего яруса листьев к нижнему (см. табл. 5.1).
Ранее отмечалось, что растительный покров значительно влияет на радиационный режим (см. гл. 2), температуру почвы и воздуха (см. гл. 3 и 4), существенно изменяя их по сравнению с открытым местом, т. е. в растительном сообществе формируется свой, особый метеорологический режим - фитоклимат. Насколько сильно он выражен, зависит от вида, габитуса и возраста растений, густоты насаждения, способа посева (посадки).
Влияют на фитоклимат и погодные условия - в малооблачную и ясную погоду фитоклиматические особенности проявляются сильнее.
ЗНАЧЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Водяной пар, содержащийся в атмосфере, имеет, как отмечалось в главе 2, большое значение в сохранении тепла на земной поверхности, так как он поглощает излучаемое ею тепло. Влажность воздуха относится к числу элементов погоды, имеющих существенное значение и для сельскохозяйственного производства.
Влажность воздуха оказывает большое влияние на растение. Она в значительной степени обусловливает интенсивность транспирации. При высокой температуре и пониженной влажности (/"< 30 %) транспирация резко увеличивается и у растений возникает большой недостаток воды, что отражается на их росте и развитии. Например, отмечается недоразвитие генеративных органов, задерживается цветение.
Низкая влажность в период цветения обусловливает пересыхание пыльцы и, следовательно, неполное оплодотворение, что у зерновых, например, вызывает череззерницу. В период налива зерна чрезмерная сухость воздуха приводит к тому, что зерно получается щуплым, урожай снижается.
Малое влагосодержание воздуха приводит к мелкоплодности плодовых, ягодных культур, винограда , слабой закладке почек под урожай будущего года и, следовательно, снижению урожая.
Влажность воздуха отражается и на качестве урожая. Отмечено, что низкая влажность снижает качество льноволокна, но повышает хлебопекарные качества пшеницы, технические свойства льняного масла, содержание сахара в плодах и т. д.
Особенно неблагоприятно снижение относительной влажности воздуха при недостатке почвенной влаги. Если жаркая и сухая погода длится продолжительное время, то растения могут засохнуть.
Отрицательно сказывается на росте и развитии растений и длительное повышение влагосодержания (/> 80 %). Избыточно высокая влажность воздуха обусловливает крупноклеточное строение ткани растений, что приводит в дальнейшем к полеганию зерновых культур. В период цветения такая влажность воздуха препятствует нормальному опылению растений и снижает урожай, так как меньше раскрываются пыльники, уменьшается лёт насекомых.
Повышенная влажность воздуха задерживает наступление полной спелости зерна, увеличивает содержание влаги в зерне и соломе, что, во-первых, неблагоприятно отражается на работе уборочных машин, а во-вторых, требует дополнительных затрат на просушку зерна (табл. 5.2).
Снижение дефицита насыщения до 3 гПа и более приводит практически к прекращению уборочных работ из-за плохих условий.
В теплое время года повышенная влажность воздуха способствует развитию и распространению ряда грибных заболеваний сельскохозяйственных культур (фитофтороз картофеля и томатов, милдью винограда, белая гниль подсолнечника, различные виды ржавчины зерновых культур и др.). Особенно усиливается влияние этого фактора с увеличением температуры (табл. 5.3).
5.3. Число растений яровой пшеницы Цезиум 111, пораженных головней в зависимости от влажности и температуры воздуха (по, От влажности воздуха зависят и сроки проведения ряда сельскохозяйственных работ: борьбы с сорняками, закладки кормов на силос, проветривания складских помещений, сушки зерна и ДР-
В тепловом балансе сельскохозяйственных животных и человека с влажностью воздуха связан теплообмен. При температуре воздуха ниже 10 "С повышенная влажность усиливает теплоотдачу организмов, а при высокой температуре - замедляет.
Как известно, вещества, причем абсолютно любые могут быть в любом состоянии: , твердое, жидкое, в фазе или даже в нескольких состояниях. На это влияет в первую очередь внешний фактор давления и температуры. В таким веществам относится вода и водяной пар, наблюдение за которыми достаточно интересны. Если происходит явление перехода вещества из одного состояния в другое, этот процесс называется переходом из одной фазы в другую или фазовым переходом, что отслеживает диаграмма. Понятие фазового превращения относится к идентичному понятию и означает то же самое. У веществ в разных фазах агрегатного состояния имеются разные свойства, особенно это касается плотности вещества. Различаются они благодаря молекулярному взаимодействию.
Видоизменения фаз
Видоизменение твердого состояния до состояния жидкого имеет название плавление. Смена жидкой фазы на газообразную представляет собой испарение. Если же вещество из твердого переходит в газообразное – этот процесс называется сублимацией. Если говорить об обратных процессах, то следует знать о таких процессах как: затвердевание, кристаллизация, и де — сублимация.
Водой или по-другому оксидом водорода называют химическую формулу H2O. Это молекула, состоящая из трех атомов, два водорода и один кислорода. Соединяются они ковалентной связью. Вода в своем нормальном представлении является жидкостью, которая абсолютно прозрачная, не пахнет и не имеет никаких вкусовых свойств. Как показывает диаграмма, в газообразном состоянии вода переходит в фазу водяного пара. Она покрывает более 70% нашей планеты и представлена в озерах, реках, морях, океанах и т.д. Подразделяется на пресноводную и соленую, причем второй вариант не пригоден для питья. Ее роль настолько важна, что жизнь без воды просто не может существовать, от нее зависят погодные условия и климатические пояса планеты.
Водяной пар, как газообразное состояние воды, тоже не имеет цвета, ничем не пахнет и безвкусен. Пары воды находятся в тропосфере и образуются при . Поступая в воздушные массы водяной пар, создает определенное давление, называемое парциальным. Давление газа измеряется паскалями и способно перейти в следующую фазу кристаллизация или образование льда. Газообразное состояние воды встречается в естественной среде. В своем количестве пар может изменяться в воздухе, максимальное содержание доходит до 4 %. Водяной пар не видно, но его можно представить как конденсация в виде тумана, дыхания, когда выходишь на холод или когда кипит вода в кастрюле. Водяной пар в равновесии определяет важную характеристику влажность.
Процесс парообразования – это и есть процесс получения пара, и он образован кипением и испарением. Когда происходит испарение, пар появляется на поверхностном слое, кипение вызывает образование пузырьковой поверхности, которые вырываются снизу вверх. Кипение происходит при определенной температуре и на своем пике остается в неизменной температуре. При таком процессе выделяется насыщенный пар, который бывает сухой и влажный. Сухой не содержит в себе водяных капелек, а влажный содержит. Без водяного пара не происходит круговорота воды в природе. Водяной пар в повседневности много где встречается, например, когда вы гладите утюгом или находитесь в бане. Именно потому, что пар бесцветен и не имеет цвета и запаха он нашел применение в человеческой жизнедеятельности. Даже в решении глобальных вопросов пар нашел свое применение, и ярким примером этого стала такая техника как паровоз.
Использование водяного пара
Сегодня пар тоже используется, он нашел свое применение в хозяйственной и производственной сфере деятельности:
— в лечении, например в ингаляторах;
— для пожаротушения;
— паровой котел, отпариватель, автоклав, реакторы и многое другое;
— паровые машины;
— промышленность и деревообрабатывающее производство.
Термодинамические свойства
Вода и водяной пар являются телами, активно работающими, например, в паровой турбине. Свойства полностью зависят от конструкции и остальных элементов турбины. С точки зрения свойств воды, она почти не сжимается и если изменить ее давление, то не изменится удельный объем и будет равен от 10-3 м3/кг. При нагревании энтальпия начинает пропорционально меняться. Нагревание в открытом сосуде вызывает поверхностный пар, поднимающийся кверху. Молекулы воды разрывают свои связи, и расходуется теплота, происходит испарение. Влажный пар представлен в виде сухого пара и насыщенного пузырьками воды пара. Еще совсем недавно для паровой турбины использовали перегретый пар, который в турбине расширялся и становился влажным. Законы смешения определяют термодинамические свойства пара.
Диаграмма водяного пара
Чтобы отследить процесс наглядно, придумана диаграмма водяного пара, которая стала отличной заменой многочисленным таблицам и может определять величины в равновесии. Диаграмма составляется по таблице и не может быть точнее, ведь в таблице показатели идентичны, просто перенесены в виде определенного графика. Анализировать турбины лучше всего по T, s диаграмме, где осью абсцисс определена энтропия, а ординатой абсолютная температура. Линии по горизонтали на диаграмме обозначены изотермами, линии вертикальные называются изоэнтропами. Рассчитать анализ и работу турбины лучше всего подходит h, s –диаграмма. То, что в диаграмме выделено жирной линией обозначает сухой пар.
Жидкость — газ
Вызывает большой рост температуры, который постоянно увеличивается при нагревании, пока не достигнет максимальной точки. Выделяется огромное количество тепла, чтобы произошел этот процесс. Если газ начинает охлаждаться, его температура постепенно понижается и при пиковой точке через теплоту парообразования газ возвращается в жидкое состояние. Пар может превратиться в воду только при потере тепла. Например, при кипении воды на кухне на стекле образуется пар, и окна запотевают, как только помещение начнет терять температуру, пар теряется в равновесии и капельками скапливается на подоконнике.
Даже тело человека более чем на 60% состоит из воды, она участвует в биохимических реакциях. Вода выводит из организма вредные вещества и яды, регулирует температуру тела человека. Вода относится к главному источнику энергетических ресурсов, используется в ГЭС и превращает механическую энергию воды в электричество. Ученые почти всех стран занимались исследованием воды, проводили опыты и лабораторные работы. Пар – жидкость в равновесии это такое состояние, когда два вещества находятся в фазе газовая, а испарение равно скорости образования конденсата. Одним словом, это система превращения пар-вода. Теория равновесия достигается даже в относительно замкнутом состоянии, когда происходит контакт воды и паров без вмешательства. В 2011 году было открыто гигантское облако пара, и ученые Гарвард-Смитсоновского центра сделали доклад по описанию явления. Однозначно вода есть и в других галактиках, так как главными ее составляющими являются водород и кислород.
Пар, образующийся над поверхностью кипящей жидкости, называется насыщенным паром. Насыщенный пар может быть сухим или влажным. Сухим насыщенным паром называется такой пар, который, находясь над поверхностью кипящей жидкости, не содержит взвешенных капелек жидкости. Влажным насыщенным паром, или просто влажным паром, называется механическая смесь сухого насыщенного пара и кипящей жидкости.
Водяной пар
Характеристикой влажного пара является его степень сухости х. Степенью сухости называется доля сухого насыщенного пара во влажном паре, т.е. отношение массы сухого насыщенного пара во влажном паре к массе влажного пара. Величина 1–х называется степенью влажности или влажностью влажного насыщенного пара, т.е. массовая доля кипящей жидкости во влажном воздухе. Параметрами, полностью определяющими состояние сухого насыщенного пара или кипящей жидкости, являются температура или давление и степень сухости.
ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:
Водяной пар и его свойства
Водяной пар получают в паровых котлах при постоянном давлении и постоянной температуре. Сначала происходит нагрев воды до температуры кипения(она остается постоянной) или температурой насыщения. . При дальнейшем нагреве кипящая вода превращается в пар и ее температура до полного испарения воды остается постоянной. Кипение есть процесс парообразования во всем объеме жидкости. Испарение — парообразование с поверхности жидкости.
Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием , а из газообразного состояния в жидкое конденсацией . Количество теплоты, которое необходимо сообщить воде для превращения ее из жидкого состояния в парообразный при температуре кипения, называется теплотой испарения .
Количество теплоты необходимое для нагрева 1 кг воды на 1 0 С называется теплоемкостью воды . = 1 ккал/кг. град.
Температура кипения воды зависит от давления (имеются специальные таблицы):
Р абс = 1 кгс/см 2 = 1 атм, t к = 100°С
Р абс = 1,7 кгс/см 2 , t к = 115°С
Р абс = 5 кгс/см 2 , t к = 151°С
Р абс =10 кгс/см 2 , t к = 179°С
Р абс = 14 кгс/см 2 , t к = 195°С
При температуре воды в котельных на выходе 150°С и обратной t во-
ды 70°С каждый кг воды переносит 80 ккал теплоты.
В системах пароснабжения 1 кг воды превращенный в пар переносна около 600 ккал теплоты.
Вода практически не сжимается. Наименьший объем занимает при t= +4°С. При t выше и ниже +4°С объем воды увеличивается. Температура, при которой начинается конденсация избыточного кол-ва водяных паров называется t «точки росы».
Различают пар насыщенный и перегретый. При испарении часть молекул вылетает с поверхности жидкости и образуют над ней пар. Если поддерживать температуру жидкости постоянной, т. е. непрерывно подводить к ней теплоту, то число вылетающих молекул будет наростать, при этом из-за хаотичного движения молекул пара, одновременно с образованием пара происходит обратный процесс — конденсация при которой часть молекул пара возвращается в жидкость.
Если испарение происходит в закрытом сосуде, то количество пара будет увеличиваться до тех пор, пока не наступит равновесие, т. е. количество жидкости и пара станет постоянным.
Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью и имеющий одинаковые с ней температуру и давление, называется насыщенным паром.
Влажным насыщенным паром , называется пар, в котором имеются капельки котловой воды; насыщенный пар, неимеющий капелек воды называется сухим насыщенным паром .
Доля сухого насыщенного пара во влажном паре называется степенью сухости пара (x). При этом влажность пара будет равна 1 — х. Для сухого насыщенного пара х = 1. Если сообщать теплоту сухому насыщенному пару при постоянном давлении, то получается перегретый пар.
Температура перегретого пара выше температуры котловой воды. Получают перегретый пар из сухого насыщенного пара в пароперегревателях, которые устанавливаются в газоходах котла.
Применение влажного насыщенного пара не желательно, т. к. при его перемещении по паропроводам возможны гидравлические удары (резкие толчки внутри труб) конденсата, скапливающегося в арматуре, на закруглениях и в пониженных местах паропроводов, а также в паровых насосах. Очень опасно резкое снижение давления в паровом котле до атмосферного которое может произойти в результате аварийного нарушения прочности котла, т. к. температура воды до такого изменения давления была выше 100°С, то избыточное количество тепла расходуется на парообразование, которое происходит практически мгновенно.
Водяной пар – газообразное состояние воды
Количество пара резко возрастает что приводит к мгновенному повышению давления в котле и к серьезным разрушениям. Чем больше объем воды в котле и выше ее температура, тем значительнее последствия таких разрушений. Объем пара в 1700 раз больше объема воды.
Перегретый пар- пар имеющий более высокую температуру, чем насыщенный при том же давлении — влаги не имеет. Перегретый пар получают в специальном устройстве- пароперегревателе, где сухой насыщенный пар нагревается дымовыми газами. В отопительных котельных перегретый пар не используется,поэтому нет пароперегревателя.
Основные свойства насыщенного пара:
1) t насыщ. пара = t кип. воды при данном Р
2) t кип. воды зависит от Рпара в котле
3) насыщенный пар конденсируется.
Основные свойства перегретого пара:
1) перегретый пар на конденсируется
2) t перегретого пара не зависит от давления пара в котле.
(Схема получения пара в паровом котле)(карт на стр 28 не обязательно)
Предыдущая12345678910111213141516Следующая
Водяной пар
Среди реальных газов особое место занимает водяной пар. Он получил весьма широкое распространение во многих областях техники и используется в качестве теплоносителя в энергетических установках. Водяной пар обычно используется при таких давлениях и температурах, когда его необходимо рассматривать как реальный газ. Получить водяной пар можно двумя способами: при испарении и кипении воды.
Испарением называется процесс образования пара из воды, происходящий только со свободной поверхности. Этот процесс протекает при любой температуре. При испарении с поверхности воды отрываются молекулы, имеющие наибольшую кинетическую энергию, и вылетают в окружающее пространство. В результате над жидкостью образуется водяной пар. Интенсивность процесса испарения возрастает при повышении температуры.
Кипение – это процесс образования водяного пара во всем объеме жидкости. При нагревании до определенной температуры внутри жидкости образуются пузырьки пара, которые, соединяясь между собой, вылетают в окружающее пространство. Для того, чтобы пузырек пара мог образоваться и затем расти, необходимо, чтобы процесс парообразования происходил внутри пузырьков, а это возможно только, если кинетическая энергия молекул воды имеет достаточную для этого величину. Так как кинетическая энергия молекул определяется температурой жидкости, следовательно, кипение при данном внешнем давлении может начаться только при вполне определенной температуре. Такая температура называется температурой кипения или температурой насыщения и обозначается t н. Температура кипения при данном давлении остается постоянной, пока вся жидкость не превратиться в пар.
Пар, образующийся над поверхностью кипящей жидкости, называется насыщенным паром. Насыщенный пар может быть сухим или влажным. Сухим насыщенным паром называется такой пар, который, находясь над поверхностью кипящей жидкости, не содержит взвешенных капелек жидкости. Влажным насыщенным паром, или просто влажным паром, называется механическая смесь сухого насыщенного пара и кипящей жидкости. Характеристикой влажного пара является его степень сухости х. Степенью сухости называется доля сухого насыщенного пара во влажном паре, т.е.
32 Водяной пар Основные понятия и определения
отношение массы сухого насыщенного пара во влажном паре к массе влажного пара. Величина 1–х называется степенью влажности или влажностью влажного насыщенного пара, т.е. массовая доля кипящей жидкости во влажном воздухе. Параметрами, полностью определяющими состояние сухого насыщенного пара или кипящей жидкости, являются температура или давление и степень сухости.
Если к сухому насыщенному пару при отсутствии кипящей жидкости подводить тепло при том же давлении, что и давление сухого насыщенного пара, то он будет переходить в перегретый пар. Температура его начнет повышаться. Перегретым паром называется пар, имеющий более высокую температуру при данном давлении, чем сухой насыщенный пар. Температура перегретого пара обозначается буквой t, а разность температур t–t н называют степенью перегрева, или перегревом пара. С ростом перегрева пара его объем будет увеличиваться, будет расти расстояние между молекулами и, следовательно, уменьшаться силы взаимного притяжения, т.е. перегретый пар при высоких степенях перегрева будет приближаться по своим свойствам к идеальному газу. Параметрами, определяющими состояние перегретого пара, будут давление и температура (или удельный объем).
Процесс, обратный парообразованию, т.е. процесс перехода пара в жидкость, называется процессом конденсации.
Процесс получения перегретого пара можно разбить на три стадии:
1) подогрев воды до температуры кипения;
2) испарение кипящей воды и образование сухого насыщенного пара;
3) перегрев сухого насыщенного пара.
При этом состояние сухого насыщенного пара будет крайне неустойчивым, так как совершенно незначительное увеличение или уменьшение температуры вызовет перегрев пара либо его конденсацию.
Предыдущая123456789101112Следующая
ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:
Водяной пар
Среди реальных газов особое место занимает водяной пар. Он получил весьма широкое распространение во многих областях техники и используется в качестве теплоносителя в энергетических установках. Водяной пар обычно используется при таких давлениях и температурах, когда его необходимо рассматривать как реальный газ. Получить водяной пар можно двумя способами: при испарении и кипении воды.
Испарением называется процесс образования пара из воды, происходящий только со свободной поверхности. Этот процесс протекает при любой температуре. При испарении с поверхности воды отрываются молекулы, имеющие наибольшую кинетическую энергию, и вылетают в окружающее пространство. В результате над жидкостью образуется водяной пар. Интенсивность процесса испарения возрастает при повышении температуры.
Кипение – это процесс образования водяного пара во всем объеме жидкости. При нагревании до определенной температуры внутри жидкости образуются пузырьки пара, которые, соединяясь между собой, вылетают в окружающее пространство. Для того, чтобы пузырек пара мог образоваться и затем расти, необходимо, чтобы процесс парообразования происходил внутри пузырьков, а это возможно только, если кинетическая энергия молекул воды имеет достаточную для этого величину. Так как кинетическая энергия молекул определяется температурой жидкости, следовательно, кипение при данном внешнем давлении может начаться только при вполне определенной температуре. Такая температура называется температурой кипения или температурой насыщения и обозначается t н. Температура кипения при данном давлении остается постоянной, пока вся жидкость не превратиться в пар.
Пар, образующийся над поверхностью кипящей жидкости, называется насыщенным паром. Насыщенный пар может быть сухим или влажным. Сухим насыщенным паром называется такой пар, который, находясь над поверхностью кипящей жидкости, не содержит взвешенных капелек жидкости.
Что такое водяной пар?
Влажным насыщенным паром, или просто влажным паром, называется механическая смесь сухого насыщенного пара и кипящей жидкости. Характеристикой влажного пара является его степень сухости х. Степенью сухости называется доля сухого насыщенного пара во влажном паре, т.е. отношение массы сухого насыщенного пара во влажном паре к массе влажного пара. Величина 1–х называется степенью влажности или влажностью влажного насыщенного пара, т.е. массовая доля кипящей жидкости во влажном воздухе. Параметрами, полностью определяющими состояние сухого насыщенного пара или кипящей жидкости, являются температура или давление и степень сухости.
Если к сухому насыщенному пару при отсутствии кипящей жидкости подводить тепло при том же давлении, что и давление сухого насыщенного пара, то он будет переходить в перегретый пар.
Температура его начнет повышаться. Перегретым паром называется пар, имеющий более высокую температуру при данном давлении, чем сухой насыщенный пар. Температура перегретого пара обозначается буквой t, а разность температур t–t н называют степенью перегрева, или перегревом пара. С ростом перегрева пара его объем будет увеличиваться, будет расти расстояние между молекулами и, следовательно, уменьшаться силы взаимного притяжения, т.е.
перегретый пар при высоких степенях перегрева будет приближаться по своим свойствам к идеальному газу. Параметрами, определяющими состояние перегретого пара, будут давление и температура (или удельный объем).
Процесс, обратный парообразованию, т.е. процесс перехода пара в жидкость, называется процессом конденсации.
Процесс получения перегретого пара можно разбить на три стадии:
1) подогрев воды до температуры кипения;
2) испарение кипящей воды и образование сухого насыщенного пара;
3) перегрев сухого насыщенного пара.
При этом состояние сухого насыщенного пара будет крайне неустойчивым, так как совершенно незначительное увеличение или уменьшение температуры вызовет перегрев пара либо его конденсацию.
Предыдущая123456789101112Следующая
ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:
Свойства водяного пара
В качестве реального газа рассмотрим водяной пар, который широко используется во многих отраслях техники, и, прежде всего в теплоэнергетике, где он является основным рабочим телом. Поэтому исследование термодинамических свойств воды и водяного пара имеет большое практическое значение.
Во всех областях промышленного производства получили большое применение пары различных веществ: воды, аммиака, углекислоты и др. Из них наибольшее распространение получил водяной пар, являющийся рабочим телом в паровых турбинах, паровых машинах, в атомных установках, теплоносителем в различных теплообменниках и т. п.
Процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием. Испарением называется парообразование, которое происходит всегда при любой температуре со свободной поверхности жидкости или твердого тела. Процесс испарения заключается в том, что отдельные молекулы с большими скоростями преодолевают притяжение соседних молекул и вылетают в окружающее пространство. Интенсивность испарения возрастает с увеличением температуры жидкости.
Процесс кипения заключается в том, что если к жидкости подводить теплоту, то при некоторой температуре, зависящей от физических свойств рабочего тела и давления, наступает процесс парообразования как на свободной поверхности жидкости, так и внутри её.
Переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое называется конденсацией. Процесс конденсации, так же как и процесс парообразования, протекает при постоянной температуре, если при этом давление не меняется. Жидкость, полученную при конденсации пара, называют конденсатом.
Процесс перехода твердого вещества непосредственно в пар называется сублимацией. Обратный процесс перехода пара в твердое состояние называется десублимацией.
Процесс парообразования. Основные понятия и определения. Рассмотрим процесс получения пара. Для этого 1 кг воды при температуре О °С поместим в цилиндр с подвижным поршнем. Приложим к поршню извне некоторую постоянную силу Р. Тогда при площади поршня Fдавление будет постоянным и равным р = Р/F. Изобразим процесс парообразования, т. е. превращения вещества из жидкого состояния в газообразное, в р,v диаграмме (рис.14).
| Рис. 14. Процесс парообразования в pv- диаграмме |
Начальное состояние воды, находящейся под давлением р и имеющей температуру 0 °С, изобразится на диаграмме точками a 1 , a 2 , a 3. При подводе теплоты к воде ее температура постепенно повышается до тех пор, пока не достигнет температуры кипения t s , соответствующей данному давлению. При этом удельный объем жидкости сначала уменьшается, достигает минимального значения при t = 4°С, а затем начинает возрастать. (Такой аномалией - увеличением плотности при нагревании в некотором диапазоне температур - обладают немногие жидкости). У большинства жидкостей удельный объем при нагревании увеличивается монотонно.) Состояние жидкости, доведенной до температуры кипения, изображается на диаграмме точками b 1 , b 2 , b 3 .
При дальнейшем подводе теплоты начинается кипение воды с сильным увеличением объема. В цилиндре теперь находится двухфазная среда - смесь воды и пара, называемая влажным насыщенным паром. Насыщенным называется пар, находящийся в термическом и динамическом равновесии с жидкостью, из которой он образуется. Динамическое равновесие заключается в том, что количество молекул, вылетающих из воды в паровое пространство, равно количеству молекул, конденсирующихся на ее поверхности. В паровом пространстве при этом равновесном состоянии находится максимально возможное при данной температуре число молекул. При увеличении температуры количество молекул, обладающих энергией, достаточной для вылета в паровое пространство, увеличивается. Равновесие восстанавливается за счет возрастания давления пара, которое ведет к увеличению его плотности и, следовательно, количества молекул, в единицу времени конденсирующихся на поверхности воды. Отсюда следует, что давление насыщенного пара является монотонно возрастающей функцией его температуры, или, что то же самое, температура насыщенного пара есть монотонно возрастающая функция его давления.
При увеличении объема над поверхностью жидкости, имеющей температуру насыщения, некоторое количество жидкости переходит в пар, при уменьшении объема «излишний» пар снова переходит в жидкость, но в обоих случаях давление пара остается постоянным.
Если парообразование жидкости происходит в неограниченном пространстве, то вся она может превратиться в пар. Если же парообразование жидкости происходит в закрытом сосуде, то вылетающие из жидкости молекулы заполняют свободное пространство над ней, при этом часть молекул, движущихся в паровом пространстве над поверхностью, возвращается обратно в жидкость. В некоторый момент между парообразованием и обратным переходом молекул из пара в жидкость может наступить равенство, при котором число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул, возвращающихся обратно в жидкость. В этот момент в пространстве над жидкостью будет находиться максимально возможное количество молекул. Пар в этом состоянии принимает максимальную плотность при данной температуре и называется насыщенным.
Таким образом, пар, соприкасающийся с жидкостью и находящийся в термическом с ней равновесии, называется насыщенным.
Вода, водяной пар и их свойства
С изменением температуры жидкости равновесие нарушается, вызывая соответствующее изменение плотности и давления насыщенного пара.
Двухфазная смесь, представляющая собой пар с взвешенными в нем капельками жидкости, называется влажным насыщенным паром . Таким образом, влажный насыщенный водяной пар можно рассматривать как смесь сухого насыщенного пара с мельчайшими капельками воды, взвешенными в его массе.
Массовая доля сухого насыщенного пара во влажном называется степенью сухости пара и обозначается буквой х. Массовая доля кипящей воды во влажном паре, равная 1-х, называется степенью влажности. Для кипящей жидкости x = 0, а для сухого насыщенного пара х= 1. Состояние влажного пара характеризуется двумя параметрами: давлением (или температурой насыщения t s , определяющей это давление) и степенью сухости пара.
По мере подвода теплоты количество жидкой фазы уменьшается, а паровой - растет. Температура смеси при этом остается неизменной и равной t s , так как вся теплота расходуется на испарение жидкой фазы. Следовательно, процесс парообразования на этой стадии является изобарно-изотермическим. Наконец, последняя капля воды превращается в пар, и цилиндр оказывается заполненным только паром, который называется сухим насыщенным.
Насыщенный пар, в котором отсутствуют взвешенные частицы жидкой фазы, называется сухим насыщенным паром. Его удельный объем, и температура являются функциями давления. Поэтому состояние сухого пара можно задать любым из параметров - давлением, удельным объемом или температурой.
Состояние его изображается точками c 1 , с 2 , с 3 .
Точками изображается перегретый пар. При сообщении сухому пару теплоты при том же давлении его температура будет увеличиваться, пар будет перегреваться. Точка d (d 1 , d 2 , d 3) изображает состояние перегретого пара и в зависимости от температуры пара может лежать на разных расстояниях от точки c.
Таким образом, перегретым называется пар, температура которого превышает температуру насыщенного пара того же давления.
Так как удельный объем перегретого пара при том же давлении больше, чем насыщенного, то в единице объема перегретого пара содержится меньшее количество молекул, значит, он обладает меньшей плотностью. Состояние перегретого пара, как и любого газа, определяется двумя любыми независимыми параметрами.
Процесс получения сухого насыщенного пара при постоянном давлении изображается в общем случае графиком abc, а перегретого пара в общем случае - графиком abсd, при этом ab - процесс подогрева воды до температуры кипения, bс - процесс парообразования, протекающий одновременно при постоянном давлении и при постоянной температуре, т. е. процесс bс является изобарным и одновременно изотермическим и, наконец, cd - процесс перегрева пара при постоянном давлении, но при возрастающей температуре. Между точками b и с находится влажный пар с различными промежуточными значениями степени сухости.
Кривая I холодной воды изображается линией, параллельной оси ординат, если исходить из предположения, что вода несжимаема и, следовательно, удельный объем воды почти не зависит от давления. Кривую II называют нижней пограничной кривой, или кривой жидкости, а кривую III - верхней пограничной кривой, или кривой сухого насыщенного пара. Кривая II отделяет на диаграмме область жидкости от области насыщенных паров, а кривая III - область насыщенных от области перегретых паров.
Точки а 1 , а 2 и а 3 , изображающие состояние 1 кг холодной воды при температуре 0°С и разных давлениях, располагаются практически на одной вертикали. Точки b 1 , b 2 и b 3 с увеличением давления смещаются вправо, так как при этом соответственно увеличиваются также температуры кипения t H и, следовательно, удельные объемы кипящей воды. Точки c 1 , с 2 и с 3 смещаются влево, так с увеличением давления удельный объем пара уменьшается несмотря на возрастание температуры.
Из pv -диаграммы видно, что с повышением давления точки b 1 , b 2 и b 3 и c 1 с 2 и с 3 сближаются, т. е. постепенно уменьшается разность удельных объемов сухого насыщенного пара и кипящей воды (отрезки bc). Наконец, при некотором давлении эта разность становится равной нулю, т. е. точки б и с совпадают, а линии II и III сходятся. Точка встречи обеих кривых называется критической точкой и обозначается буквой k. Состояние, соответствующее точке k, называется критическим состоянием.
Параметры водяного пара критического состояния следующие: давление р к = 225,65 ата; температура t = 374,15° С, удельный объем v K = 0,00326 м 3 /кг.
В критической точке кипящая вода и пар имеют одинаковые параметры состояния, а изменение агрегатного состояния не сопровождается изменением объема. Иными словами, в критическом состоянии исчезает условная граница, разделяющая эти две фазы вещества. При температурах, выше критической (t > t K), никаким повышением давления перегретый пар (газ) не может быть обращен в жидкость.
Критическая температура - это максимально возможная температура сосуществования двух фаз: жидкости и насыщенного пара. При температурах, больших критической, возможно существование только одной фазы. Название этой фазы (жидкость или перегретый пар) в какой-то степени условно и определяется обычно ее температурой. Все газы являются сильно перегретыми сверх T кр парами. Чем выше температура перегрева (при данном давлении), тем ближе пар по своим свойствам к идеальному газу.
- Водяной пар - газообразное агрегатное состояние воды. Не имеет цвета, вкуса и запаха. Водяной пар - в чистом виде или в составе влажного газа, - находящийся в термодинамическом равновесии с поверхностью влажного вещества, называют равновесным водяным паром.
Содержится в тропосфере.
Образуется молекулами воды при её испарении.
При поступлении водяного пара в воздух он, как и все другие газы, создаёт определённое давление, называемое парциальным. Оно выражается в единицах давления - паскалях.
Водяной пар может переходить непосредственно в твёрдую фазу (десублимация) - в кристаллы льда. Количество водяного пара в граммах, содержащегося в 1 кубическом метре, называют абсолютной влажностью воздуха.
Связанные понятия
Пло́тность во́здуха - масса газа атмосферы Земли на единицу объема или удельная масса воздуха при естественных условиях. Плотность воздуха является функцией от давления, температуры и влажности. Обычно, стандартной величиной плотности воздуха на уровне моря в соответствии с Международной стандартной атмосферой принимается значение 1,2250 кг/м³, которая соответствует плотности сухого воздуха при 15 °С и давлении 101330 Па.
Горе́ние - сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций, сопровождающийся интенсивным выделением тепла. Химическая энергия, запасённая в компонентах исходной смеси, может выделяться также в виде теплового излучения и света. Светящаяся зона называется фронтом пламени или просто пламенем.
Жи́дкий ге́лий - жидкое агрегатное состояние гелия. Представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, кипящую при температуре 4,2 К (для изотопа 4He при нормальном атмосферном давлении). Плотность жидкого гелия при температуре 4,2 К составляет 0,13 г/см³. Обладает малым показателем преломления, из-за чего его трудно увидеть.
Газ , или газообразное состояние (от нидерл. gas, восходит к др.-греч. χάος (háos)) - одно из четырёх основных агрегатных состояний вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью. Частицы газа почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения.
Пар-жидкость-кристалл или ПЖК (в английской литературе - vapor-liquid-solid - VLS)) - механизм роста одномерных структур, таких как нановискеры в процессе химического осаждения из газовой фазы. Рост кристалла вследствие осаждения из газовой фазы обычно протекает очень медленно. Однако возможно введение на поверхность капель катализатора, способного адсорбировать вещество из газа до состояния пересыщенного расплава, из которого и будет происходить его кристаллизация на подложку. Таким образом, физические...
Кондициони́рование во́здуха - автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, относительной влажности, чистоты, скорости движения воздуха) с целью обеспечения оптимальных климатических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса, обеспечения сохранности.
Пиролизный котёл - разновидность твердотопливного, как правило, водогрейного котла, в котором топливо (например, дрова) и выходящие из него летучие вещества сгорают раздельно. Обычно как синоним употребляется название газогенераторный котёл, изредка делают различие. Фактически, пиролиз (разложение и частичная газификация под действием нагревания) происходит при любом способе сжигания твёрдого органического топлива.
Пароочиститель (иногда парогенератор) - прибор, используемый для чистки и дезинфекции поверхностей и материалов, устойчивых к воздействию горячего пара.
Благоро́дные га́зы (также ине́ртные или ре́дкие га́зы) - группа химических элементов со схожими свойствами: при нормальных условиях они представляют собой одноатомные газы без цвета, запаха и вкуса с очень низкой химической реактивностью. К благородным газам относятся гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) и радиоактивный радон (Rn). Формально к этой группе также причисляют недавно открытый оганесон (Og), однако его химические свойства почти не исследованы.
Абсо́рбция (лат. absorptio от absorbere - поглощать) - поглощение сорбата всем объёмом сорбента. Является частным случаем сорбции.
Холодильник (химия) - лабораторный прибор для конденсации паров жидкостей при перегонке или нагревании (кипячении). Используют для отгонки растворителей из реакционной среды, для разделения смесей жидкостей на компоненты (Фракционная перегонка) или для очистки жидкостей перегонкой.
Упоминания в литературе (продолжение)
Парообразная вода – это водяной пар порового пространства почвы. Относительная влажность почвенного воздуха почти всегда близка к насыщению ее парами воды, и уже при влажности почвы свыше ее максимальной гигроскопичности практически равна 100 %. Всякое понижение температуры приводит к конденсации парообразной воды и переводу ее в жидкое состояние, повышение температуры приводит к обратному процессу. Передвижение парообразной воды в поровом пространстве почвы обусловливается упругостью пара (от участков с высокой упругостью водяного пара к участкам с более низкой упругостью), а также вместе с током воздуха. Парообразная вода недоступна растениям, но ее наличие в почве важно в том плане, что она препятствует просушиванию корней растений.
Активация углей может осуществляться посредством обработки водяным паром или специальными химическими реагентами. Активация водяным паром проводится при температуре 800–1000 °C в строго контролируемых условиях. При этом на поверхности пор происходит химическая реакция между водяным паром и углем, в результате чего образуется развитая структура пор и увеличивается внутренняя поверхность угля. С помощью такого процесса можно получать угли, обладающие различными адсорбционными свойствами.
В итоге почти весь водяной пар из состава вулканических газов должен был конденсироваться, формируя гидросферу. В этот первичный океан переходили, растворяясь в воде, и другие компоненты вулканических газов – бо́льшая часть углекислого газа, «кислые дымы», окиси серы и часть аммиака. В результате первичная атмосфера (содержащая – в равновесии с океаном – водяные пары, CO2, CO, CH4, NH3, H2S, инертные газы и являющаяся восстановительной) оставалась тонкой и температура на поверхности планеты не отклонялась сколь-нибудь заметно от точки лучистого равновесия, оставаясь в пределах существования жидкой воды. Это и предопределило одно из главных отличий Земли от других планет Солнечной системы – постоянное наличие на ней гидросферы.
2) относительную влажность (процентное отношение фактического содержания водяного пара в 1 м3 воздуха к потенциальному при данной температуре). Когда водяные пары в атмосфере становятся очевидными, то их можно наблюдать в виде:
При диссоциации водяных паров (они проникают в зону дуги из воздуха, флюса и др.), которая развивается в зоне сварки под воздействием высокой температуры, образуется еще один газ – водород. Он может быть и молекулярным, и атомарным, причем последний хорошо растворяется в расплавленном металле, особенно при повышении температуры. Когда она поднимается до 2400 °C, количество водорода составляет 43 см3 на 100 г металла (это максимальное значение).
Влажность воздуха, различают абсолютную и относительную влажность воздуха. Для характеристики абсолютной влажности пользуются величиной парциального давления водяного пара в воздухе, называемой упругостью водяного пара. Предельное значение упругости соответствует максимально возможному насыщению воздуха водяным паром. Чем выше температура, тем больше будет значение предельной упругости.
Необходимо отметить, что в атмосферном воздухе, помимо газов, имеется определенное количество водяного пара . То количество воды, которое содержится 1 м3 воздуха, принято определять как абсолютную влажность. Единицей ее измерения является г/м3.
Возможно, первая атмосфера Земли содержала много водорода, метана и аммиака, напоминая состав атмосферы внешних планет Солнечной системы. Со временем к этим элементам добавились водяной пар и углекислый газ, выделяющиеся при дегазации вновь образовавшихся скальных пород. Вода вначале оставалась в виде пара, пока жар атмосферы не позволял ей конденсироваться. С другой стороны, столь же вероятно, что первичная атмосфера из водорода, метана и аммиака была по большей части «сдута» излучением Солнца вскоре после своего образования и первая стабильная земная атмосфера сформировалась преимущественно из углекислого газа и водяного пара, выделившихся из недр через фумаролы и вулканы. В любом случае вода, конденсировавшаяся и выпадавшая в виде дождя, когда Земля остыла, несомненно содержала молекулы аммиака, метана и водорода, растворенные в ней. Когда этот раствор подвергался высокоэнергетическому воздействию вроде ударов молний или ультрафиолетового излучения Солнца, могли происходить химические реакции, способствовавшие синтезу сложных органических соединений, таких как аминокислоты, – материала, из которого состоят живые существа.
Ученые-биохимики решили проверить эту гипотезу и в середине прошлого века впервые попытались поставить ряд экспериментов по самозарождению жизни. Они построили лабораторную установку из двух сообщающихся сосудов, в одном из которых была вода, а в другом – модель атмосферы первобытной Земли из смеси газов: водорода, метана, аммиака и водяных паров . Когда ученые создали в такой атмосфере миниатюрную грозу, пропустив серию электрических разрядов, вода в сосуде побурела, а ее химический анализ показал, что там образовалось множество «кирпичиков» живой материи – аминокислот и других органических молекул. При продолжительной циркуляции и непрерывном воздействии электрических разрядов смесь порозовела, а еще через некоторое время потемнела и поменяла цвет на грязновато-красный. Детальные анализы показали, что в ней появились аминокислоты, представляющие собой элементы белковых молекул.
Объем водяных паров в продуктах сгорания складывается из нескольких составляющих: водяного пара, образовавшегося при сгорании водорода топлива, испарившейся влаги топлива и, наконец, влаги, внесенной в топку вместе с теоретически необходимым количеством воздуха:
Вода, как все мы прекрасно знаем, может иметь газообразное состояние, и такая летучая вода называется паром. В воздухе всегда находится определенное количество водяных паров . Взяли мы, к примеру, один кубический метр воздуха, исследовали и выяснили, что в этом кубическом метре присутствует 10 г воды. Вот это количество воды и называется абсолютной влажностью воздуха. Т. е. абсолютная влажность исследуемого воздуха равна 10 г/м3. А может быть 20 г/м3? Теоретически может, но ответить на этот вопрос однозначно нельзя.
Если теплый воздух насыщен водяными парами , то самое незначительное понижение температуры сейчас же вызывает осаждение этих паров в виде росы. «Точка росы» – температура, при которой водяные пары превращаются в капли – тем ближе подходит к температуре самого воздуха, чем больше его влажность.
Еще одним минусом при таком развитии событий является нарушение естественной диффузии водяных паров , что в холодное время вызовет конденсацию пара на внутренней поверхности капитальной стены. Так как влаге уходить будет некуда, то это приведет к тому, что конструкция начнет отсыревать, на ее поверхности и в толще станут развиваться микроорганизмы. В результате санитарно-гигиенические показатели конструкции резко ухудшатся.
Чем выше температура воздуха, тем большее количество паров требуется для его полного насыщения. В гигиеническом отношении наиболее важное значение имеет относительная влажность. Она дает представление о степени насыщения воздуха водяными парами и свидетельствует о возможности отдачи тепла путем испарения. В условиях дефицита влажности воздуха более интенсивно будет протекать отдача тепла при потоотделении.
Впрочем, как я уже говорил вам, у меня есть некоторое количество балласта, который в случае экстренной надобности может дать возможность подняться еще скорее. Клапан, находящийся на верхнем полюсе шара, является только предохраийтельным клапаном. Воздушный шар неизменно содержит одно и то же количество водорода. Подъем и снижение, повторяю, происходит только благодаря изменению его температуры. А теперь, господа, я хочу сообщить вам еще одну подробность: при сгорании водорода и кислорода на конце горелки получаются водяные пары ; поэтому я снабдил нижнюю часть цилиндрического ящика трубкой с клапаном, действующим при давлении в две атмосферы; следовательно, когда пар достигает такого давления, он сам автоматически выходит наружу.
Водород в зоне сварки образуется во время диссоциации водяных паров при высоких температурах дуги. Пары воды попадают в зону дуги из влаги электродного покрытия или флюса, ржавчины и окружающего воздуха. Молекулярный водород распадается на атомарный, который хорошо растворяется в расплавленном металле. Растворимость водорода в железе в значительной степени зависит от температуры металла. При температуре 2400 °С насыщение достигает максимального значения (43 см3 водорода на 100 г металла). При высоких скоростях охлаждения металла водород переходит из атомарного состояния в молекулярное, но полностью выделиться из металла не успевает. Это вызывает пористость и мелкие трещины. Снижение влияния водорода на качество сварного шва достигается сушкой и прокалкой материалов сварки, очисткой от ржавчины и защитой зоны дуги.
Процентное соотношение в воздухе кислорода, углекислого газа, азота, водяных паров , его температура, влажность, а также атмосферное давление, наличие ветра, осадков, пыли оказывают немалое влияние на организм собаки.
Атмосфера состоит на 78% из азота и на 21% из кислорода, оставшийся 1% приходится на все остальные вещества: инертные и другие газы (в том числе углекислый газ СО2 – 0,03%), водяной пар и прочие аэрозоли (так называемые пылевые и жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии). Этот состав практически не изменяется до высоты в несколько десятков километров. Современная атмосфера является в значительной степени продуктом живого вещества биосферы (слоя живого вещества, по В.И. Вернадскому – «пленка жизни»). Полное обновление кислорода планеты живым веществом происходит за 5200–5800 лет. Вся масса кислорода усваивается живыми организмами приблизительно за 2 тыс. лет, а вся углекислота – за 300–395 лет.
Наиболее вероятными претендентами на роль древних парниковых газов являются углекислый (СО2), метан (СН4), аммиак (NН3), закись азота (N2О), карбонилсульфид (OСS), а также, косвенно, азот (N2). (Высокое парциальное давление азота расширяет адсорбционные зоны молекул СО2, СН4 и водяного пара .) NН3, которому отводили роль парникового газа Саган и Мьюллен, а также N2О и OСS из перечня можно сразу вычеркивать: эти газы легко разрушаются ультрафиолетовым излучением и накопиться в атмосфере в достаточно больших количествах не могут. А вот N2, СО2 и СН4 не только устойчивы, но и выделяются в значительных объемах при дегазации мантии (подводные и наземные вулканы, метаморфизм) и в процессе жизнедеятельности различных микробов и, следовательно, могли насытить архейскую атмосферу. Чтобы создать ощутимый парниковый эффект в архейском эоне, правда, понадобилось бы не менее 3 % двуокиси углерода (почти в 100 раз больше, чем ныне). Однако при таких концентрациях этот газ сконденсировался бы в облака, отражающие солнечные лучи, и по мере остывания планеты оседал бы снежными шапками на полюсах, как на Марсе. Кроме того, при высоких концентрациях углекислого газа (?1 %) ультрафиолетовые лучи частично поглощались бы его молекулами, а частично рассеивались, и независимое от массы фракционирование стабильных изотопов серы не происходило бы. Да и сидерита в архейских палеопочвах почти нет, а этот карбонат железа просто-таки обязан был накапливаться при высоком парциальном давлении СО2.
Для снижения влажности углекислого газа рекомендуется установить баллон вентилем вниз и после отстаивания в течение 15 мин осторожно открыть вентиль и выпустить из баллона влагу. Перед сваркой необходимо из нормально установленного баллона выпустить небольшое количество газа, чтобы удалить попавший в баллон воздух. Часть влаги задерживается в углекислоте в виде водяных паров , ухудшая при сварке качество шва. Кроме того, при выходе из баллона, от резкого расширения происходит снижение температуры углекислоты и влага, отлагаясь в редукторе, забивает каналы и даже полностью закрывает выход газа. Для предупреждения замерзания влаги между баллоном и редуктором устанавливают электрический подогреватель.
Не менее повезло людям и с поведением воды при испарении. Вода при испарении (пар) превращается практически в простой газ, плотность которого меньше плотности воздуха, и поэтому вода способна насыщать своими молекулами земную атмосферу, создавая комфортные для человека погодные условия. Если бы водяной пар был заметно тяжелее воздуха, то поверхность всей Земли покрывал бы вечный слой тумана. Жизнь на такой планете трудно себе представить.
Классическим примером такого обмена служит круговорот воды в природе. Благодаря способности к фазовым переходам, вода присутствует в климатической системе в разных ипостасях. Водяной пар и мельчайшие облачные частицы являются «полномочными представителями» воды в атмосфере, снег и лед выполняют ту же роль в криосфере, гидросфера по самой своей сути – царство воды, даже тела многих живых организмов в значительной степени (человека – на 70–80 %) состоят из воды. Каждый фазовый переход сопровождается потреблением или выделением тепла (энергии); при этом общая масса воды во всей системе сохраняется, но происходит перераспределение масс в ее составляющих (рис. 5 и рис. 1 цветной вклейки).
Для сушки жидких продуктов на горячей поверхности в тонком слое применяется кондуктивный способ. В данном случае горячей поверхностью являются полые вальцы, внутри которых циркулирует водяной пар . Сушка на вальцах может осуществляться при атмосферном давлении или в вакууме.
Стационарный психрометр Августа (рисунок 1.3) состоит из двух одинаковых спиртовых термометров. Резервуар одного из них (влажного) обернут гигроскопичной тканью, конец которой опущен в наполняемый дистиллированной водой стаканчик. По ткани к резервуару этого термометра поступает влага взамен испаряющейся. Другой термометр (сухой) показывает температуру воздуха. Показания влажного термометра зависят от содержания водяных паров в воздухе, так как при снижении их массы в единице объема возрастает испарение воды с увлажненной ткани, вследствие чего резервуар охлаждается в большей мере. Определив показания термометров и разность температур, по психрометрической таблице, нанесенной на корпус психрометра, находят относительную влажность воздуха. Вода, испаряясь с поверхности батиста, поглощает тепло, вследствие чего показания влажного термометра меньше, чем сухого.
Первая причина в том, что животное питается растениями, а растения как раз содержат эти вещества. Почему же растения составлены из этих веществ? Растения окружены атмосферой, водой и водяными парами ; они опускают свои корни в почву. Поэтому они и должны содержать эти вещества. Именно: вода дает растению водород и кислород. Почва, растворясь в воде, больше всего несет растениям кальций, фосфор, хлор, серу, натрий, калий, фтор, магний, железо, кремний, марганец, алюминий и т. д. Атмосфера дает кислород, углерод и азот. В ничтожных количествах почва и ее вода содержат и другие элементы, но их количество мало, потому что это редкие вещества или тяжелые и скрытые в недрах земли и потому мало доступные растениям. Если бы на поверхности Земли и в атмосфере преобладали иные элементы, то и состав животных и растений был бы другой.
Парафин – смесь твердых углеводородов – выделяется путем их кристаллизации из так называемой парафиновой массы – смеси твердых и жидких углеводородов, которые получаются при перегонке с водяным паром мазута из некоторых видов нефти, богатых соответствующими твердыми углеводородами. Парафин находит в настоящее время широкое применение не только в промышленности, но и в медицине (парафинотерапия). Остаток после отгона из мазута упомянутых фракций, называемый гудроном или нефтяным пеком, после некоторой обработки находит широкое применение в дорожном строительстве (нефтяной или искусственный асфальт).
Кроме того, в атмосферном воздухе содержатся аргон, гелий, неон, криптон, водород, ксенон и другие газы. В небольшом количестве в атмосферном воздухе присутствуют озон, оксид азота, йод, метан, водяные пары .
К производственным вредностям относятся также неблагоприятные параметры микроклимата производственной среды, водяные пары , образующиеся в процессе варки пищи и мытья посуды, мучная пыль, продукты термического разложения жира, возникающие при жаренье и выпечке кондитерских изделий.
Евролан ДС1 – готовая к применению жидкая суспензия на синтетической основе, образующая эластичную изолирующую пленку. Материал обеспечивает требуемую защиту от водяного пара на разных основаниях. Он обладает диффузионной стойкостью, высокой адгезией, прочностью на растяжение до 450 %, долговечностью под воздействием влаги. Нанесение материла Евролан ДС1 выполняется в 2–3 слоя методом напыления на высохший слой Суперфлекс 1.
Хорошо растворяется в воде, негорючий, однако при нагревании емкости может взрываться. Отравление происходит туманом соляной кислоты, образующейся при взаимодействии газа с водяными парами воздуха. Пары действуют на организм как через органы дыхания, так и через кожу, оказывая сильное раздражающее действие на органы дыхания. В организме человека вызывает поражение и некроз клеток. Острое отравление сопровождается охриплостью голоса, удушьем, насморком, кашлем. При высоких концентрациях – раздражение слизистых, конъюктивит, помутнение роговицы, чувство удушья, хрипы, рвота, потеря сознания. Сильное раздражающее действие на кожу, при ожоге обычно возникает серьезное воспаление с пузырями. Длительное воздействие малых концентраций вызывает катары верхних дыхательных путей, быстрое разрушение эмали зубов, изъязвление слизистой оболочки носа. Предельно допустимая концентрация в рабочих помещениях – 0,005 г/м3, при 0,015 мг/м3 происходит раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, концентрации 0,05- 0,07 мг/м3 переносятся с трудом.
Гигрофиты – растения, живущие в местах, где воздух насыщен водяными парами , а почва содержит много капельножидкой влаги – на заливных лугах, болотах, в сырых тенистых местах в лесах, на берегах рек и озер. Гигрофиты испаряют очень много влаги за счет устьиц, которые нередко располагаются на обеих сторонах листа. Корни мало-разветвленные, листья большие.
Тема 2. Основы теплотехники.
Теплотехника - это наука, изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты. Тепловая энергия получается при сжигании органических веществ, называемых топливом.
Основы теплотехники составляют:
1. Термодинамика - наука, изучающая превращение энергии тепла в другие виды энергии (например: тепловая энергия в механическую, химическую и т. д.)
2. Теплопередача - изучает теплообмен между двумя теплоносителями через поверхность нагрева.
Рабочим телом является теплоноситель (водяной пар или горячая вода), который способен передавать теплоту.
В котельной теплоносителем (рабочим телом) является горячая вода и водяной пар с температурой 150°С или водяной пар с температурой до 250°С. Для отопления жилых и общественных зданий используется горячая вода, это связано, с санитарно-гигиеническими условиями, возможностью легкого изменения ее температуры в зависимости от температуры наружного воздуха. Вода обладает значительной плотностью по сравнению с паром, что позволяет передавать на большие расстояния значительное количество тепла при небольшом объеме теплоносителя. В систему отопления зданий вода подается с температурой не выше 95°С во избежание пригорания пыли на приборах отопления иожогов от систем отопления. Пар используется для отопления промышленных зданий и в производственно-технологических системах.
Параметры рабочего тела
Теплоноситель, получая или отдавая тепловую энергию, изменяет свое состояние.
Например: Вода в паровом котле нагревается, превращается в пар, который имеет определенную температуру и давление. Пар поступает в пароводяной подогреватель, сам охлаждается, превращается в конденсат. Температура нагреваемой воды увеличивается, температура пара и конденсата понижается.
Основными параметрами рабочего тела являются температура, давление, удельный объем, плотность.
t, P- определяется приборами: манометрами, термометрами.
Удельный объем и плотность является расчетной величиной.
1. Удельный объем - объем занимаемый единицеймассы вещества при
0°С и атмосферном давлении 760 мм.рт.ст. (при нормальных условиях)
где: V- объем (м 3); m- масса вещества (кг); стандартное условие: Р=760мм р.ст. t=20 о С
2. Плотность
- отношение массы вещества к его объему. 
каждое вещество имеет свою плотность:
В практике применяется относительная плотность – отношение плотности данного газа к плотности стандартного вещества (воздуха) при нормальных условиях (t° = 0°С: 760 мм. рт.ст.)
Сравнивая плотность воздуха с плотностью метана, мы можем определить из каких мест брать пробу на наличие метана.
получаем,
газ легче воздуха, значит, он заполняет верхнюю часть любого объема, проба берется из верхней части топки котла, колодца, камер, помещения. Газоанализаторы устанавливаются в верхней части помещений.
(мазут легче, занимает верхнюю часть)
Плотность угарного газа почти, такая как у воздуха, поэтому проба на угарный газ берется в 1.5 метров от пола.
3. Давление - эта сила, действующая на единицу площади поверхности.
Давление силы, равной 1Н, равномерно распределенное на поверхности 1м 2 принято за единицу давления и равно 1Па (Н/м 2) в системе СИ (сейчас в школах, в книгах все идет в Па, приборы тоже стали в Па).
Величина Па мала по значению, пример: если взять 1 кг воды разлить на 1 метр получаем 1 мм.в.ст. ,поэтому вводятся множители и приставки- МПа, КПа…
В технике применяются более крупные единицы измерения
1кПа=10 3 Па; 1МПа=10 б Па; 1ГПа=10 9 Па.
Вне системные единицы измерения давления кгс/м 2 ; кгс/см 2 ;мм.в.ст;мм.р.ст.
1 кгс/м 2 = 1 мм.в ст =9,8 Па
1 кгс/см 2 = 9,8 . 10 4 Па ~ 10 5 Па = 10 4 кгс/м 2
Давление не редко измеряют в физических и технических атмосферах.
Физическая атмосфера - среднее давление атмосферного воздуха на уровне моря при н.у.
1атм = 1,01325 . 10 5 Па = 760 мм рт.ст. = 10,33 м вод. ст = 1,0330 мм в. ст. = 1,033 кгс/ см 2 .
Техническая атмосфера- давление вызываемое силой в 1кгс равномерно распределенное по нормальной к ней поверхности площадью в 1см 2 .
1ат = 735 мм рт. ст. = 10 м. в. ст. = 10.000 мм в. ст. = =0,1 МПа= 1 кгс/см 2
1 мм в. ст. - сила, равная гидростатическому давлению водяного столба высотой в 1 мм на плоское основание 1мм в. ст = 9,8 Па.
1 мм. рт. ст - сила, равная гидростатическому давлению столба ртути высотой 1 мм на плоское основание. 1 мм рт. ст. = 13,6 мм. в. ст.
В технических характеристиках насосов вместо давления употребляется термин напор. Единицей измерения напора является м. вод. ст. Например: Напор создаваемый насосом равен 50 м вод. ст. это значит, он может поднять воду на высоту 50 м.
Виды давления : избыточное, вакуум (разрежение, тяга), абсолютное, атмосферное .
Если стрелка отклоняется в строну большую нуля то это избыточное давление, в меньшую – разряжение.
Абсолютное давление:
Р абс =Р изб +Р атм
Р абс =Р вак +Р атм
Р абс =Р атм -Р разр
где: Р атм =1 кгс/см 2
Атмосферное давление - среднее давление атмосферного воздуха на уровне моря при t° = 0°С и нормальном атмосферном Р =760 мм. рт. ст.
Избыточное давление - давление выше атмосферного (в замкнутом объеме). В котельных под избыточным давлением находятся вода, пар в котлах и трубопроводах. Р изб. измеряется приборами манометрами.
Вакуум (Разрежение) - давление в замкнутых объемах меньше атмосферного (вакуум). Топки и дымоходы котлов находятся под разрежением. Разрежение измеряется приборами тягомерами.
Абсолютное давление - избыточное давление или разрежение с учетом атмосферного давления.
По назначению давление бывает:
1). Русловное - наибольшее давление при t=20 o С
2). Ррабочее – максимально избыточное давление в котле, при котором обеспечивается длительная работа котла при нормальных условиях эксплуатации (указывается в производственной инструкции).
3). Рразрешенное - максимально допустимое давление, установленное по результатам технического освидетельствования или контрольного расчета на прочность.
4). Ррасчетное – максимально избыточное давление, на котором производится расчет прочность элементов котла.
5). Рпробное - избыточное давление, при котором производят гидравлические испытания элементов котла на прочность и плотность (один из видов технического освидетельствования).
4. Температура - это степень нагретости тела, измеряется в градусах. Определяет направление самопроизвольной передачи тепла от более нагретого к менее нагретому телу.
Передача тепла будет иметь место до того момента пока температуры не станут равными, т. е. наступит температурное равновесие.
Используются две шкалы: международная - Кельвина и практическая Цельсия t °С.
За ноль в этой шкале принята температура плавления льда, за сто градусов – температура кипения воды при атм. давлении (760 мм рт. ст.).
За начало отсчета в термодинамической шкале температур Кельвина применят абсолютный нуль (низшая теоретически возможная температура, при которой отсутствует движение молекул). Обозначается Т.
1 Кельвин по величине равен 1° шкалы Цельсия
Температура таяния льда равна 273К. Температура кипения воды равна 373К
Т=t + 273; t = T-273
Температура кипения зависит от давления.
Например, При Р аб c = 1,7 кгс/см 2 . Вода кипит при t = 115°С.
5. Теплота - энергия, которая может передаваться от более нагретого тела к менее нагретому.
В системе СИ единицей измерения теплоты и энергии является Джоуль (Дж). Внесистемная единица измерения теплоты - калория (кал.).
1 кал. - количество теплоты необходимое для нагрева 1 г Н 2 О на 1°С при
Р = 760 мм. рт.ст.
1 кал. =4,19Дж
6.Теплоемкость – способность тела поглощать теплоту. Для того чтобы два различных вещества с одинаковой массой нагреть до одинаковой температуры, нужно затратить различное количество теплоты.
Удельная теплоемкость воды – количество тепла которое необходимо сообщить единицей вещества чтобы повысить его t на 1°С, равна 1 ккал/кг град.
Способы передачи теплоты.
Различают, три способа переноса теплоты:
1.теплопроводность;
2.излучение (радиация);
3.конвекция.
Теплопроводность-
Перенос теплоты вследствие теплового движения молекул, атомов и свободных электронов.
Каждое вещество имеет свою теплопроводность, она зависит от химического состава, структуры, влажности материала.
Количественной характеристикой теплопроводности является коэффициент теплопроводности этоколичество теплоты, передаваемые через единицу поверхности нагрева в единицу времени при разности t в о С и толщине стенки в 1 метр.
Коэффициент теплопроводности ( ):
Медь = 330 ккал . м/м 2. ч . град
Чугун = 5 4 ккал . м/м 2. ч . град
Сталь =39 ккал . м/м 2. ч . град
Видно что: хорошей теплопроводностью обладают металлы, лучше всего медь.
Асбест =0,15 ккал . м/м 2. ч . град
Сажа =0,05-0, ккал . м/м 2. ч . град
Накипь =0,07-2 ккал . м/м 2. ч . град
Воздух =0,02 ккал . м/м 2. ч . град
Слабо проводят теплоту пористые тела (асбест, сажа, накипь).
Сажа затрудняет передачу тепла от топочных газов к стенке котла (проводит тепло хуже стали в 100 раз), что приводит к перерасходу топлива, снижению выработки пара или горячей воды. При наличии сажи повышается температура уходящих газов. Все это ведет и уменьшению КПД котла. При работе котлов ежечасно по приборам (логометр) контролируется t ух.газов, значения которых указаны в режимной карте котла. Если t ух.газов повысилась то производится обдувка поверхности нагрева.
Накипь образуется внутри труб (в 30-50 раз хуже проводит тепло, чем сталь), тем самым уменьшает теплопередачу от стенки котла к воде, в результате стенки перегреваются, деформируются, разрываются (разрыв труб котла). Накипь в 30-50 раз хуже проводит тепло, чем сталь
Конвекция -
Перенос теплоты перемешиванием или перемещением частиц между собой (характерна только для жидкостей и газов). Различают конвекцию естественную и принудительную.
Естественная конвекция - свободное движение жидкости или газов за счет разности плотностей неравномерно нагретых слоев.
Принудительная конвекция - вынужденное движение жидкости или газов за счет давления или разрежения, создаваемых насосами, дымососами и вентиляторами.
Способы увеличения конвективного теплообмена:
§ Увеличение скорости потока;
§ Турбулизация (завихрение);
§ Увеличение поверхности нагрева (за счет установки ребер);
§ Увеличение разности температур между греющей и нагреваемой средами;
§ Противоточное движение сред (противоток) .
Излучение (радиация)-
Теплообмен между телами находящимися на расстоянии друг от друга за счет лучистой энергии, носителями которой являются электромагнитные колебания: происходит превращение тепловой энергии в лучистую и наоборот, из лучистой в тепловую.
Излучение наиболее эффективный способ передачи теплоты, особенно если изучающее тело имеет высокую температуру, а лучи направлены перпендикулярно к нагреваемой поверхности.
Для улучшения теплообмена излучением в топках котлов выкладываются из огнеупорных материалов специальные щели, которые одновременно являются излучателями теплоты и стабилизаторами горения.
Поверхность нагрева котла – поверхность, с которой с одной стороны омывается газами с другой стороны водой.
Рассмотренные выше 3 вида теплообмена в чистом виде встречаются редко. Практически один вид теплообмена сопровождается другим. В котле присутствуют все три вида теплообмена, который называется сложным теплообменом.
В топке котла:
А) от факела горелки к внешней поверхности труб котла- излучением.
Б) от образующихся дымовых газов к стенке –конвекцией
В) от внешней поверхности стенки трубы к внутренней- теплопроводностью.
Г) от внутренней поверхности стенки трубы к воде, циркуляцией вдоль поверхности – конвекцией.
Перенос теплоты от одной среды к другой через разделительную стенку называется теплопередачей.
Вода, водяной пар и его свойства
Вода простейшая устойчивая в обычных условиях химическое соединение водорода с кислородом, наибольшая плотность воды 1000кг/м 3 при t=4 о С.
Вода, как и всякая жидкость, подчиняется гидравлическим законам. Она почти не сжимается, поэтому обладает способностью передавать давление, оказываемое на нее во все стороны с одинаковой силы. Если несколько сосудов разной формы соединить между собой, то уровень воды будет одинаковый везде (закон сообщающихся сосудов).
