Насыщенный и перегретый пар и их параметры

Насыщенным называется пар, находящийся в равновесном состоянии с жидкостью. Температура такого пара зависит от давления, т.е. определённому давлению насыщенного пара соответствует определённая температура.

Насыщенный пар может быть сухим и влажным. Сухой пар не содержит жидкости. Влажный насыщенный пар – это смесь пара с жидкостью, равномерно распределённой по его массе.

Состояние сухого насыщенного пара определяется только одним параметром – давлением или температурой.

Состояние влажного насыщенного пара определяется двумя параметрами: давлением или температурой и степенью сухости.

Степенью сухости (Х) – называется массовая доля сухого пара в составе водяного пара.

Теплосодержание (энтальпия) насыщенного пара слагается из тепла нагрева жидкости до температуры испарения С_В (t_К - t_Н) и скрытой теплоты парообразования или теплоты испарения (r).

I_Н = С_В (t_К - t_Н) + r [кДж/кг ^о С].

Теплота парообразования r, характеризуется количеством теплоты, необходимым для превращения 1 кг воды в сухой насыщенный пар.

При температуре 374^оС и давлении 2,25 МПа вся масса воды мгновенно превращается в пар без дополнительной затраты теплоты, т.е. образуется перегретый пар, температура которого выше температуры насыщенного пара того же давления. Этот пар не имеет определённой зависимости между температурой и давлением.

Разность температур перегретого и насыщенного пара того же давления называется степенью перегрева.

Теплосодержание (энтальпия) перегретого пара – это сумма теплосодержания насыщенного пара и теплоты перегрева.

I_П = I_Н +С_П (t_П - t_Н) [кДж/кг ^о С],

где С_П – теплоёмкость перегретого пара; (t_П - t_Н) – температура перегрева (степень перегрева); t_Н – температура насыщенного пара.

Для тепловой обработки тяжёлого бетона рекомендуется применять влажный или сухой насыщенный пар. Такой пар создаёт в камере паровоздушную среду со 100% относительной влажностью (φ, %), в которой практически не происходит испарения влаги из бетона, т.к. пар легко конденсируется на поверхности изделия и нагревает его.

Конденсация перегретого пара наступает после того, когда он потеряет теплоту перегрева, т.е. когда его температура понизится до температуры насыщенного пара. В результате перехода перегретого пара в состояние насыщенного пара происходит удаление влаги из бетона, т.е. – сушка, а это не допустимо. При этом бетон теряет часть влаги, которая участвует в физико-химических процессах гидратации клинкерных минералов (С₃S, C₂S, C₃A, C₄AF), что существенно снижает прочность изделий.

Параметры влажного воздуха

Тепловая обработка бетона обычно производится во влажном воздухе, состоящим из смеси сухого воздуха и водяного пара, которые образуют паровоздушную смесь, подчиняющуюся закону Дальтона: если в одном и том же объёме заключены два различных газа, то каждый газ заполняет весь объём, как если бы другого газа не было.

Давление любого из этих газов называется парциальным давлением, а общее давление смеси газов равно сумме их парциальных давлений

Р = Р_В + Р_П,

где Р_В и Р_П – соответственно парциальные давления воздуха и пара.

При тепловой обработке бетона важное значение имеет степень насыщения воздуха паром, которая определяется относительной влажностью φ (%), т.к. от этого показателя зависит интенсивность испарения влаги из бетона.

Относительной влажностью называется отношение массы водяного пара, содержащегося в 1м³ воздуха ρ_П, к предельному его содержанию ρ_Н при том же объёме, температуре и давлении

φ = ρ_П / ρ_Н × 100 %.

Максимально возможное количество водяных паров в воздухе называется состоянием насыщения ρ_Н, а температура, при которой происходит насыщение – точкой росы, или температурой насыщения t_Н.

Лекция 2