18.Водяной пар. Основные понятия

Многие газообразные тела (с примесью одноименной жидкости в виде взвешенных мелкодисперсных частиц или без нее) принято называть парами.

Образование пара из одноименной жидкости происходит посредством ее испарения или кипения. Между этими двумя процессами существует принципиальное различие.

Испарение жидкости может происходить лишь с открытой поверхности.

К ипение жидкости может происходить и при отсутствии открытой поверхности. Сущность его состоит в том, что генерация пара происходит в основном в объеме самой жидкости.

Для выявления основных особенностей процесса парообразования рассмотрим испарение жидкости в ограниченное пространство при постоянном давлении.

Предположим, что жидкость находится в сосуде достаточно большого объема верхняя часть которого первоначально заполнена сухим воздухом. Постоянство давления в сосуде обеспечивается обратным клапаном. Наиболее подвижные молекулы в жидкости отрываются от ее поверхности и переходят в свободное пространство, в котором образуется паровоздушная смесь. В сосуде одновременно происходят процессы испарение жидкости и конденсации пара. Пока концентрация молекул пара в паровоздушной смеси мала, первый процесс превалирует над вторым и количество жидкости уменьшается, а количество пара увеличивается. Вместе с этим увеличивается и парциальное давление пара в паровоздушной смеси, парциальное же давление воздуха уменьшается, ибо избыток его удаляется в окружающую среду через обратный клапан и суммарное давление паровоздушной смеси остается неизменным.

С повышением парциального давления пара скорость испарения жидкости уменьшается, а скорость обратной конденсации пара возрастает и наступает момент, когда скорости обоих процессов становятся одинаковыми и в паровоздушной смеси устанавливается постоянное парциальное давление пара.

Пар какого-либо вещества, находящийся в динамическом равновесии с одноименной жидкостью, называется насыщенным паром.

Температура и давление насыщенного пара взаимосвязаны и каждой температуре соответствует вполне определенное давление насыщения. Так, например, у воды температуре 30°С соответствует давление насыщения около 0,04 бар, температуре 60 °С около 0,2 бар и т. д.

По мере роста температуры паровоздушной смеси содержание воздуха в ней уменьшается за счет вытеснения его паром через обратный клапан и наступит момент, когда в верхней его части остается один лишь насыщенный пара.

Давление насыщенного пара становится равным давлению окружающей среды, под которым все время находилась жидкость, а потому становится возможным кипение жидкости.

Температура, при которой давление насыщения становится равным внешнему давлению на жидкость, называется температурой кипения; она является функцией внешнего давления и с увеличением его возрастает. Так например, для воды при нормальном давлении она равна 100 °С, при давлении 16 бар около 1200°С, при давлении 85 бар около 300 °С и т. д.

После начала кипения в рассматриваемом нами сосуде продолжение подвода тепла сопровождается дальнейшим парообразованием, причем давление в нем сохраняется неизменным, так как излишки пара вытесняются через обратный клапан. Соответственно этому неизменной остается и температура, как пара, так и самой жидкости. Такой процесс продолжается до полного выкипания жидкости, и, в конце концов, наступает момент, когда весь сосуд оказывается заполненным лишь насыщенным паром, температура которого еще равна температуре кипения.

Пар какого-либо вещества, не содержащий в себе одноименной жидкости и имеющий температуру кипения при данном давлении, называется сухим насыщенным паром.

Всякий дополнительный подвод тепла к нему сопровождается повышением температуры. Кроме того, в сосуде возникает тенденция к повышению давления, поэтому, по мере подвода тепла часть пара удаляется из него через обратный клапан.

Пар какого-либо вещества, температура, которого превышает температуру кипения при данном давлении, называется перегретым паром.

Параметры сухого насыщенного пара можно определить зная или Р или Т. Состояние перегретого пара, который считается идеальным газом, можно определить по значению двух независимых параметров (Р и Т)

Поскольку до полного превращения в жидкость температура влажного пара остается неизменной и не может быть использована для характеристики его состояния, вместо нее применяется другой параметр, специфичный для этого случая – степень сухости х. .

Таким образом, состояние влажного пара определяется значения двух независимых параметров, которых наиболее часто используются давление и степень сухости.