Пар – понятия и наблюдения

Представим себе добрый старый чайник дома на плите. Заполненным водой мы ставим его на конфорку и включаем подачу тепла. Спустя некоторое время начинается парообразование и пар выделяется из носика чайника. Что же происходит в заполненном водой чайнике с момента начала теплового воздействия до момента выхода пара из него?

Как только чайник был установлен на конфорку, начинается процесс теплопередачи, в нашем случае от газовой горелки под чайником. По мере повышения температуры воды на стенках чайника образуются пузырьки газа. Через некоторое время эти пузырьки поднимаются на поверхность воды. При этом выводятся растворенные в воде газы, а также воздух.

Наблюдение 1

В зависимости от того, как быстро поднимается температура воды, снижается растворимость содержащихся в ней газов. Этого феномена коснемся при описании процессов в деаэраторе.

В процессе нагрева воды сначала образуются небольшие пузырьки на дне котла. Эти пузырьки также поднимаются, однако исчезают еще до достижения поверхности воды. В этом случае речь идет не о пузырьках газа, а о небольших пузырьках пара, который конденсируется, как только достигает более холодного слоя воды. Температура воды у дна составляет теперь 100°С, однако в верхних слоях еще нет. Заметно, что по истечении некоторого времени пузырьки пара достигают верхних слоев воды. По мере повышения температуры воды в котле становится также отчетливо заметным подъем уровня воды. Начиная с момента, когда образуются пузырьки пара, уровень воды значительно повышается.

Наблюдение 2

Вода расширяется по мере нагревания.

Общий объем паровых пузырьков в 1700 раз больше объема воды, из которого эти пузырьки образуются.

В момент времени «Х» температура всего содержимого котла достигает значения 100°С. Периодически поднимаются пузырьки пара на поверхность воды и покидают водяное пространство. Вода начинает кипеть и пар выходит из котла. Измерения температуры котловой воды и исходящего пара показывают одно и то же значение, а именно 100°С.

Если увеличить подвод тепловой энергии (например, открытием газовой арматуры), то количество пузырьков пара будет увеличиваться. Если и дальше увеличивать подвод тепловой энергии, то не смотря на это температура воды и отделяющегося пара будет оставаться на уровне 100°С, потому что атмосферное давление не изменяется.

Наблюдение 3

При атмосферных условиях, а именно при атмосферном давлении 1031 мбар вода испаряется при температуре 100°С. При атмосферных условиях и температуре более 100°С вода может находиться в агрегатном состоянии жидкости. Пар, образующийся из воды с температурой 100°C, имеет такую же температуру как и вода.

Если рассмотреть весь тепловой процесс, то можно установить, что вода на стадии испарения находится в состоянии, которое называется «насыщенной водой». В этом состоянии вода не может более принимать энергию без изменения ее агрегатного состояния (например испарения). Энтальпия (теплосодержание) воды в этом состоянии определяется как ее тепловая энергия насыщения и обозначается символом h’.

При дальнейшем нагревании вода начинает испаряться. Чтобы продолжить этот процесс и довести его до состояния полного испарения, необходимо передать жидкости гораздо большее количество тепловой энергии, чем ее теплосодержание насыщения. Это понятие «теплота парообразования» обозначается символом r. Общая энтальпия полученного пара определяется суммой теплосодержания насыщенной воды и теплоты парообразования и обозначается символом h”:

Уже упоминалось, что при нормальных атмосферных условиях при 1013 мбар температура кипения составляет 100°С. При давлении 1000 мбар (1 бар) вода начинает испаряться уже при 99,6°С. Далее для упрощения и лучшего понимания принято, что испарение воды при давлении 1 бар происходит при температуре 100°С.

Источник: "Рекомендации по применению оборудования ARI. Практическое руководство по пару и конденсату. Требования и условия безопасной эксплуатации. Изд. ARI-Armaturen GmbH & Co. KG 2010" /p>

Получить консультацию и приобрести оборудование ARI-Armaturen можно по телефону (495) 268-0-242.