Андрей Смирнов
Время чтения: ~20 мин.
Просмотров: 1

Водяной пар: белый или прозрачный, формула, закон дальтона

Рубрики

  • Oтдых на водах (119)
  • Аква стиль (75)
  • Ветер странствий (79)
  • Водные процедуры (31)
  • Вопросы — Ответы (45)
  • Гид (76)
  • Живая вода (134)
  • Животные (106)
  • Заповедники (127)
  • Здоровье (110)
  • Консультация (66)
  • Моря и океаны (235)
  • Мысли вслух (57)
  • Национальный парк (91)
  • Необходимо знать (301)
  • Новости (67)
  • Образ воды (52)
  • Озера и Реки (99)
  • Парад технологий (97)
  • Питьевая вода (62)
  • Планета Земля (173)
  • Поговорим по душам (176)
  • Путешествие в историю (60)
  • Растения (158)
  • Республика (142)
  • Решаем проблему вместе (100)
  • Рыбы (64)
  • Сад (159)
  • Свойства воды (39)
  • Скважины и колодцы (60)
  • События (66)
  • Туризм (186)
  • Увлечения и хобби (44)
  • Физическая География (113)
  • Фотоальбом (183)
  • Цветы и цветки (124)

Инвариантная энтальпия в релятивистской термодинамике

При построении релятивистской термодинамики (с учётом специальной теории относительности) обычно наиболее удобным подходом является использование так называемой инвариантной энтальпии — для системы, находящейся в некотором сосуде.

При этом подходе температура T{\displaystyle T} определяется как лоренц-инвариант. Энтропия S{\displaystyle S} — также инвариант. Поскольку стенки влияют на систему, наиболее естественной независимой переменной является давление p{\displaystyle p}, в связи с чем в качестве термодинамического потенциала удобно брать именно энтальпию.

Для такой системы «обычная» энтальпия и импульс системы g→{\displaystyle {\vec {g}}} образуют 4-вектор, и за определение инвариантной энтальпии, одинаковой во всех системах отсчёта, берётся инвариантная функция этого 4-вектора:

H=(U+pV)2−c2g→2.{\displaystyle H={\sqrt {\left(U+p\,V\right)^{2}-c^{2}{\vec {g}}^{2}}}.}

Основное уравнение релятивистской термодинамики записывается через дифференциал инвариантной энтальпии следующим образом:

dH=TdS+V1−v2c2dp+μdN.{\displaystyle dH=T\,dS+{\frac {V}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}\,dp+\mu \,dN.}

Пользуясь этим уравнением, можно решить любой вопрос термодинамики движущихся систем, если известна функция H(S,p,N){\displaystyle H(S,p,N)}.

Примеры

Неорганические соединения (при 25 °C)стандартная энтальпия образования
Хим соединениеФаза (вещества)Химическая формулаΔ Hf кДж/моль
АммиаксольватированныйNH3 (NH4OH)−80.8
АммиакгазообразныйNH3−46.1
Карбонат натриятвёрдыйNa2CO3−1131
Хлорид натрия (соль)сольватированныйNaCl−407
Хлорид натрия (соль)твёрдыйNaCl−411.12
Хлорид натрия (соль)жидкийNaCl−385.92
Хлорид натрия (соль)газообразныйNaCl−181.42
Гидроксид натриясольватированныйNaOH−469.6
Гидроксид натриятвёрдыйNaOH−426.7
Нитрат натриясольватированныйNaNO3−446.2
Нитрат натриятвёрдыйNaNO3−424.8
Диоксид серыгазообразныйSO2−297
Серная кислотажидкийH2SO4−814
Диоксид кремниятвёрдыйSiO2−911
Диоксид азотагазообразныйNO2+33
Монооксид азотагазообразныйNO+90
ВодажидкийH2O−286
ВодагазообразныйH2O−241.8
Диоксид углеродагазообразныйCO2−393.5
ВодородгазообразныйH2
ФторгазообразныйF2
ХлоргазообразныйCl2
БромжидкийBr2
БромгазообразныйBr230.73

Возможности пара

Используются термодинамические свойства водяного пара, а также воды и в современной жизни. На атомных электростанциях, тепловых станциях используется водяной контур, который позволяет переводить энергию тепла в энергию движения, а затем и в электрическую. Если бы этого свойства воды не знали, то, вероятно, до сих пор в мире не было бы больших электрических мощностей. Что касается самого водяного контура, то здесь принцип почти такой же, что и много лет назад: перемещение пара заставляет вращаться турбину, которая в свою очередь за счет движения вырабатывает ток. А вот конденсируемая влага также отдает свое тепло – оно расходуется на иные нужды. В некоторых случаях мы можем увидеть даже пар под водой. Так или иначе, но свойства воды очень интересные, как и свойства пара.

Значение водяного пара для экосистемы Земли и его влияние на климат нашей планеты

Водяной пар активно участвует в создания парникового эффекта на Земле. Его влияние на климат планеты весьма значительно

Поэтому к нему приковано внимание многих ученых, занимающихся данной проблематикой

Водяной пар активно участвует во многих химических процессах происходящих в атмосфере, стратосфере, топосфере.

Водяной пар является незаменимым элементом такого важного для нашей планеты процесса как Круговорот воды в природе (глобальный гидрологический цикл). Повышение интенсивности круговорота воды в природе приведет к весьма плачевным для человечества результатам — экстремальные осадки, наводнения, засухи …

Дополнительная информация:

Длина связи O-H 0,0957 нм, валентный угол H-O-H 104,5 градусов, энергия ионизации 12,6 эВ, сродство к протону 7,1 эВ. Электрическое сопротивление льда при 0 С = 0,4 мкОм.м, жидкой воды при 0 С = 1,47 мкОм·м, жидкой воды при 50 С = 18,9 мкОм·м. Коэффициент диффузии паров в воздухе = 0,216*(T/273)1,8 см2/с (T=273-1493 К).

«Справочник химика» т.3, Л.-М.: Химия, 1965 стр. 907
«Физические величины» под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З., М.:Энергоатомиздат 1991 стр. 332, 370
«Химическая энциклопедия» т.1 М.: Советская энциклопедия, 1988 стр. 394-397
Гордон А., Форд Р. «Спутник химика» М.: Мир, 1976 стр. 462
Девяткин В.В., Ляхова Ю.М. «Химия для любознательных, или о чем не узнаешь на уроке» Ярославль:Академия Холдинг, 2000 стр. 46
Рабинович В.А., Хавин З.Я. «Краткий химический справочник» Л.: Химия, 1977 стр. 59

Пар для движения

Пар регулярно используется для приведения в движение (в качестве движущей силы) в паровых турбинах. Паровая турбина — это часть оборудования, которая необходима для производства электроэнергии на тепловых электростанциях. Прогресс в увеличении эффективности был достигнут за счет применения всё более и более высоких температуры и давления.
Существует несколько тепловых электростанций, которые используют в своих турбинах сухой сверхкритический пар с абсолютным давлением 25 МПа, 610 °C.

Сухой пар часто используется в паровых турбинах для предотвращения повреждений оборудования, вызванных притоком конденсата. Однако на некоторых атомных электростанциях следует избегать использования высокотемпературного пара, так как это может стать причиной проблем с материалом, используемым в турбине. Вместо него обычно используется насыщенный пар высокого давления. В тех случаях, когда необходимо использовать насыщенный пар, в подводящей трубе часто устанавливают сепараторы для удаления конденсата из потока.

Помимо выработки электроэнергии, пар для движения служит для работы турбокомпрессоров или турбонасосов (газовых компрессоров, градирен и т.д.).

Генераторная турбина

Для просмотра файла необходим Flash Player

Движущая сила пара поворачивает лопасти, которые в свою очередь запускают ротор подключенного электрогенератора, и именно благодаря этому вращению и производится электричество.

Насыщенный водяной пар

Вернемся к эксперименту. Итак, у нас в закрытой банке жидкость. Что происходит? Испарение воды. Процесс начинается при низкой плотности воздуха. Благодаря пару, давление на поверхность жидкости возрастает, оно препятствует движению молекул. Их все меньше и меньше отрывается от воды. Наступает момент, когда образуются капли влаги. Этот процесс называется «конденсация». Когда скорость образования пара равна скорости конденсации, возникает термодинамическое равновесие. Пар в этот момент считается насыщенным. Жидкость и газ уравновешивают друг друга. Такое состояние достигается при определенных условиях, важные параметры:

  1. Температура, изменение на долю градуса нарушает равновесие. При повышении парообразование ускоряется, при понижении увеличивается процесс конденсации влаги.
  2. Давление, при его понижении молекулы жидкой фазы свободнее передвигаются, отрываются от поверхности, начинается испарение воды.

Почему не учитывается объем банки? Он не меняет термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения. Допустим, крышка экспериментальной банки опустилась ниже, объем уменьшился. К чему это приведет? Пар будет ускоренно конденсироваться до момента равновесия. При увеличении объема ускорится парообразование, но замкнутая система опять придет в равновесное состояние.

Изучая термодинамику, легко понять, почему пар обжигает сильнее воды той же температуры. Что такое кипение? Состояние, при котором жидкая фаза активно превращается в парообразное состояние. Следовательно, происходит обратный процесс конденсации, он сопровождается выделением теплоты. За счет этого ожог от пара сильнее.

Удельная теплоемкость возрастает, если повышается температура воды. Процесс парообразования виден в момент кипения. При повышении давления температура газов достигает 200°С, это свойство используется в теплотехнике, горячим, вязким паром заполняют теплообменники.

Давление насыщенного водяного пара

Формула p=nkT указывает на прямую зависимость давления идеального газа (p) и его температуры (Т). Параметр n –число молекул, содержащихся в заданном объеме, характеризует плотность пара. Постоянная Больцмана k устанавливает взаимосвязь температуры с энергией образования вещества (энтальпия).

Пар нельзя сравнивать с идеальным газом. Его давление при повышении температуры растет быстрее из-за повышения плотности. Концентрация частиц в неизменном объеме возрастает. Эти особенности свойств водяного пара необходимо учитывать при расчетах давления насыщенного водяного пара. Если в идеальном газе возрастает энергия ударов молекул о стенки сосуда, то в насыщенном паре существенно возрастает число ударов за счет увеличения концентрации активных частиц.

Плотность насыщенного водяного пара

Плотностью называется отношение массы вещества к его объему. Этот параметр характеризует расстояние между отдельными молекулами. В жидкой фазе они сцепляются между собой, в твердой расположены симметрично относительно друг друга. В газообразном находятся на произвольном удаленном расстоянии, чем объясняется отличие плотности водяного пара от плотности воды.

Теперь подробно рассмотрим, какое влияние оказывает на плотность насыщенных водяных паров изменение температуры. Она непостоянна из-за изменения массы газообразной фазы:

  • при повышении температуры она возрастает за счет ускорения испарения;
  • при понижении – падает, вода активно конденсируется.

По сути, она должна постоянно меняться, так как частицы воды непрерывно движутся, переходят из одного агрегатного состояния в другое. Но при динамическом равновесии концентрация неизменна: сколько молекул испарится, столько же конденсируется. Показатели устанавливаются экспериментально для каждой температуры. Их значения сведены в таблицы.

Таблицы насыщенного водяного пара

Таблицы насыщенного водяного пара — необходимый инструмент для любого инженера, работающего с паром. Обычно их используют для определения зависимости температуры насыщенного пара от парового давления или, наоборот, давления от температуры насыщенного пара. Кроме этих параметров, таблицы обычно включают и другие показатели, такие как удельная энтальпия (h) и удельный объём (v).

Данные таблиц насыщенного водяного пара всегда отображают информацию о конкретной точке насыщения известной как точка кипения. Это точка, в которой вода (жидкость) и пар (газ) могут сосуществовать при одинаковых температуре и давлении. Так как H2O может быть и в жидком, и в газообразном состоянии, нам будут необходимы две подборки данных: данные о насыщенной воде (жидкости), которые обычно обозначаются подстрочной буквой f, и данные о насыщенном паре (газе), которые обозначают подстрочной буквой g.

Обозначения:

  • P = Давление пара/воды
  • T = Точка насыщения пара/воды (точка кипения)
  • vf = Удельный объём насыщенной воды (жидкости)
  • vg = Удельный объём насыщенного пара (газа)
  • hf = Удельная энтальпия насыщенной воды (энергия, необходимая для подогрева воды от 0 °C до точки кипения)
  • hfg = Скрытое тепло испарения (энергия, необходимая для трансформации насыщенной воды в насыщенный пар)
  • hg = Удельная энтальпия насыщенного пара (энергия, необходимая для получения пара из воды с температурой 0 °C)

При нагреве обычно используется скрытое тепло испарения (Hfg). Как видно из таблицы, это скрытое тепло испарения будет выше при более низком давлении. По мере увеличения парового давления скрытое тепло постепенно снижается и достигает 0 при суперкритическом давлении, например, 22.06 МПа.

Полезно знать

Основные понятия и определения

Парообразованием называется процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное.

Испарением называется парообразование, которое происходит только с поверхности жидкости. С увеличением температуры интенсивность испарения возрастает.

Кипением называется такой процесс превращения жидкости в пар, который происходит не только с поверхности жидкости, но и внутри нее, т.е. это процесс парообразования во всей массе жидкости. Кипение происходит при определенной температуре, зависящей от рода жидкости и от ее давления. Процесс кипения осуществляется при подводе к жидкости теплоты при неизменном давлении.

Под конденсацией понимается процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое. Процесс конденсации происходит при отводе от пара теплоты при неизменном давлении. Процесс конденсации, так же как и процесс кипения, происходит при постоянной температуре.

Сублимацией (возгонкой) называется процесс перехода вещества из твердого состояния в газообразное. Обратный процесс перехода газа в твердое состояние называется десублимацией.

При парообразовании в неограниченном пространстве вся жидкость может превратиться в пар. Если процесс парообразования происходит в закрытой емкости, то между процессами парообразования и обратного перехода пара в жидкость может наступить равновесие. Пар в таком состоянии принимает максимальную плотность при данной температуре и давлении и называется насыщенным. Следовательно, насыщенный пар — эго пар, находящийся в равновесном состоянии с жидкостью, ив которой он получается. При изменении температуры жидкости равновесие нарушается, что приводит к соответствующему изменению плотности и давления насыщенного пара.

При испарении всей жидкости получается сухой насыщенный пар, который не содержит частиц жидкой фазы. Температура и объем сухого насыщенного пара являются функциями давления, поэтому его состояние определяется лишь одним параметром — или давлением, или температурой.

Насыщенный пар, который содержит мельчайшие капельки жидкости, называется влажным насыщенным паром.

Отношение массы сухого насыщенного пара mCf содержащегося во влажном паре, к общей массе (нар + жидкость) влажного насыщенного пара тс + тж называется степенью сухости пара (паросодержанием) х, т.е.

где тв = тс + тж масса влажного пара; тж масса жидкости во влажном паре.

Таким образом, степень сухости определяет долю сухого насыщенного пара во влажном паре.

Массовая доля жидкости во влажном паре называется степенью влажности пара и обозначается (1 — х).

Степень сухости х может меняться в пределах от нуля до единицы. Например, для кипящей жидкости при температуре насыщения (температуре кипения при данном давлении) х = 0, а для сухого насыщенного пара х = 1.

Если к сухому насыщенному пару подводить теплоту, то его температура будет возрастать и пар станет перегретым. Разность между температурой tn перегретого пара и температурой tQ сухого насыщенного пара называется степенью перегрева. Перегретый пар является ненасыщенным. При данном давлении его плотность меньше плотности сухого насыщенного пара, а удельный объем больше. Чем выше степень перегрева, тем больше по своим свойствам перегретый пар приближается к газу.

Когда-то была вода, а теперь — пар

Управлять свойствами можно при помощи естественных законов физики. Существует таблица, в которую занесены основные моменты, касающиеся жидкостей. Это, в частности, расширение при замерзании (воды касается особенно), а также некоторые другие: высокая теплоемкость, хорошая теплопроводность и много других. Эта таблица говорит о больших возможностях жидкостей на нашей планете. Но превращение влаги в пар совершенно меняет структуру и, как следствие, воздействие на объекты.
Пар может отдавать тепло, конденсируясь в обычную жидкость. Пар может придавать вещам совершенно иной вид. Именно при помощи пара многие бытовые задачи решаются проще. Отпарить брюки, избавиться от грязи – все это можно сделать с его помощью. Почему же используется именно результат нагревания влаги?
Все дело в том, что только вода кипит при температуре в сто градусов. Эта температура комфортна при работе с различными вещами. Например, шерстяные брюки никогда не испортятся, если обработать их водяным паром. Удобство использования отпаривателей растет с каждым годом. Но все равно, есть еще множество свойств, о которых стоит поговорить не только для того, чтобы сделать удобной свою жизнь.

Вода, водяной пар и их свойства во Вселенной

Большая часть  воды Вселенной образуется в качестве побочного продукта звездообразования . Когда звезды рождаются, их рождение сопровождается сильным извержением газа и пыли. При этом отток материала в конечном итоге влияет на окружающий газ, ударные волны, которые создаются компресс и тепло газа. Воды  быстро увлекаются в этот теплый поток плотного газа.

22 июля 2011 года в докладе Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики описано открытие гигантского облака водяного пара, содержащего в 140 триллионов раз больше воды, чем все океаны Земли вместе взятые, вокруг квазара, который находится в 12 миллиардах световых лет от Земли. По словам исследователей, открытие показывает, что вода была распространенной во Вселенной во все время своего существования. Вода была обнаружена в межзвездных облаках в пределах нашей галактики, Млечного Пути. Вода, вероятно, существует в изобилии в других галактиках, потому что ее компоненты, водород и кислород, являются одними из самых распространенных элементов во Вселенной. Межзвездные облака в конце концов конденсируются в солнечные туманности и солнечные системы , подобные нашей.

Водяной пар присутствует в атмосфере Меркурия : 3,4%, Венеры : 0,002%,  Земли : ~ 0,40% по сравнению с полной атмосферой, как правило, 1-4% на поверхности
Атмосфера Марса : 0.03%
Атмосфера Юпитера : 0,0004%
Атмосфера Сатурна — в льдов только
Энцелад (спутник Сатурна): 91%
экзопланет, известных как HD 189733 и HD 209458 б .Вода лед присутствует на Земле — в основном, как ледниковые щиты

  • полярных шапок льда на Марсе
  • Луна
  • Титан
  • Европа
  • Кольца Сатурна
  • Энцелад
  • Плутон и Харон
  • Кометы и кометы источником населения ( пояса Койпера и облаком Оорта объектов).

Вода-лед может присутствовать на Церере и Тетис. Вода и другие летучие вещества, вероятно, составляют большую часть внутренних структур Урана и Нептуна и воды в глубокие слои могут быть в виде ионной воды, в которой молекулы распадаются на суп из водорода и ионы кислорода, и глубже, как суперионные воды, в которой кислород кристаллизуется, но ионы водорода плавают свободно в пределах кислорода решетки.

Некоторые из полезных ископаемых Луны содержат молекулы воды. Например, в 2008 году лаборатории устройство, которое собирает и определяет частицы, обнаружены небольшие количества соединений, внутри вулканического жемчуга, привезенного с Луны на Землю Аполлон-15 экипаж в 1971 году. НАСА сообщили об обнаружении молекул воды НАСА Луна минералогии Mapper на борту Чандраян-1 корабля Индийской организации космических исследований в сентябре 2009 года.

Что такое насыщенный пар

Водяной пар, пребывающий в термодинамическом равновесии с котловой водой, является насыщенным. Это формулировка дает понимание того, что давление насыщенного пара при температуре может иметь только одно значение

В котлоагрегатах парообразование протекает при постоянном давлении и подводе тепла к котловой воде от уходящих газов. Этот процесс базируется на следующих последовательных стадиях: подпитка котла водой, подогрев ее до температуры точки насыщения, и образование сухого насыщенного пара, когда вся жидкость испаряется из него.

В паровых котлах питательная вода, пройдя через экономайзер, попадает в барабан. Из него более холодные потоки под воздействием силы тяжести опускаются по необогреваемым трубам, а поднимаются по подъёмным топочным экранам обогреваемые более горячими дымовыми газами.

Плотность пароводяной смеси в экранных пакетах уменьшается и становится ниже плотности воды в опускных трубах, что создает напор для движения пароводяной смеси по экранам в барабан, где смесь сепарируется на воду и пар.

В закрытой поверхности нагрева при не меняющейся температуре в точке насыщения устанавливается термодинамическое равновесие между котловой водой и водяным паром. Число молекул пара, выделяющихся из поверхности воды за определенное время, будет равняться числу молекул сконденсированного пара, которые перейдут обратно в воду в барабане котла.

Давление насыщенного пара

Давление насыщения в котле зависит от температуры котловой воды в равновесном термодинамическом состоянии. При росте давления, пар сжимается и баланс нарушается. Плотность пара первоначально несколько возрастает, и из паровой среды в котловую воду будет переходить больше молекул конденсата, чем наоборот.

Поскольку количество молекул, переходящих из воды в единицу времени связано исключительно с температурой, то сжатие паровой среды не будет влиять на изменение этого числа.

Процесс будет протекать пока не возникнет термодинамическое равновесие, а следовательно, и концентрация возвращающихся молекул не достигнет первоначального уровня. Таким образом, Тнп напрямую зависит от давления насыщения в котле.

Таблица насыщенного пара

Характеристики сухого НП, приводятся в Таблице водяного пара. В ней указывают Т (С), при точке кипения котловой воды и давление (кПа и мм. рт.ст.) при которой этот процесс протекает.

Дополнительно в таблице могут указываться и другие параметры пара:

  • eдельный объем, м3/кг;
  • плотность, кг/м3;
  • удельная энтальпия, кДж/кг
  • удельная теплота парообразования, кДж/кг.

Плотность насыщенного пара

Плотность НП определяют по формуле.

D st = 216,49 * P / (Z st * (t + 273))

Где:

  • D st — плотность насыщенного пара в кг / м3;
  • P- абсолютное давление пара в барах;
  • t — температура в градусах Цельсия;
  • Z st — коэффициент сжимаемости насыщенного пара при Р и t.

В этом уравнении символ «Z st» обозначает коэффициент сжимаемости насыщенного пара при абсолютной величине давления насыщенного водяного пара P, бар. Это удобное уравнение действительно для диапазона давления пара от 0,012 до 165 бар, с соответствующим диапазоном температур насыщения от 10 до 360 С.

Влажность насыщенного пара

Когда котлоагрегат нагревает воду, пузырьки, прорывающиеся через слой воды, захватываются паром. Влажный пар определяется как пар, в котором вода присутствует в виде микрокапель паров воды. В этом случае соотношение может составлять от 0 до 1. Если пар имеет 20 % воды по объему — он считается сухим на 80% или имеет долю сухости 0,8.

Таблицы НП содержит значения, такие как температура, энтальпия и удельный объем для сухого НП, но не для влажного. Для того чтобы их определить потребуется воспользоваться формулами, учитывая соотношение двух сред:

Удельный объем (v) мокрого пара

v = X * v g + (1 — X) * v f

Где:

  • X = сухость (% / 100);
  • v f = удельный объем жидкости;
  • v g = удельный объем НП.

Удельная энтальпия пара сухостью Х:

h = h f + X * h fg

Где:

  • X = сухость (%);
  • h f = удельная энтальпия жидкости;
  • h fg = удельная энтальпия НП.

Чем влажнее пар, тем ниже значения удельного объема, теплосодержание, энтальпия и энтропия. Таким образом сухость пара оказывает существенное влияние на все эти значения.

Задачей теплоэнергетиков является организация процессов парообразования в котле с сухостью 100%. Для этого в барабанах котлов устанавливают специальные сепарационные устройства, отделяющие пар от воды.

Водяной пар — газовая фаза воды

Водяной пар образуется не только, когда вода кипит. Этот термин применим и к туману.

Туман — это пар, который становится видимым  из-за капелек воды, которые образуются в присутствии охладителя воздуха — пар конденсируется.

При более низких давлениях, например, в верхних слоях атмосферы или в верхней части высоких гор, вода кипит при более низкой температуре, чем номинальная 100 ° C (212 ° F). При нагревании в дальнейшем становится перегретым паром.

Как газ, водяной пар может содержать только определенное количество водяного пара (количество зависит от температуры и давления).

Пар-жидкость равновесие является состоянием, при котором жидкость и пар (газовая фаза) находятся в равновесии друг с другом, это такое состояние, когда скорость испарения (жидкие изменения в пар) равна скорости конденсации (превращения пара в жидкость) на молекулярном уровне, что в целом означает  взаимопревращения «пар-вода» . Хотя в теории равновесия можно достичь в относительно замкнутом пространстве, когда вода и ее пары  соотносятся в контакте друг с другом достаточно долго без каких-либо помех или вмешательств извне. Когда газ поглотил свое максимальное количество, он, как говорят, находится в жидком паровом равновесии, но если в нем больше воды, он описывается как ‘влажный пар’.

Физика и вода

Электролиз. Это слово знакомо всем еще со школьной скамьи, однако некоторые могли уже забыть о том, что оно означает. При помощи этого простого процесса воду можно разложить на составляющие: водород и кислород. Кстати, благодаря столь известному принципу теперь можно ездить на автомобилях с водородным двигателем. Вместо бензина заливается вода, а при помощи электролиза получается водород, который при сгорании (окислении) снова становится водой. Не правда ли, удивительные превращения?

Современные исследования

Но в любом случае, вода может многое. Некоторые исследования показали, что у нее есть еще множество скрытых свойств, которые вполне могут пригодиться человеку. Кроме того, даже привычные моменты порой показывают себя с необычной стороны. Это говорит о том, что главная жидкость планеты Земля до сих пор хранит свои тайны и раскрывает их очень медленно. Но в скором будущем они наверняка будут раскрыты. И тогда обычная вода позволит совершать самые невероятные вещи, о которых раньше могли только мечтать.

Вода, водяной пар и их свойства на Земле

 Вода в условиях окружающей среды это  жидкость , но часто она сосуществует на Земле в твердом состоянии ( лед) , и газообразном состоянии (водяной пар или пар). Вода также существует в жидкокристаллическом состоянии — вблизи гидрофильных поверхностей. Вода на Земле находится в непрерывном движении, совершая свой круговой цикл в виде испарения и осаждения, обычно достигая моря.

Вода покрывает 70,9%  поверхности Земли  и является жизненно важным источником для всех известных форм жизни. Предметом Гидрологии является изучение движения, распространения, и качества воды на Земле. Изучением распределения воды занимается гидрография . Изучением распределения и движения подземных вод гидрогеология, ледников — гляциология, внутренних вод — лимнология, распределением океанов -океанография. Экологические процессы гидрологии находятся в фокусе экогидрологии.

Перегретый пар

Перегретый пар получается в результате дополнительного нагревания влажного или насыщенного пара до точки кипения выше, чем для последнего. Так, при идентичном давлении, что и у насыщенного пара, его температура будет выше, а плотность ниже. Перегретый пар в основном используется для сообщения движения, например, в турбинах, но не применяется в процессах теплопередачи.

Преимущества использования перегретого пара в приводных турбинах:

  • Обеспечивает сухость пара в паровом оборудовании, производительность которого может ухудшиться от присутствия конденсата
  • Улучшает тепловую эффективность и производительность при переходе от перегретого состоянии к снижению давления и даже вакууму в определенном удельном объеме.

Предпочтительно и подавать, и выпускать пар в перегретом состоянии, т.к. конденсат не будет образовываться во время нормальной работы парового оборудования, что снизит риск повреждений от эрозии или коррозии, вызванной влиянием углекислого газа. Кроме того, теоретический тепловой КПД турбины рассчитывается с учетом показателей энтальпии во впускном и выпускном отверстиях; это увеличивает градус перегрева, давление поднимает энтальпию со стороны входного отверстия турбины, что эффективно улучшает тепловой КПД.

Недостатки использования перегретого пара для подогрева:

Свойства Недостатки
Низкий коэффициент передачи теплаСнижается производительность
Требуется большая площадь поверхности теплопередачи
Нестабильная температура пара даже при постоянном давленииПерегретому пару надо поддерживать высокую скорость, в противном случае температура будет падать по мере потери тепла из оборудования.
Контактное тепло используется для передачи тепловой энергииПадение температуры может отрицательно сказаться на качестве продукта
Температура может быть необычайно великаМогут понадобиться более стойкие строительные материалы, требующие более высоких первоначальных затрат на оборудование

По этой и другим причинам, насыщенный пар предпочтительнее перегретого пара, если он выступает в качестве рабочей среды теплообменников или иного оборудования для теплопередачи. С другой стороны, если рассматривать его как источник тепла для прямого нагрева, как высокотемпературный газ, обнаружится преимущество над горячим воздухом, благодаря возможности подогрева даже в условиях отсутствия кислорода. Также проводятся исследования по использованию пара в пищевой промышленности для приготовления еды и для сушки.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации