Apă și vapori de apă. Apa, vaporii de apă și aerul, proprietățile lor

Până acum, obiectul cercetării noastre au fost gazele ideale, adică. astfel de gaze în care nu există forțe de interacțiuni intermoleculare și dimensiunea moleculelor este neglijată. De fapt, dimensiunile moleculelor și puterea interacțiunilor intermoleculare au mare importanță, în special la temperaturi scăzute și presiuni mari.

Unul dintre reprezentanții gazelor reale utilizate în practica de stingere a incendiilor și utilizate pe scară largă în productie industriala, este vapori de apă.

Vaporii de apă sunt folosiți pe scară largă în diverse industrii industrie, în principal ca lichid de răcire în schimbătoarele de căldură și ca fluid de lucru în centralele electrice cu abur. Acest lucru se explică prin omniprezența apei, ieftinitatea acesteia și inofensiunea pentru sănătatea umană.

Având tensiune arterială mare și relativ temperatura scazuta, aburul folosit în practică este apropiat de starea unui lichid, prin urmare, forțele de aderență dintre moleculele sale și volumul lor, ca în gazele ideale, nu pot fi neglijate. În consecință, nu este posibilă utilizarea ecuațiilor de stare a gazelor ideale pentru a determina parametrii stării vaporilor de apă, adică pentru abur. pv≠RT, căci vaporii de apă sunt un gaz real.

Încercările unui număr de oameni de știință (Van der Waals, Berthelot, Clausius etc.) de a clarifica ecuațiile de stare ale gazelor reale prin introducerea de amendamente la ecuația de stare pentru gazele ideale au eșuat, deoarece aceste modificări se refereau doar la volum și forțele de adeziune dintre moleculele unui gaz real și nu au luat în considerare o serie de alte fenomene fizice care au loc în aceste gaze.

Un rol deosebit îl joacă ecuația propusă de Van der Waals în 1873, (P + a/ v 2) ( v - b) = RT. Fiind aproximativă în calcule cantitative, ecuația van der Waals reflectă calitativ bine caracteristicile fizice ale gazelor, deoarece permite să descriem imagine de ansamblu modificări ale stării unei substanțe cu trecerea acesteia în stări de fază separate. În această ecuație AȘi V pentru un anumit gaz sunt valori constante care iau în considerare: prima este forțele de interacțiune, iar a doua este dimensiunea moleculelor. Atitudine a/v 2 caracterizează presiunea suplimentară sub care se află un gaz real datorită forțelor de coeziune dintre molecule. Magnitudinea V ia in calcul scaderea volumului in care se misca moleculele unui gaz real datorita faptului ca ele insele au volum.

Cea mai cunoscută ecuație în prezent este cea dezvoltată în 1937-1946. Fizicianul american J. Mayer și, independent de el, matematicianul sovietic N. N. Bogolyubov, precum și ecuația propusă de oamenii de știință sovietici M. P. Vukalovich și I. I. Novikov în 1939.

Datorită naturii lor greoaie, aceste ecuații nu vor fi luate în considerare.

Pentru vaporii de apă, toți parametrii de stare sunt tabulați pentru ușurință în utilizare și prezentați în Anexa 7.

Asa de, vapor de apă este un gaz real obtinut din apa cu temperatura critica relativ ridicata si apropiata de starea de saturatie.

Să luăm în considerare procesul transformarea lichidului în vapori, altfel numit proces vaporizare . Un lichid se poate transforma în vapori prin evaporare și fierbere.

Evaporare se numeste vaporizare care are loc numai de la suprafata lichidului si la orice temperatura. Intensitatea evaporării depinde de natura lichidului și de temperatura acestuia. Evaporarea unui lichid poate fi completă dacă există spațiu nelimitat deasupra lichidului. În Natură, procesul de evaporare a lichidului are loc la o scară gigantică în orice moment al anului.

Esența procesului de evaporare este că moleculele individuale ale unui lichid, situate la suprafața lui și care posedă o energie cinetică mai mare în comparație cu alte molecule, înving acțiunea forței moleculelor învecinate, creând tensiune superficială și zboară din lichid în spațiul înconjurător. . Odată cu creșterea temperaturii, intensitatea evaporării crește, pe măsură ce viteza și energia moleculelor cresc și forțele interacțiunii lor scad. În timpul evaporării, temperatura lichidului scade, deoarece moleculele cu viteze relativ mari zboară din acesta, drept urmare viteza medie a moleculelor rămase în el scade.

Când căldura este transmisă unui lichid, temperatura acestuia și viteza de evaporare cresc. La o temperatură foarte specifică, în funcție de natura lichidului și de presiunea sub care se află, începe vaporizare în întreaga sa masă. În acest caz, se formează bule de vapori pe peretele vasului și în interiorul lichidului. Acest fenomen se numește fierbere lichide. Presiunea aburului rezultat este aceeași cu cea a mediului în care are loc fierberea.

Procesul invers de vaporizare se numește La condensare th. Acest proces de transformare a vaporilor în lichid are loc și la o temperatură constantă dacă presiunea rămâne constantă. În timpul condensării, moleculele de vapori care se mișcă haotic, în contact cu suprafața lichidului, cad sub influența forțelor intermoleculare ale apei, rămân acolo și sunt din nou transformate în lichid. Deoarece Deoarece moleculele de vapori au o viteză mai mare în comparație cu moleculele lichide, în timpul condensării temperatura lichidului crește. Lichidul format la condensarea aburului se numește condens .

Să luăm în considerare procesul de vaporizare mai detaliat.

Trecerea lichidului în vapori are trei etape:

1. Încălzirea lichidului până la punctul de fierbere.

2. Vaporizare.

3. Supraîncălzirea aburului.

Să ne uităm la fiecare etapă mai detaliat.

Să luăm un cilindru cu piston și să punem acolo 1 kg de apă la o temperatură de 0°C, presupunând în mod convențional că volumul specific de apă la această temperatură este minim 0,001 m 3 /kg. Pe piston se pune o sarcină care, împreună cu pistonul, exercită asupra lichidului o presiune constantă P. Această stare corespunde punctului 0. Să începem să furnizăm căldură acestui cilindru.

Orez. 28. Graficul modificărilor volumului specific al amestecului vapori-lichid la presiunea de saturație P s.

1. Proces de încălzire a fluidului. În acest proces, efectuat la presiune constantă datorită căldurii transmise lichidului, acesta este încălzit de la 0 ° C până la punctul de fierbere t s. Deoarece apa are un coeficient de dilatare termică relativ mic, atunci volumul specific al lichidului se va modifica ușor și crește de la v 0 la v¢. Această stare corespunde punctului 1, iar procesului - segmentul 0-1.

2. Procesul de vaporizare . Odată cu furnizarea suplimentară de căldură, apa va fierbe și se va transforma într-o stare gazoasă, adică. vapor de apă Acest proces corespunde segmentului 1-2 și unei creșteri a volumului specific de la v¢ la v¢¢. Procesul de vaporizare are loc nu numai la presiune constantă, ci și la o temperatură constantă egală cu punctul de fierbere. În acest caz, apa din cilindru va fi deja în două faze: vapori și lichid. Apa este prezentă sub formă de lichid concentrat la fundul cilindrului și sub formă de picături minuscule, distribuite uniform pe întregul volum.

Procesul de vaporizare este însoțit de proces invers numită condensare. Dacă viteza de condensare devine egală cu viteza de evaporare, atunci are loc echilibrul dinamic în sistem. Aburul în această stare are densitate maximă și se numește saturat. Prin urmare, sub bogat înțelegeți aburul care este în echilibru cu lichidul din care este format. Proprietatea principală a acestui abur este că are o temperatură care este în funcție de presiunea sa, care este aceeași cu presiunea mediului în care are loc fierberea. Prin urmare, punctul de fierbere este numit diferit temperatura de saturațieși se notează t n. Presiunea corespunzătoare lui t n se numește presiune de saturație (notat p n sau doar p. Se generează abur până la evaporarea ultimei picături de lichid. Acest moment va corespunde statului uscat saturat (sau pur și simplu uscat) pereche. Vaporii produși prin evaporarea incompletă a unui lichid se numesc abur saturat umed sau pur și simplu umed. Este un amestec de abur uscat cu picături lichide, distribuite uniform pe întreaga sa masă și suspendate în ea. Fractiune in masa aburul uscat în aburul umed se numește grad de uscare sau conținut de abur în masă și este notat cu X. Fracția de masă a lichidului în vapori umezi se numește gradul de umiditate și este notat cu u. Este evident că la= 1 - X. Gradul de uscăciune și gradul de umiditate sunt exprimate fie în fracțiuni de unitate, fie în %: de exemplu, dacă x = 0,95 și y = 1 - x = 0,05, aceasta înseamnă că amestecul conține 95% abur uscat și 5% lichid clocotit.

3. Supraîncălzirea aburului. Odată cu furnizarea suplimentară de căldură, temperatura aburului va crește (volumul specific crește în consecință de la v¢¢ la v¢¢¢). Această stare corespunde segmentului 2-3 . Dacă temperatura aburului este mai mare decât temperatura aburului saturat de aceeași presiune, atunci un astfel de abur se numește supraîncălzit. Se numește diferența dintre temperatura aburului supraîncălzit și temperatura aburului saturat de aceeași presiune gradul de supraîncălzire A.

Deoarece volumul specific al aburului supraîncălzit este mai mare decât volumul specific al aburului saturat (deoarece p = const, t per > t n), atunci densitatea aburului supraîncălzit este mai mică decât densitatea aburului saturat. Prin urmare, aburul supraîncălzit este nesaturat. Conform propriilor lor proprietăți fizice Aburul supraîncălzit se apropie de gaze și cu cât este mai mare gradul de supraîncălzire, cu atât mai mare.

Din experiență, pozițiile punctelor 0 - 2 au fost găsite pentru altele, mai multe presiuni mari saturare. Prin conectarea punctelor corespunzătoare la presiuni diferite, obținem o diagramă a stării vaporilor de apă.

Orez. 29. pv – diagrama stării vaporilor de apă.

Din analiza diagramei se poate observa că pe măsură ce presiunea crește, volumul specific al lichidului scade. În diagramă, această scădere a volumului odată cu creșterea presiunii corespunde liniei SD. Temperatura de saturație și, prin urmare, volumul specific, crește, așa cum este demonstrat de linia AK. Apa se evaporă, de asemenea, mai repede, ceea ce este clar vizibil de pe linia VC. Pe măsură ce presiunea crește, diferența dintre v¢ și v¢¢ scade, iar liniile AK și BK se apropie treptat. La o anumită presiune, destul de specifică fiecărei substanțe, aceste linii converg într-un punct K, numit punct critic. Punctul K, care aparține simultan liniei lichidului la punctul de fierbere AK și liniei vaporilor saturați uscati BK, corespunde unei anumite limite. condiție critică o substanță în care nu există distincție între vapori și lichid. Parametrii de stare sunt numiți critici și sunt desemnați Tk, Pk, vk. Pentru apă, parametrii critici au următoarele valori: Tk = 647,266K, Pk = 22,1145 MPa, vk = 0,003147 m 3 /kg.

Starea în care toate cele trei faze ale apei pot fi în echilibru se numește punctul triplu al apei. Pentru apă: T 0 = 273,16 K, P 0 = 0,611 kPa, v 0 = 0,001 m 3 /kg. În termodinamică, se presupune că entalpia specifică, entropia și energia internă în punctul triplu sunt zero, adică. i 0 = 0, s 0 = 0, u 0 = 0.

Să determinăm principalii parametri ai vaporilor de apă

1. Încălzire lichidă

Se numește cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 kg de lichid de la 0 °C până la punctul de fierbere căldura specifică a lichidului . Căldura unui fluid este o funcție de presiune, luând o valoare maximă la presiunea critică.

Valoarea acestuia este determinată:

q = с р (t s -t 0) ,

unde c p este capacitatea termică izobară medie a apei în intervalul de temperatură de la t 0 = 0 °C la t s, luată din datele de referință

acestea. q = с р t s

Căldura specifică se măsoară în J/kg

Mărimea q se exprimă ca

unde i¢ este entalpia apei la punctul de fierbere;

i este entalpia apei la 0 °C.

Conform primei legi a termodinamicii

i = u 0 + P s v 0 ,

unde u 0 este energia internă la 0 °C.

i¢ = q + u 0 + P s v 0

Să presupunem condiționat, ca și în cazul gazelor ideale, că u 0 = 0. Atunci

i¢ = q + P s v 0

Această formulă vă permite să calculați valoarea lui i¢ folosind valorile P s, v 0 și q găsite din experiență.

La presiuni joase Р s, când pentru apă valoarea Р s v 0 este mică în comparație cu căldura lichidului, se poate presupune aproximativ

Căldura lichidului crește odată cu creșterea presiunii de saturație și atinge valoarea sa maximă în punctul critic. Având în vedere că i=u+ Pv (1), putem scrie următoarea expresie pentru energia internă a apei la punctul de fierbere:

u¢ = i¢ + P s v¢

Modificarea entropiei în timpul încălzirii lichidului

Presupunând că entropia apei la 0

Această formulă vă permite să calculați entalpia unui lichid la punctul său de fierbere.

2. Vaporizare

Cantitatea de căldură necesară pentru a transfera 1 kg de lichid încălzit până la punctul de fierbere în abur saturat uscat într-un proces izobaric se numește căldura specifică vaporizare (r) .

Căldura de vaporizare se determină:

i¢¢ = r + i¢ bazat pe caldura de vaporizare si entalpia apei la punctul de fierbere i¢ constatat din experienta. Ținând cont de (1), putem scrie:

r = (u¢¢-u¢)+P s (v¢¢-v¢),

unde u¢ și u¢¢ sunt energia internă a apei la punctul de fierbere și a aburului saturat uscat. Această ecuație arată că căldura de vaporizare are două părți. O parte (u¢¢-u¢) este cheltuită pentru creșterea energiei interne a aburului format din apă. Se numeste căldură interioară vaporizare și este desemnată prin litera r. Cealaltă parte din P s (v¢¢-v¢) este cheltuită munca externă, realizată de abur în procesul izobaric de fierbere a apei și se numește căldură externă de vaporizare (y).

Căldura de vaporizare scade odată cu creșterea presiunii de saturație și este egală cu zero în punctul critic. Căldura lichidului și căldura de vaporizare formează căldura totală a aburului saturat uscat l¢¢.

Energia internă a aburului saturat uscat u¢¢ este egală cu

u¢¢=i¢¢-P s v¢¢

Modificarea entropiei aburului în timpul procesului de vaporizare este determinată de expresie

Această expresie ne permite să determinăm entropia aburului saturat uscat s¢¢.

Aburul saturat umed între valorile limită ale volumelor specifice v¢ și v¢¢ constă din abur saturat uscat și apă. Se numește cantitatea de abur saturat uscat în 1 kg de abur saturat umed grad de uscăciune , sau continutul de vapori . Această cantitate se numește literă X. Magnitudinea (1-x) numit gradul de umiditate a aburului .

Dacă luăm în considerare gradul de uscăciune, atunci volumul specific de abur saturat umed v x

v x = v¢¢x + v¢(1-x)

Căldura de vaporizare r x, entalpie eu x, căldură deplină l x, energie interna u xși entropia s x pentru aburul saturat umed are următoarele valori:

rx = rx; i x = i¢ + rx; l x = q + rx; u x = i¢ + rx – p s v s ; s x = s¢ + rx/T s

3. Proces de supraîncălzire cu abur

Aburul saturat uscat este supraîncălzit la presiune constantă de la punctul de fierbere ts la temperatura setata t; în acest caz, volumul specific de abur crește de la v¢ inainte de v. Cantitatea de căldură care este consumată pentru a supraîncălzi 1 kg de abur saturat uscat de la punctul de fierbere la o anumită temperatură se numește căldură de supraîncălzire. Căldura de supraîncălzire poate fi determinată:

unde - cu p medie capacitatea de masă termică abur în intervalul de temperatură t s – t (determinat din datele de referință).

Pentru valoarea q p putem scrie

q p = i – i¢ ,

unde I este entalpia aburului supraîncălzit.

vapor de apă - lichid de lucru în turbine cu abur, mașini cu abur, în centrale nucleare, lichid de răcire în diferite schimbătoare de căldură.

Aburi - un corp gazos într-o stare apropiată de un lichid în fierbere.

Vaporizare - procesul de transformare a unei substanţe din stare lichidaîn vapori.

Evaporare - vaporizarea, care are loc întotdeauna la orice temperatură de la suprafața lichidului.

La o anumită temperatură, în funcție de natura lichidului și de presiunea sub care se află, vaporizarea are loc în întreaga masă a lichidului. Acest proces se numește fierbere .

Procesul invers de vaporizare se numește condensare . Condensarea, ca și vaporizarea, are loc la o temperatură constantă.

Procesul de transformare directă a unui solid în vapori se numește sublimare . Procesul invers de tranziție a aburului în stare solidă se numește desublimare .

Când lichidul se evaporă într-un spațiu restrâns (în cazanele cu abur), apare simultan și fenomenul opus - condensarea aburului. Dacă viteza de condensare devine egală cu viteza de evaporare, atunci apare echilibrul dinamic. Aburul în acest caz are o densitate maximă și se numește bogat BAC .

Dacă temperatura aburului este mai mare decât temperatura aburului saturat de aceeași presiune, atunci un astfel de abur se numește supraîncălzit .

Se numește diferența dintre temperatura aburului supraîncălzit și temperatura aburului saturat de aceeași presiune gradul de supraîncălzire .

Deoarece volumul specific al aburului supraîncălzit este mai mare decât volumul specific al aburului saturat, densitatea aburului supraîncălzit este mai mică decât densitatea aburului saturat. Prin urmare, aburul supraîncălzit este nesaturat.

În momentul evaporării ultimei picături de lichid într-un spațiu limitat, fără modificarea temperaturii și presiunii (adică atunci când lichidul încetează să se evapore), uscat bogat aburi . Starea unui astfel de abur este determinată de un parametru - presiunea.

Se numește un amestec mecanic de picături uscate și mici de lichid umed BAC .

Fracția de masă a aburului uscat în abur umed - grad de uscăciune X:

x=m joint venture /m VP , (6.7)

Unde m joint venture- masa de abur uscat în abur umed; m VP- masa de abur umed.

Fractiune in masa la lichide în abur umed - grad umiditate :

la= 1–X = 1–m joint venture /m VP = (m VP –m joint venture)/m VP . (6.8)

6.4. Caracteristicile aerului umed

Aerul atmosferic, constând în principal din oxigen, azot, dioxid de carbon, conține întotdeauna o anumită cantitate de vapori de apă.

Se numește un amestec de aer uscat și vapori de apă umed aer . Aerul umed la o anumită presiune și temperatură poate conține cantități diferite de vapori de apă.

Se numește un amestec de aer uscat și vapori de apă saturati umed saturat aer . În acest caz, aerul umed conține cantitatea maximă de vapori de apă posibilă pentru o anumită temperatură. Pe măsură ce acest aer se răcește, vaporii de apă se vor condensa. Presiunea parțială a vaporilor de apă din acest amestec este egală cu presiunea de saturație la o temperatură dată.

Dacă aerul umed conține vapori de apă în stare supraîncălzită la o anumită temperatură, atunci se numește nesaturat . Deoarece nu conține cantitatea maximă de vapori de apă posibilă pentru o anumită temperatură, este capabil de umidificare suplimentară. Acest aer este folosit ca agent de uscareîn diverse instalaţii de uscare.

Conform legii lui Dalton, presiunea R aerul umed este suma presiunilor parțiale ale aerului uscat R Vși vapori de apă R P :

p = p V + p P . (6.9)

Valoare maximă p P la o anumită temperatură a aerului umed este presiunea vaporilor de apă saturați p n .

Pentru a găsi presiunea parțială a aburului, utilizați un dispozitiv special - higrometru . Acest dispozitiv este folosit pentru a determina punct de condensare , adică temperatura t p, la care aerul trebuie răcit la presiune constantă astfel încât să devină saturat.

Cunoscând punctul de rouă, puteți utiliza tabelele pentru a determina presiunea parțială a vaporilor din aer ca presiune de saturație p n, corespunzător punctului de rouă t p .

Absolut umiditate aerul este cantitatea de vapori de apă prezentă în 1 m 3 de aer umed. Umiditatea absolută este egală cu densitatea vaporilor la presiunea parțială și temperatura aerului t n .

Raportul dintre umiditatea absolută a aerului nesaturat la o anumită temperatură și umiditatea absolută a aerului saturat la aceeași temperatură se numește relativ umiditate aer

φ=с P /Cu n sau φ= (Cu P /Cu n)·100%, (6,10)

Pentru aer uscat φ =0, pentru nesaturate φ <1, для насыщенного φ =1 (100%).

Considerând vaporii de apă ca un gaz ideal, este posibil, conform legii Boyle-Mariotte, înlocuirea raportului de densitate cu raportul de presiune. Apoi:

φ=ρ P /ρ n sau φ= p P / p n·100%. (6,11)

Densitatea aerului umed este compusă din masele de aer uscat și vapori de apă conținute în 1 m3 de volum:

ρ=ρ V +ρ P = p V / (R V T)+φ/ v′′ . (6.12)

Greutatea moleculară a aerului umed este determinată de formula:

μ =28,95–10,934φ∙ p n / p . (6.13)

Valori p nȘi v′′ la temperatura aerului t luate de pe masa cu vapori de apă, φ - conform datelor psihrometrului, p- conform barometrului.

Conținutul de umiditate reprezintă raportul dintre masa de abur și masa de aer uscat:

d=M P /M V , (6.14)

Unde M P , M V- mase de abur si aer uscat in aer umed.

Relația dintre conținutul de umiditate și umiditatea relativă:

d=0,622φ· p n ·/( p - φ· p n). (6.15)

Constanta de gaz a aerului:

R=8314/μ =8314/(28,95–10,934 μ· p n / p). (6.16)

Formula este valabila si:

R = (287+462d)/(1+d).

Volumul de aer umed la 1 kg de aer uscat:

V vl.v = R·T/p. (6.17)

Volumul specific de aer umed:

v=V vl.v /(1+d). (6.17a)

Capacitatea termică a masei specifice a amestecului de abur-aer:

Cu cm = c V +d s P . (6.18)

Vaporii de apă sunt de mare importanță pentru natura din jurul nostru. Este prezent în atmosferă, folosit în tehnologie și servește ca parte integrantă a procesului de origine și dezvoltare a vieții pe Pământ.

Manualele de fizică spun că vaporii de apă sunt ceva ce poate observa oricine punând un ibric pe foc. După ceva timp, un flux de abur începe să iasă din gura sa. Acest fenomen se datorează faptului că apa poate fi în diferite, după cum definesc fizicienii, stări de agregare - gazoasă, solidă, lichidă. Astfel de proprietăți ale apei explică prezența sa cuprinzătoare pe Pământ. La suprafață - în stare lichidă și solidă, în atmosferă - în stare gazoasă.

Această proprietate a apei și trecerea ei succesivă în diferite stări sunt create în natură. Lichidul se evaporă de la suprafață, se ridică în atmosferă, este transportat în alt loc sub formă de vapori de apă și cade acolo sub formă de ploaie, furnizând umiditatea necesară în locuri noi.

De fapt, funcționează un fel de motor cu abur, sursa de energie pentru care este Soarele. În timpul proceselor luate în considerare, vaporii de apă încălzește suplimentar planeta datorită reflectării radiației termice a Pământului înapoi la suprafață, provocând efectul de seră. Dacă nu ar exista o astfel de „pernă”, atunci temperatura de pe suprafața planetei ar fi cu 20 ° C mai mică.

Pentru a confirma cele de mai sus, putem aminti zilele însorite iarna și vara. În sezonul cald, este ridicat, iar atmosfera, ca într-o seră, încălzește Pământul, dar iarna, pe vreme însorită, uneori apare cel mai semnificativ frig.

Ca toate gazele, vaporii de apă au anumite proprietăți. Unul dintre parametrii care îi determină va fi densitatea vaporilor de apă. Prin definiție, este cantitatea de vapori de apă conținută într-un metru cub de aer. În esență, așa este definit cel din urmă.

Cantitatea de apă din aer este în continuă schimbare. Depinde de temperatura, presiune, teren. Conținutul de umiditate din atmosferă este un parametru extrem de important pentru viață și este monitorizat în mod constant cu instrumente speciale - un higrometru și un psicrometru.

Modificările de umiditate sunt cauzate de faptul că conținutul de apă din spațiul înconjurător se modifică din cauza proceselor de evaporare și condensare. Condensul este opusul evaporării; în acest caz, aburul începe să se transforme în lichid și cade la suprafață.

În acest caz, în funcție de temperatura ambiantă, se poate forma ceață, rouă, îngheț și gheață.

Când aerul cald, apa, intră în contact cu pământul rece, se formează rouă. Iarna, la temperaturi sub zero, se va forma îngheț.

Un efect ușor diferit apare atunci când sosește aerul rece sau aerul încălzit în timpul zilei începe să se răcească. În acest caz, se formează ceață.

Dacă temperatura suprafeței pe care condensează aburul este negativă, atunci apare gheață.

Astfel, numeroase fenomene naturale, precum ceata, roua, gerul, gheata, isi datoreaza formarea vaporilor de apa continuti in atmosfera.

În acest sens, merită menționată formarea norilor, care sunt, de asemenea, direct implicați în formarea vremii. Apa se evaporă de la suprafață și se transformă în vapori de apă și urcă. Când se ajunge la o altitudine la care începe condensul, acesta se transformă în lichid și se formează nori. Ele pot fi de mai multe tipuri, dar ținând cont de problema în cauză, este important să participe la crearea efectului de seră și la transferul umidității în locuri noi.

Materialul prezentat arată ce sunt vaporii de apă și descrie influența acestora asupra proceselor de viață care au loc pe Pământ.

vapor de apă

Vapor de apă

apa continuta in atmosfera in stare gazoasa. Cantitatea de vapori de apă din aer variază foarte mult; conținutul său cel mai mare este de până la 4%. Vaporii de apă sunt invizibili; ceea ce se numește abur în viața de zi cu zi (aburul de la respirația aerului rece, aburul de la apa clocotită etc.) este rezultatul condensării vaporilor de apă, la fel ca ceaţă. Cantitatea de vapori de apă determină cea mai importantă caracteristică pentru starea atmosferei - umiditatea aerului.

Geografie. Enciclopedie ilustrată modernă. - M.: Rosman. Editat de prof. A. P. Gorkina. 2006 .

Vedeți ce înseamnă „vapori de apă” în alte dicționare:

Vaporii de apă sunt starea gazoasă a apei. Nu are culoare, gust sau miros. Conținut în troposferă. Format de moleculele de apă în timpul evaporării sale. Când vaporii de apă intră în aer, ei, ca toate celelalte gaze, creează o anumită presiune,... ... Wikipedia

vapor de apă- abur Apa in stare gazoasa. [RMG 75 2004] Subiecte de măsurare a umidității substanțelor Sinonime de abur EN apă abur DE Wasserdampf FR vapeur d eau ... Ghidul tehnic al traducătorului

vapor de apă- Apa care se gaseste in atmosfera pamantului in faza de vapori si sub temperatura critica pentru apa... Dicţionar de Geografie

VAPOR DE APĂ- apa in stare gazoasa. Intră în atmosferă ca urmare a evaporării de pe suprafețele bazinelor de apă și din sol. Se condensează în (vezi) sub formă de ceață, nori și nori și revine din nou la suprafața Pământului sub formă de diverse precipitații... Marea Enciclopedie Politehnică

vapor de apă- starea gazoasă a apei. Dacă la 101,3 kPa (760 mm Hg) apa este încălzită la 100 ° C, atunci fierbe și încep să se formeze vapori de apă, având aceeași temperatură, dar un volum mult mai mare. O stare în care apa și aburul... ... Dicţionar enciclopedic de metalurgie

Tema 2. Fundamentele ingineriei termice.

Inginerie termică este o știință care studiază metode de obținere, transformare, transfer și utilizare a căldurii. Energia termică se obține prin arderea unor substanțe organice numite combustibil.

Elementele de bază ale ingineriei termice sunt:

1. Termodinamica este o știință care studiază transformarea energiei termice în alte tipuri de energie (de exemplu: energia termică în mecanică, chimică etc.)

2. Transferul de căldură - studiază schimbul de căldură între doi lichide de răcire prin suprafața de încălzire.

Lichidul de lucru este un lichid de răcire (vapori de apă sau apă fierbinte), care este capabil să transfere căldură.

În camera cazanelor, lichidul de răcire (lichidul de lucru) este apă fierbinte și abur de apă cu o temperatură de 150°C sau abur. Cu temperaturi de până la 250°C. Apa calda este folosita pentru incalzirea cladirilor rezidentiale si publice; acest lucru se datoreaza conditiilor sanitare si igienice si capacitatii de a-si schimba usor temperatura in functie de temperatura exterioara. Apa are o densitate semnificativă în comparație cu aburul, ceea ce îi permite să transfere o cantitate semnificativă de căldură pe distanțe lungi cu un volum mic de lichid de răcire. Apa este furnizată sistemului de încălzire al clădirilor la o temperatură nu mai mare de 95°C pentru a evita arderea prafului pe dispozitivele de încălzire și arsurile de la sistemele de încălzire. Aburul este utilizat pentru încălzirea clădirilor industriale și în sistemele de producție și tehnologice.

Parametrii fluidului de lucru

Lichidul de răcire, primind sau eliberând energie termică, își schimbă starea.

De exemplu: Apa din cazanul de abur este încălzită și se transformă în abur, care are o anumită temperatură și presiune. Aburul intră în încălzitorul de apă cu abur, se răcește singur și se transformă în condens. Temperatura apei încălzite crește, temperatura aburului și a condensului scade.

Parametrii principali ai fluidului de lucru sunt temperatura, presiunea, volumul specific, densitatea.

t, P- este determinat de instrumente: manometre, termometre.

Volumul specific și densitatea sunt valori calculate.

1. Volumul specific- volumul ocupat de o unitate de masă a unei substanţe la

0°C și presiunea atmosferică 760 mmHg. (in conditii normale)

unde: V- volum (m 3); m este masa substanței (kg); stare standard: P=760mm h.st. t=20 o C

2. Densitatea- raportul dintre masa unei substanțe și volumul acesteia. Fiecare substanță are propria sa densitate:

În practică, se utilizează densitatea relativă - raportul dintre densitatea unui gaz dat și densitatea unei substanțe standard (aer) în condiții normale (t° = 0°C: 760 mm Hg)

Comparând densitatea aerului cu densitatea metanului, putem determina din ce locuri să probem pentru prezența metanului.

primim,

gazul este mai ușor decât aerul, ceea ce înseamnă că umple partea superioară a oricărui volum; proba este prelevată din partea superioară a cuptorului cazanului, puț, camere, cameră. Analizoarele de gaze sunt instalate în partea superioară a incintei.

(paceul este mai ușor, ocupă partea superioară)

Densitatea monoxidului de carbon este aproape aceeași cu cea a aerului, așa că o probă de monoxid de carbon este luată la 1,5 metri de podea.

3. Presiune- această forță care acționează pe unitatea de suprafață.

Forța de presiune egală cu 1 N, distribuit uniform pe o suprafata de 1 m 2 se ia ca unitate de presiune si este egal cu 1 Pa (N/m2)în sistemul SI (acum în școli, în cărți totul este în Pa, instrumentele sunt tot în Pa).

Valoarea lui Pa este mică ca valoare, de exemplu: dacă luați 1 kg de apă și îl turnați peste 1 metru, obțineți 1 mm.in.st. Prin urmare, se introduc multiplicatori și prefixe - MPa, KPa...

În tehnologie sunt folosite unități de măsură mai mari

1kPa=103 Pa; 1 MPa=10 b Pa; 1 GPa = 10 9 Pa.

Unități de presiune non-sistem kgf/m2; kgf/cm2; mm.h.st.; mm.h.st.

1 kgf/m2 = 1 mm.in st = 9,8 Pa

1 kgf/cm2 = 9.8. 10 4 Pa ​​​​~ 10 5 Pa = 10 4 kgf/m2

Presiunea este adesea măsurată în atmosfere fizice și tehnice.

Atmosfera fizică- presiunea atmosferică medie a aerului la nivelul mării la nivelul mării.

1 atm = 1,01325. 10 5 Pa = 760 mm Hg. = 10,33 m apă. st = 1,0330 mm h. Artă. = 1,033 kgf/cm2.

Atmosfera tehnica- presiunea cauzată de o forță de 1 kgf este distribuită uniform pe o suprafață normală acesteia cu o suprafață de 1 cm2.

1at = 735 mm Hg. Artă. = 10 m.v. Artă. = 10.000 mm h. Artă. = =0,1 MPa= 1 kgf/cm2

1 mm V. Artă. - o forță egală cu presiunea hidrostatică a unei coloane de apă cu înălțimea 1 mm pe o bază plată 1 mm V. st = 9,8 Pa.

1 mm. rt. st - forță egală cu presiunea hidrostatică a unei coloane de mercur cu o înălțime de 1 mm pe o bază plată. 1 mm rt. Artă. = 13,6 mm. V. Artă.

În caracteristicile tehnice ale pompelor se folosește termenul de presiune în loc de presiune. Unitatea de măsură pentru presiune este mW.O. Artă. De exemplu: Presiunea creată de pompă este de 50 m apă Artă. aceasta înseamnă că poate ridica apa la o înălțime de 50 m.

Tipuri de presiune: exces, vid (vid, tiraj), absolut, atmosferic .

Dacă acul se abate într-o direcție mai mare decât zero, aceasta este presiune în exces; dacă deviază sub zero, acesta este un vid.

Presiune absolută:

P abs = P ex + P atm

P abs = P vac + P atm

P abs = P atm - P dispersie

unde: P atm = 1 kgf/cm 2

Presiunea atmosferică- presiunea atmosferică medie a aerului la nivelul mării la t° = 0°C și atmosferă normală R=760 mm. rt. Artă.

Suprapresiune- presiune peste cea atmosferică (într-un volum închis). În încăperile cazanelor există apă sub presiune în exces, abur în cazane și conducte. R izb. măsurată cu manometre.

Vacuum (Vid)- presiunea în volume închise este mai mică decât cea atmosferică (vid). Cuptoarele și coșurile cazanelor sunt sub vid. Vidul este măsurat cu manometre.

Presiune absolută- exces de presiune sau vid ținând cont de presiunea atmosferică.

În funcție de scopul propus, presiunea este:

1). Canal - presiunea cea mai mare la t=20 o C

2). Funcționare – excesul de presiune maxim în cazan, care asigură funcționarea pe termen lung a cazanului în condiții normale de funcționare (indicat în instrucțiunile de producție).

3). Permisă - presiunea maximă admisă stabilită pe baza rezultatelor unei examinări tehnice sau a unui calcul al rezistenței de control.

4). Proiectare – excesul de presiune maxim la care se calculează rezistența elementelor cazanului.

5). Rtest - exces de presiune la care se efectuează încercările hidraulice ale elementelor cazanului pentru rezistență și densitate (unul dintre tipurile de examinare tehnică).

4. Temperatura- acesta este gradul de încălzire al corpului, măsurat în grade. Determină direcția transferului spontan de căldură de la un corp mai încălzit la unul mai puțin încălzit.

Transferul de căldură va avea loc până când temperaturile devin egale, adică apare echilibrul de temperatură.

Sunt utilizate două scale: internaționale - Kelvin și practice Celsius t ° C.

În această scară, zero este punctul de topire al gheții, iar o sută de grade este punctul de fierbere al apei la atm. presiune (760 mm rt. Artă.).

Zero absolut (cea mai scăzută temperatură posibilă teoretic la care nu există mișcare moleculară) este folosit ca punct de referință în scala de temperatură termodinamică Kelvin. Desemnat T.

1 Kelvin este egal cu 1° Celsius

Temperatura de topire a gheții este de 273K. Punctul de fierbere al apei este de 373K

T=t + 273; t = T-273

Punctul de fierbere depinde de presiune.

De exemplu, La R ab c = 1,7 kgf/cm2. Apa fierbe la t = 115°C.

5. Caldura - energie care poate fi transferată de la un corp mai încălzit la unul mai puțin încălzit.

Unitatea SI de căldură și energie este Joule (J). Unitatea nesistemică de măsurare a căldurii este caloria ( cal).

1 cal.- cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 g de H 2 O cu 1 ° C la

P = 760 mm. Hg

1 cal.=4,19J

6. Capacitate termică – capacitatea organismului de a absorbi căldura . Pentru a încălzi două substanțe diferite cu aceeași masă la aceeași temperatură, trebuie consumate cantități diferite de căldură.

Capacitatea termică specifică a apei este cantitatea de căldură care trebuie furnizată de o unitate de substanță pentru a-i crește temperatura cu 1°C, egal cu 1 kcal/kg deg.

Metode de transfer de căldură.

Există trei metode de transfer de căldură:

1.conductivitate termică;

2. radiații (radiații);

3. convecție.

Conductivitate termică-

Transferul de căldură datorită mișcării termice a moleculelor, atomilor și electronilor liberi.

Fiecare substanță are propria conductivitate termică, aceasta depinde de compoziția chimică, structura și conținutul de umiditate al materialului.

O caracteristică cantitativă a conductivității termice este coeficientul de conductivitate termică, care este cantitatea de căldură transferată printr-o unitate de suprafață de încălzire pe unitatea de timp cu o diferență. tîn aproximativ C și o grosime a peretelui de 1 metru.

Coeficient de conductivitate termică ( ):

Cupru = 330 kcal . mm 2. h . grindină

Fontă = 5 4 kcal . mm 2. h . grindină

Oțel =39 kcal . mm 2. h . grindină

Se poate observa că metalele au o conductivitate termică bună, cuprul este cel mai bun.

Azbest = 0,15 kcal . mm 2. h . grindină

Funingine = 0,05-0, kcal . mm 2. h . grindină

Scara = 0,07-2 kcal . mm 2. h . grindină

Aer = 0,02 kcal . mm 2. h . grindină

Corpurile poroase (azbest, funingine, sol) conduc căldura prost.

Funingineîngreunează transferul căldurii de la gazele de ardere către peretele cazanului (conduce căldura de 100 de ori mai rău decât oțelul), ceea ce duce la un consum excesiv de combustibil și la reducerea producției de abur sau apă caldă. Prezența funinginei crește temperatura gazelor de ardere. Toate acestea conduc la o scădere a randamentului cazanului. Când cazanele funcționează orar cu ajutorul instrumentelor (logometru) se monitorizează t de gaze carbon, ale căror valori sunt indicate în harta regimului cazan Dacă temperatura gazelor de carbon a crescut, atunci suprafața de încălzire este suflată.

Scară se formează în interiorul țevilor (conduce căldura de 30-50 de ori mai rău decât oțelul), reducând astfel transferul de căldură de la peretele cazanului la apă, ca urmare pereții se supraîncălzi, se deformează și se rup (ruperea țevilor cazanului). Scara conduce căldura de 30-50 de ori mai rău decât oțelul

convecție -

Transferul de căldură prin amestecarea sau mișcarea particulelor între ele (tipic numai pentru lichide și gaze). Există convecție naturală și forțată.

Convecție naturală- libera circulatie a lichidului sau gazelor datorita diferentei de densitati a straturilor incalzite neuniform.

Convecție forțată- miscarea fortata a lichidului sau gazelor datorita presiunii sau vidului creat de pompe, aspiratoare de fum si ventilatoare.

Modalități de creștere a transferului de căldură convectiv:

§ Cresterea vitezei curgerii;

§ Turbulizare (vortex);

§ Cresterea suprafetei de incalzire (datorita instalarii aripioarelor);

§ Creșterea diferenței de temperatură între mediul de încălzire și mediul încălzit;

§ Mișcarea în contracurent a mass-media (contracurent).

Radiații (radiații) -

Schimbul de căldură între corpurile situate la distanță unul de celălalt datorită energiei radiante, purtătoarele cărora sunt vibrațiile electromagnetice: energia termică este transformată în energie radiantă și invers, de la radiantă la termică.

Radiația este cea mai eficientă modalitate de a transfera căldură, mai ales dacă corpul studiat are o temperatură ridicată, iar razele sunt direcționate perpendicular pe suprafața încălzită.

Pentru a îmbunătăți transferul de căldură prin radiație în cuptoarele cazanelor, fante speciale sunt realizate din materiale refractare, care acționează în același timp ca emițători de căldură și stabilizatori de ardere.

Suprafața de încălzire a cazanului este o suprafață de pe care pe de o parte este spălată de gaze și pe de altă parte de apă.

Discutat mai sus 3 tipuri de schimb de căldură se găsesc rar în forma lor pură. Aproape un tip de schimb de căldură este însoțit de altul. Toate cele trei tipuri de schimb de căldură sunt prezente în cazan, care se numește schimb de căldură complex.

În cuptorul cazanului:

A) de la arzător la suprafața exterioară a conductelor cazanului - radiații.

B) de la gazele de ardere generate spre perete - prin convecție

B) de la suprafața exterioară a peretelui conductei la suprafața interioară - conductivitate termică.

D) de la suprafața interioară a peretelui conductei la apă, prin circulație de-a lungul suprafeței - convecție.

Transferul de căldură de la un mediu la altul printr-un perete despărțitor se numește transfer de căldură.

Apa, vaporii de apă și proprietățile ei

Apa este cel mai simplu compus chimic al hidrogenului cu oxigenul, stabil în condiții normale, cea mai mare densitate a apei este de 1000 kg/m 3 la t = 4 o C.

Apa, ca orice lichid, respectă legile hidraulice. Aproape că nu se comprimă, prin urmare are capacitatea de a transfera presiunea exercitată asupra sa în toate direcțiile cu aceeași forță. Dacă mai multe vase de forme diferite sunt conectate între ele, atunci nivelul apei va fi același peste tot (legea vaselor comunicante).

Informații conexe.