증기 건조도
건조도는 무엇인가?
증기가 특정 압력에서 그 온도가 끓는점과 같을 때, 이를 건조 포화 증기라고 합니다. 실제로 건조 포화 증기를 생성하는 것은 어렵고, 증기는 종종 물방울을 포함합니다. 따라서 보일러의 드럼에서 생성된 증기는 종종 습기와 함께 존재하며 일부 수분을 포함하고 있습니다. 만약 증기의 수분 함량이 질량으로 7%라면, 증기의 건조도는 0.93이며, 이는 증기가 93% 건조하다는 것을 의미합니다.
습기 있는 증기의 증발 엔탈피는 특정 엔탈피 (hfg)와 건조도 (x)의 곱으로 표현됩니다. 습기 있는 증기와 건조 포화 증기의 열 내용은 다릅니다. 건조 포화 증기는 습기 있는 증기보다 더 많은 열 내용 (사용 가능한 에너지)을 가지고 있습니다.
실제 증발 엔탈피
습기 있는 증기의 실제 총 엔탈피
여기서, hf는 액체 엔탈피입니다.
물의 밀도는 증기보다 높으므로, 물의 특정 부피는 증기의 특정 부피보다 훨씬 작습니다.
따라서 습기 있는 증기 속의 물 방울들은 거의 공간을 차지하지 않으며, 습기 있는 증기의 특정 부피는 건조 증기보다 작으며 다음 공식으로 주어집니다:
실제 특정 부피 = x vg
여기서, vg는 건조 포화 증기의 특정 부피입니다.
증기 상 도표
다양한 압력 범위에 따른 엔탈피와 온도의 관계는 상 도표를 통해 그래픽으로 표현됩니다.
상 도표에서의 액체 엔탈피 (hf)
수온이 0oC에서 대기압에서 포화 온도까지 가열될 때, 포화 액체 선을 따라 움직이며 모든 액체 엔탈피 hf를 받게 됩니다. 이는 상 도표에서 (A-B)로 표시됩니다.
포화 증기의 엔탈피 (hfg)
추가적인 열을 공급하면 위상이 포화 증기로 변하게 되며, 이는 상 도표에서 (hfg)로 표시되며, 즉 B-C로 나타납니다.
건조도 (x)
열을 적용하면 액체가 기체로 위상을 변화시키기 시작하고, 혼합물의 건조도가 1에 가까워지면서 증가합니다. 상 도표에서 혼합물의 건조도는 B-C 선의 정확히 중간에서 0.5입니다. 마찬가지로, 상 도표의 C 지점에서 건조도 값은 1입니다.
선 C-D
C 지점은 포화 기체 선에 있으며, 추가적인 열을 공급하면 증기 온도가 증가하며, 즉 증기의 과열이 시작되는 C-D 선으로 나타납니다.
액체 영역
포화 액체 선 왼쪽의 영역입니다.
과열 영역
포화 기체 선 오른쪽의 영역입니다.
두 상 영역
포화 액체 선과 포화 기체 선 사이의 영역은 액체와 기체의 혼합물입니다. 다양한 건조도를 가진 혼합물입니다.
임계점
포화 액체 선과 포화 기체 선이 만나는 최상점입니다. 임계점에서 증발 엔탈피는 0으로 줄어들며, 이는 물이 임계점에서 직접 증기로 바뀌며 이후에도 계속됨을 의미합니다.
액체가 달성하거나 존재할 수 있는 최대 온도는 임계점과 동일합니다.
임계점 매개변수
온도 374.15oC, 압력 221.2 bar, 이 값을 초과하는 값은 초임계 값이며, 랭킨 순환의 효율을 높이는 데 유용합니다.
플래시 증기
플래시 증기는 무엇인가?
플래시 증기는 고압에서 저압으로 압력을 낮출 때, 물이 저압에서 포화 온도보다 높은 온도를 가지게 되면 발생합니다. 따라서 이러한 초과 열 에너지는 저압에서 플래싱 형태로 방출되고, 이렇게 생성된 증기를 "플래시 증기"라고 합니다.
