Część sucha pary
Co to jest stopień suchości?
Parę nazywa się nasyceną, gdy w określonym ciśnieniu jej temperatura jest równa temperaturze wrzenia. W praktyce trudno jest uzyskać suchą parę nasyceną, a para często zawiera krople wody. Dlatego para wytworzona w bębnie kotła często jest wilgotna i zawiera pewną ilość wilgoci. Jeśli zawartość wilgoci w parze wynosi 7% masy, to stopień suchości pary wynosi 0,93, co oznacza, że para jest tylko 93% sucha.
Entalpia ewaporacji wilgotnej pary wyrażana jest jako iloczyn entalpii właściwej (hfg) i stopnia suchości (x). Zawartość ciepła wilgotnej pary i suchej pary nasyceną są różne. Sucha para nasyceną ma większą zawartość ciepła (użytecznej energii) niż wilgota.
Rzeczywista entalpia ewaporacji
Rzeczywista całkowita entalpia wilgotnej pary
Gdzie hf to entalpia płynu.
Gęstość wody jest większa niż gęstość pary, więc objętość właściwa wody jest znacznie mniejsza niż objętość właściwa pary.
Dlatego kropelki wody w wilgotnej parze zajmują zaniedbywalną przestrzeń, a objętość właściwa wilgotnej pary jest mniejsza niż sucha para i wyraża się wzorem:
Rzeczywista objętość właściwa = x vg
Gdzie, vg to objętość właściwa suchej pary nasyceną
Wykres fazowy pary
Relacja między entalpią a temperaturą dla różnych zakresów ciśnień przedstawiona jest graficznie na wykresie fazowym.
Entalpia płynu (hf) na wykresie fazowym
Gdy woda jest nagrzewana od 0oC do temperatury nasycenia przy ciśnieniu atmosferycznym, następuje przemieszczenie wzdłuż linii nasycenia płynu, aż do momentu otrzymania pełnej entalpii płynu hf, co jest reprezentowane przez (A-B) na wykresie fazowym.
Entalpia nasyceną pary (hfg)
Dodatkowe dodanie ciepła powoduje zmianę fazy na nasyceną parę, co jest reprezentowane przez (hfg) na wykresie fazowym, czyli B-C
Stopień suchości (x)
Gdy dodaje się ciepło, płyn zaczyna zmieniać fazę z ciekłej na gazową, a stopień suchości mieszaniny zaczyna rosnąć, czyli zbliżać się do jedności. Na wykresie fazowym stopień suchości mieszaniny wynosi 0,5 dokładnie w połowie linii B-C. Podobnie na punkcie C na wykresie fazowym wartość stopnia suchości wynosi 1.
Linią C-D
Punkt C znajduje się na linii nasyceną pary, dodatkowe dodanie ciepła powoduje wzrost temperatury pary, czyli początek nadgrzewania pary, reprezentowany przez linię C – D.
Strefa ciekła
Obszar po lewej stronie linii nasyceną płynu.
Strefa nadgrzewania
Obszar po prawej stronie linii nasyceną pary.
Strefa dwufazowa
Obszar między linią nasyceną płynu a linią nasyceną pary to mieszanka płynu i pary. Mieszanki o różnym stopniu suchości.
Punkt krytyczny
Jest to szczytowy punkt, w którym linia nasyceną płynu i linia nasyceną pary spotykają się. Entalpia ewaporacji maleje do zera w punkcie krytycznym, co oznacza, że woda bezpośrednio zmienia się w parę w punkcie krytycznym i potem.
Maksymalna temperatura, jaką płyn może osiągnąć lub istnieć, jest równoważna punktowi krytycznemu.
Parametry punktu krytycznego
Temperatura 374,15oC, ciśnienie 221,2 bara, wartości powyżej tego są super-krytyczne i są użyteczne w zwiększaniu efektywności cyklu Rankine'a.
Para błyskowa
Co to jest para błyskowa?
Para błyskowa powstaje, gdy ciśnienie wody spada z wysokiego na niskie, a woda jest w temperaturze wyższej niż temperatura nasycenia przy niskim ciśnieniu. Dlatego ta nadmiarowa energia cieplna jest uwolniona w formie parowania, a para wytworzone w ten sposób to "para błyskowa".
