Степень сухости пара

Что такое степень сухости?

Пар называется насыщенным и сухим, когда при данном давлении его температура равна точке кипения. В практике сложно получить абсолютно сухой насыщенный пар, и он часто содержит капли воды. Поэтому пар, образующийся в барабане котла, часто бывает влажным и содержит некоторую влагу. Если содержание влаги в паре составляет 7% по массе, то степень сухости пара составляет 0,93, что означает, что пар только на 93% сух.
Энтальпия испарения влажного пара выражается как произведение удельной энтальпии (hfg) и степени сухости (x). Тепловое содержание влажного пара и сухого насыщенного пара различаются. Сухой насыщенный пар имеет большее тепловое содержание (используемая энергия), чем влажный пар.

Фактическая энтальпия испарения
Фактическая общая энтальпия влажного пара
Где hf — это энтальпия жидкости.
Плотность воды выше, чем у пара, поэтому удельный объем воды значительно меньше, чем удельный объем пара.
Таким образом, капли воды во влажном паре занимают незначительное пространство, и удельный объем влажного пара меньше, чем у сухого пара, и определяется формулой:
Фактический удельный объем = x vg
Где vg — это удельный объем сухого насыщенного пара

Диаграмма фазового состояния пара

Соотношение энтальпии и температуры при различных диапазонах давления графически представлено на фазовой диаграмме.

Энтальпия жидкости (hf) на фазовой диаграмме

Когда вода нагревается от 0oC до точки насыщения при атмосферном давлении, она следует линии насыщенной жидкости, пока не получит всю свою энтальпию жидкости hf, что представлено на фазовой диаграмме отрезком (A-B).

Энтальпия насыщенного пара (hfg)

Любое дальнейшее добавление тепла приводит к изменению фазы в насыщенный пар, что представлено на фазовой диаграмме как (hfg), т.е. B-C

Степень сухости (x)

При подаче тепла жидкость начинает менять фазу от жидкости к пару, и степень сухости смеси начинает увеличиваться, т.е. стремиться к единице. На фазовой диаграмме степень сухости смеси составляет 0,5 ровно посередине линии B-C. Аналогично, на точке C на фазовой диаграмме степень сухости равна 1.

Линия C-D

Точка C находится на линии насыщенного пара, любое дальнейшее добавление тепла приводит к увеличению температуры пара, т.е. началу перегрева пара, что представлено линией C – D.

Жидкая зона

Регион слева от линии насыщенной жидкости.

Зона перегрева

Регион справа от линии насыщенного пара.

Двухфазная зона

Область между линией насыщенной жидкости и линией насыщенного пара представляет собой смесь жидкости и пара с различными степенями сухости.

Критическая точка

Это вершина, где линии насыщенной жидкости и насыщенного пара сходятся. Энтальпия испарения уменьшается до нуля в критической точке, что означает, что вода напрямую переходит в пар в критической точке и после неё.
Максимальная температура, которую может достигнуть или существовать жидкость, эквивалентна критической точке.

Параметры критической точки

Температура 374,15oC, Давление 221,2 бар, значения выше этого являются сверхкритическими и полезны для повышения эффективности цикла Ренкина.

Вспышечный пар

Что такое вспышечный пар?

Вспышечный пар образуется, когда давление воды снижается с высокого до низкого, и вода находится при более высокой температуре, чем температура насыщения при низком давлении. Таким образом, избыточная тепловая энергия выделяется при низком давлении в виде вспышки, и пар, образующийся таким образом, называется "вспышечным паром".