بخار فوق حراري ونمودار فاز بخار

بخار فوق حراري

هنگامی که بخار اشباع شده در کِتَل بخار از طریق سطوح انتقال گرما عبور می‌کند، دمای آن بالاتر از دمای تبخیر یا اشباع شدن خواهد رفت. بخار به عنوان فوق حراری توصیف می‌شود اگر دمای آن بیشتر از دمای اشباع شدن باشد. درجه فوق حرارتی مستقیماً با دمای بخار که بالاتر از دمای اشباع شدن است مرتبط است.

فوق حرارت فقط می‌تواند به بخار اشباع شده و نه به بخار حاوی رطوبت اعمال شود. برای رسیدن به فوق حرارت، بخار اشباع شده باید از طریق یک مبدل گرما دیگر عبور کند. این مبدل گرما برای فوق حرارت کردن درون کِتَل به عنوان مبدل گرما ثانویه شناخته می‌شود. گاز دودی گرم که از کِتَل خارج می‌شود بهترین روش برای گرم کردن بخار اشباع شده است.

بخار فوق حراری در نیروگاه‌های بخار برای تولید برق کاربرد دارد. در توربین‌های بخار، بخار فوق حراری از یک طرف وارد می‌شود و از طرف دیگر به م.Condenser (می‌تواند از نوع آبی یا هوایی باشد) خارج می‌شود. تفاوت انرژی بخار فوق حراری بین ورودی و خروجی توربین باعث چرخش روتور توربین می‌شود. هنگام عبور از روتور توربین، انرژی بخار به تدریج کاهش می‌یابد.

بنابراین ضروری است که در ورودی توربین فوق حرارت کافی وجود داشته باشد تا از تراکم بخار مرطوب در قسمت آخر روتور جلوگیری شود.

به طور کلی روتور توربین بخار دارای چند مرحله است و بخار باید از هر مرحله عبور کند قبل از رسیدن به م.Condenser. بنابراین اگر فوق حرارت کافی در ورودی توربین فراهم نشود، بخار ممکن است در مراحل بعدی روتور اشباع شده و در هر مرحله پس از آن مرطوب‌تر شود.

بخار مرطوب در انتهای روتور بسیار خطرناک است زیرا ممکن است منجر به ضربه آب و فرسایش شدید در مراحل آخر پره‌های توربین شود. برای رفع این مشکل، توصیه می‌شود که پارامترهای بخار ورودی توربین به گونه‌ای طراحی شوند که بخار فوق حراری اجازه ورود به ورودی توربین را داشته باشد و خروجی توربین طراحی شود تا پارامترهای بخار به شرایط نزدیک به اشباع نزدیک شود.

یکی از دلایل اصلی استفاده از بخار فوق حراری در توربین بخار بهبود قابل توجه کارایی گرمایی چرخه است.

کارایی موتور گرمایی می‌تواند با استفاده از:

کارایی چرخه کارنو: نسبت تفاوت دما بین ورودی و خروجی به دمای ورودی.

کارایی چرخه رانکین: نسبت انرژی گرمایی در ورودی و خروجی توربین به کل انرژی گرمایی گرفته شده از بخار.
2. مثال محاسبه کارایی چرخه کارنو و چرخه رانکین.
توضیح با مثال:
یک توربین با بخار فوق حراری در فشار 96 بار و در دمای 490 درجه سانتیگراد تغذیه می‌شود. خروجی در فشار 0.09 بار و با 12٪ مرطوبیت است.
دمای بخار اشباع شده: 43.7 درجه سانتیگراد
تعیین و مقایسه کارایی چرخه کارنو و چرخه رانکین.
روند تعیین کارایی چرخه کارنو :

روند تعیین کارایی چرخه رانکین :
که,

گرمای معقول در کندنسات متناظر با فشار خروجی 0.09 بار در KJ/Kg = 183.3
3.
نمودار فاز-بخار نمایش گرافیکی داده‌های موجود در جدول بخار است. نمودار فاز-بخار رابطه بین انرژی داخلی و دمای متناظر با فشارهای مختلف را ارائه می‌دهد. انرژی داخلی مایع hf. این با خط A-B در نمودار فاز نمایش داده می‌شود. هنگامی که آب شروع به دریافت گرما از 0 درجه سانتیگراد می‌کند، تمام انرژی داخلی مایع خود را در طول خط آب اشباع شده A-B در نمودار فاز دریافت می‌کند.

انرژی داخلی بخار اشباع شده (hfg): هر گرمای اضافی نتیجه می‌دهد تغییر فاز به بخار اشباع شده و با (hfg) در نمودار فاز نمایش داده می‌شود یعنی B-C.

درصد خشکی (x): هنگامی که گرما اعمال می‌شود، مایع شروع به تغییر فاز از مایع به بخار می‌کند و سپس درصد خشکی مخلوط شروع به افزایش می‌کند یعنی به سمت یکی حرکت می‌کند. در نمودار فاز، درصد خشکی مخلوط 0.5 در دقیقاً وسط خط BC است. به طور مشابه در نقطه c در نمودار فاز، مقدار درصد خشکی 1 است.

خط C-D نقطه c در خط بخار اشباع شده است، هر گرمای اضافی نتیجه می‌دهد افزایش دمای بخار یعنی شروع به فوق حرارت کردن بخار با خط C-D نمایش داده می‌شود.
منطقه مایع → ناحیه سمت چپ خط مایع اشباع شده
منطقه فوق حرارت → ناحیه سمت راست خط بخار اشباع شده
منطقه دو فاز → ناحیه بین خط مایع و بخار اشباع شده شامل مخلوط مایع و بخار. مخلوط با درصدهای خشکی متفاوت.
نقطه بحرانی → این نقطه اوجی است که خط مایع و بخار اشباع شده در آن به هم می‌رسند. انرژی تبخیر در نقطه بحرانی به صفر می‌رسد، یعنی آب مستقیماً به بخار در نقطه بحرانی و بعد از آن تغییر می‌کند.
بالاترین دمایی که مایع می‌تواند به دست آورد یا وجود داشته باشد معادل نقطه بحرانی است.
پارامترهای نقطه بحرانی → دمای 374.15 درجه سانتیگراد
فشار → 221.2 بار

مقادیر بالاتر از این مقادیر مقادیر فوق بحرانی هستند و برای افزایش کارایی چرخه رانکین مفید هستند.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.