Рейтинг фильтров для воды

Мы протестировали и выбрали лучшее очистное оборудование и бытовые фильтры

Для чего нужно знать и как найти давление водяного пара?

Пар используется во многих отраслях промышленности. При этом его основным показателем является величина давления.

Статья даст определение, что такое давление пара, опишет разновидности этого показателя, его зависимость от различных факторов. Также будет дана формула расчета и примеры вычисления этой величины.

Что это за параметр, в чем измеряется?

Давлением пара является физическая величина, которая показывает величину нагрузки, оказываемой паром, находящимся в замкнутом состоянии. При этом давление оказывается на стенки предмета, в котором пар находится.


Для расчета берется показатель, при котором пар находится в термодинамическом равновесии с жидкостью. Также учитывается температура кипения жидкости на единицу времени.

Единицей измерения этой величины является Паскаль (Па). Его часто сопоставляют с атмосферным: 760 мм.рт.ст = 101 кПа=1,01 Бар=1 атм. В расчетных формулах и документации давление пара обозначается буквой «P».

От чего зависит?

На величину давления влияют следующие факторы:

  1. foto47476-2Температура кипения. Чем выше температура кипения, тем выше давление пара.

    Также учитывается интенсивность испарения, которая различна для всех жидкостей и твердых тел.

  2. Интенсивность. Чем быстрее вода или иная жидкость испаряется, тем быстрее растет давление.

    Это применимо только при испарении в закрытых сосудах. На открытом воздухе интенсивность испарения не влияет на величину давления.

  3. Высота. На большой высоте давление пара всегда меньше, так как на него не оказывает влияние атмосферное давление. Также стоит учитывать, что атмосферное давление влияет на температуру кипения жидкости. Она значительно ниже на высоте, а, значит, процесс испарения происходит быстрее.
  4. Площадь. Чем меньше площадь, тем выше давление. В емкостях этот параметр всегда выше, чем на открытой местности.
  5. Насыщение. Давление насыщенного пара выше, так как в нем содержится больше воды. Но этот параметр может быстро измениться с началом конденсации. Также существует зависимость давления от типа пара. Давление ненасыщенного или перегретого пара всегда ниже.

Все эти параметры влияют на давление пара. Для различных химических или твердых элементов степень воздействия может быть разной.

Абсолютное и относительное

Существует 2 основных типа величины давления, которые применимы для расчета пара:

  1. Абсолютное. Этой величиной является любое давление, которое выше эталонной точки отсчета от абсолютного нулевого вакуума. Согласно этому, даже давление небольшого испарения с поверхности естественного источника может быть рассчитано как абсолютное.

    Данный параметр обозначается как «ABS». Если пар находится в закрытом сосуде, то абсолютное давление рассчитывается из суммы атмосферного и избыточного давления, с учетом чтобы результат был больше величины атмосферного.

  2. Относительное или избыточное давление является величиной, которая отличается от актуального атмосферного давления. Например, атмосферное давление 0,75 мм. рт. ст=100 Па.
Абсолютное и относительное давление используется для контроля работы паровых установок различного типа.

Как называется значение, при котором наступает конденсация пара?

Конденсация — это процесс возврата молекул жидкости из пара обратно в воду. Данный процесс характерен для насыщенного пара. Давление, при котором наступает процесс конденсации воды, является давлением насыщенного пара.

Этот параметр характеризуется образованием термодинамического равновесия между водой и паром. Иными словами, это давление одинаковой температуры пара и жидкости.

Этот тип давления используется в паровых установках, имеющих датчики конденсата и его слив. Таким образом контролируется образование конденсата и время его обратного испарения. Для паров ненасыщенного или перегретого типа эта характеристика не применима.

foto47476-3

В чем разница в давлении пара?

Давление может быть различным при одинаковой температуре. Все зависит от качества исходной жидкости и типа самого пара.


Высокого и низкого

Пар низкого давления образуется при температуре кипения от 100 до 140 градуса. Его давление варьируется в пределах 2-3 атмосфер. Его часто применяют в теплоносителях.

Пар высокого давления является перегретым. В его структуре нет молекул воды. Он образуется при температуре от 180 градусов. Точка отсчета давления такого пара начинается от 10 атм. Такой пар используют в качестве энергии движения или для нагрева вязких жидкостей.

Насыщенного и ненасыщенного

Давление насыщенного пара не имеет прямой зависимости от его объема. При температуре кипения 100 градусов, при сохранении нормальных значений атмосферного давления, давление насыщенного пара приблизительно равняется 100 кПа.

Между насыщенным и ненасыщенным паром всегда есть разница в давлении. Давление ненасыщенного всегда на порядок меньше.

Это связано с тем, что при одинаковой температуре кипения, ненасыщенный пар не входит в термодинамическое равновесие и испаряется. Это приводит к потере давления и повторному парообразованию.

Чистой и загрязненной воды

foto47476-4Качество воды также влияет на процесс парообразования. Давление чистой воды всегда выше, чем грязной.

Связано это с процессом кипения. Чистая вода закипает быстрее, так как на нее затрачивается меньше энергии.

Грязная вода прогревается значительно дольше, по причине затраты энергии на выпаривание загрязнений. Также большую роль играет испарение загрязнений (характерно для химических веществ).

Чужеродные химические элементы нарушают термодинамическое равновесие, что приводит к испарению и потере давления.

Также стоит учитывать свойства некоторых растворителей к выпариванию без осадка. Это значит, что пар насыщается долей инородных веществ, значительно увеличивающих плотность пара.

Как меняется от изменения температуры?

При повышении температуры давление пара увеличивается. Это происходит по причине перенасыщения молекулами воды. Из-за этого плотность пара возрастает, и начинается процесс конденсации.

При продолжительном росте температуры нарушается термодинамическое равновесие, повышается температура самого пара. Это приводит к выпариванию молекул воды и образованию перегретого пара.

При снижении температуры нагревания заметно снижается давление пара. Это происходит по причине снижения плотности пара. Образованный конденсат больше не меняет свое агрегатное состояние, а, значит, не происходит образование нового пара. При этом падает плотность.

Таблица зависимости

Пар отличается от идеальных газов. Его давление зависит от температуры и чем быстрее температура растет, тем сильнее давление. Это можно проследить по графику насыщенного водяного пара:

T — °Сp-кПа
50,88
101,23
при 141,6
151,71
202,33
при 22 градусах2,56
253,17
при 273,4
304,6
355,62
407,38
459,5
5012,3
7538,2
100101,3

Из таблицы хорошо видно, что с ростом температуры происходит увеличение давления, вследствие увеличения скорости парообразования. Значения, выше описанных в таблице, могут способствовать снижению давления по причине выпаривания и перегрева пара.


Как определить?

Рассмотрим, как произвести расчеты.

Формула и правила расчета

foto47476-5Расчет давления пара делается согласно формуле давления газа. P=n*k*t. Выражение состоит из:

  1. «n» — величина концентрации пара.
  2. «k» — постоянная Больцмана.
  3. «t» — температура среды.

При расчете учитываются свойства: давление зависит от температуры и не зависит от объема.

Несколько примеров

Простой расчет давления пара над растворителем делается по формуле P=P0*N. Выражение состоит:

  1. P0 – давление пара раствора.
  2. N – доля растворителя (моль).

Также стоит учесть долю уже растворенной части растворителя. Например:

  1. Масса электролита 28,5 г.
  2. Объем воды 785 г.
  3. Понижение давления пара 52,37 Па.
  4. Температура 40 градусов.

foto47476-6

Это уравнение имеет зависимость от табличных величин молекулярных масс растворов.

Для жидкости и пара, находящихся в емкости, расчет делается так:

  1. Объем емкости 0,5 м3.
  2. Масса воды 0,5 кг.
  3. Температура 147 градусов.
  4. Давление пара неизвестно.

0,5*0,5*147=367,5 кПа.

Где используют знания в жизни?

Самым известным измерительным устройством контроля давления является манометр. Давление пара используется во многих сферах:

  1. Отопление. Паровые котельные применяют пар для обогрева помещений. При этом контроль давления помогает поддерживать работоспособность всей системы. Данная характеристика указывает на переизбыток или недостаток давления, что приводит к нарушению подачи пара или разгерметизации.
  2. Пар применяется в установках в качестве движущей силы. Например, в паровозах. Тут контроль давления помогает рассчитать не только расход воды и энергии, но и поддерживать стабильность хода.
  3. Давление пара используется также синоптиками. Эта характеристика указывает влажность воздуха или уровень его сухости.
Давление пара несет множество полезных функций. Но недостаточный его контроль может быть губительным как для человека, так и для промышленного оборудования.

Видео по теме статьи

О давлении водяного пара расскажет видео:

Заключение

В статье была раскрыта тема давления пара. Эта величина является основной, как при расчетах, так и при регулировке температуры теплоносителей. Этот параметр помогает людям контролировать работу оборудования, работающего на энергии пара.

А какова Ваша оценка данной статье?
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...