Какова важнейшая характеристика?

Самым важным свойством насыщенного пара является термодинамическое равновесие со своей жидкостью (например, водой).

Равновесие определяет баланс температуры и влажности. Эталонным значением является вытеснение с поверхности воды, площадью 1 см2 молекул, в количестве 1022. При этом скорость испарения определяется за 1 секунду времени.

Параметр насыщения молекулами воды является основным. При низком насыщении, пар переходит в состояние сухого, а при последующем увеличении температуры, происходит его перегрев. При обычном насыщении, пар снова меняет свое агрегатное состояние во время процесса конденсации (переход из газа в жидкое состояние).


Таблица

Характеристики насыщенного пара сильно зависят от атмосферного давления и температуры. Ниже приведена таблица основных свойств:

Температура Давление Энтальпия жидкости Энтальпия пара Объем пара Удельная теплота образования пара Плотность
0 0,006 0 2493 206 2493 0,004
10 0,01 41 2512 106 2470 0,009
20 0,02 83 2532 57 2448 0,017
30 0,04 125 2551 32 2425 0,03
40 0,07 167 2570 19 2403 0,05
50 0,12 209 2589 12 2380 0,08
60 0,2 251 2608 7 2356 0,13
70 0,3 293 2626 5 2333 0,19
80 0,4 335 2644 3 2310 0,29
90 0,7 377 2662 2 2285 0,42
100 1,03 419 2679 1,6 2260 0,5
374 225 2100 2100 0,003 0 322

В таблице приведены следующие характеристики:

  1. foto47741-2Температура. Указана в градусах Цельсия (°С).
  2. Абсолютное давление кгс/см2. В таблице прослеживается рост давления при подводе тепла.
  3. Энтальпия жидкости кДж/кг. Увеличивается с ростом давления и температуры.
  4. Энтальпия пара кДж/кг. Также рост значений при подводе тепла.
  5. Объем пара м3/кг. Удельный объем газа снижается при росте давления и температуры.
  6. Удельная теплота парообразования кДж/кг. Также уменьшается по причине снижения необходимого количества тепловой энергии для смены агрегатного состояния.
  7. Плотность кг/м3. При увеличении подвода тепла и давления, плотность пара увеличивается.

Исключением в таблице является температурное значение +374 градуса. Это критический температурный порог, при котором удельная теплота парообразования равна 0 при давлении 225 Па.

Параметры

На процесс образования влияют несколько основных параметров, описание которым будет дано далее.

Упругость

Упругостью насыщенного пара является значение давления, при котором возникает термодинамическое равновесие пара с жидкостью. В замкнутом пространстве и происходит процесс испарения. Упругость является парциальным давлением, отличным от атмосферного.

Температура

Это показатель, при котором происходит образование и конденсация насыщенного пара. Для воды температура образования пара варьируется от +1 до 374 градусов. Подобный пар также может образовываться с поверхности льда при температуре от 0 градусов.

Температуре насыщенного пара свойственно равновесие со своей жидкостью: при температуре кипения воды 100 градусов, этому же значению равна температура пара.

foto47741-3

Влажность

Влажность определяется количеством молекул воды, находящихся в паре. Это значение пропорционально равно парциальному давлению пара. Для насыщенного пара влажность всегда составляет 100% из-за наличия конденсации и термодинамического равновесия.


Молярная масса

Данное значение определяет соотношение количества вещества к его массе. Единицей измерения является г/моль. Молярной массой насыщенного пара является значение 18 г/моль.

Как находить молярную массу насыщенного пара? Для вычисления этого значения используется формула:

foto47741-4

Выражение состоит из:

  • «M» — молярная масса;
  • «m» — масса вещества (пара);
  • «v» — количество вещества.

Ниже приведена таблица массы пара по отношению к давлению и температуре.

Температура °С Давление кПа Масса г/м3
0 0,6 3,2
10 1,2 9,4
20 2,3 17,3
30 4,2 30,3
40 7,3 51
50 12,3 83
60 19,9 130
70 31 198
80 47 293
90 70 424
100 101 589

В данной таблице указана плотность вещества относительно давления и температуры. Плотность также рассчитывается по молярной массе:

foto47741-6

Где:

  • «M» — масса;
  • «v» — объем;
  • «p» — плотность.
Молярная масса насыщенного пара большого объема более точно рассчитывать по плотности газа.

Плотность

Плотность определяет, какое количество вещества покинуло жидкость в виде пара. Данное значение прямо зависит от температуры и не зависит от объема.

При повышении температуры плотность пара растет, так как все больше молекул воды покидает жидкость. Данный параметр уравновешивается при стабильном подводе тепла.

Давление

Данное значение определяет состояние пара в виде равновесного, по отношению к температуре. Давление прямо зависит от температуры. Чем выше подвод тепла к жидкости, тем быстрее происходит процесс парообразования, а значит большее количество молекул воды выходит с поверхности и насыщает пространство.

Давление стабилизируется при заданной температуре только на момент конденсации. Температура также имеет зависимость от давления. Чем оно выше, тем больше тепловой энергии требуется для испарения.

foto47741-5

Энтропия

Энтропия по своей сути очень сложное явление. Простыми словами, энтропия пара, это некоторое количество энергии, которое тратится безвозвратно. Например, при нагреве воды от 0 до 100 градусов, часть тепловой энергии для парообразования уходит на обогрев самой емкости, окружающей среды, самого образованного пара.


Также энтропией является величина энергии при конденсации, которая расходуется на термодинамическое равновесие с жидкостью и средой.

Энтальпия

Энтальпией насыщенного пара является значение тепловой энергии, требуемой для образования пара массой 1 кг из 1 кг воды. Данное значение также зависит от температуры и давления. Таблица зависимости приведена ниже:

Температура Давление Энтальпия воды Энтальпия пара
0 0,006 0 2493
10 0,01 41 2512
20 0,02 81 2532
30 0,04 125 2551
40 0,07 167 2570
50 0,12 209 2589
60 0,2 251 2608
70 0,3 293 2626
80 0,4 335 2644
90 0,7 377 2662
100 1,02 419 2679

Согласно таблице, видна зависимость потребления тепловой энергии при росте температуры. Чем выше температура среды и давление, тем выше теплосодержание как самой воды, так и ее насыщенного пара. Энтальпия насыщенного пара выражается в ккал/кг или кДж/кг.

Применение знаний на практике

Свойства насыщенного пара используются в быту и промышленности:

  1. foto47741-7Энергетика использует этот тип пара для работы паровых турбин, вращающих электрические генераторы.
  2. Теплоэнергетика применяет в теплоносителях для отопления, размораживания или увеличения влажности.
  3. В быту подобный пар используется в кулинарии. Например, его можно встретить при кипячении воды в чайнике, при работе мультиварок или печей.

Подобный пар также применяется для очистки оборудования на нефтяных, газовых и химических предприятиях. Также свойства насыщенного пара используется метеорологами для расчета влажности воздуха и степени испарения естественных водных источников.

Видео по теме статьи

О насыщенном паре и его свойствах расскажет видео:

Заключение

Насыщенный пар имеет большое значение для промышленности. Расчет его свойств и характеристик помогает спроектировать новое оборудование и поддерживать его работоспособность.