При каких условиях происходит перегрев пара, где его можно применить?

Что такое перегретый водяной пар?

Перегретый пар – это пар, имеющий температуру, которая выше температуры кипения воды, из которой пар образован без изменения давления. Его основой является насыщенный пар, но нагретый до состояния испарения влаги, которая в нем находится.

Для образования перегретого пара необходимо нагревать насыщенный пар в отдельном объеме. После полного выпаривания воды пар становится перегретым и сухим.

Чем отличается от насыщенного?

У перегретого и насыщенного пара есть ряд отличий:

1. Теплосодержание и температура насыщенного пара меньше. Эти условия важны для сохранения влажности и термодинамического равновесия.
2. По удельному объему, перегретый тип пара больше. Прослеживается зависимость от величины насыщения водой. Чем воды меньше, тем больше объем пара.
3. В перегретом нет влаги. Влага испаряется при температуре от 125 градусов. Используется именно самая маленькая разница в 25 градусов. Более малый коэффициент разницы температуры требует больших затрат на топливо.
4. Отсутствует конденсация в перегретом пару. Конденсация прекращается по причине наличия прогрева стен емкости пароперегревателя.

Главным отличием является температура образования. Перегретый и сухой пар образуется при сверхкритической для воды температуре 374 градуса и давлении 2,25 Мпа.

О насыщенном и перегретом паре расскажет видео:

Температура

Перегретый высокотемпературный пар получают в пароперегревателях. В этих установках образования данного типа пара происходит при температурах от +374 до +600 градусов. Такой пар используется для работы паровых турбин, котельных, систем осушения.

Температуры более +600 градусов увеличивают скорость парообразования, но требуют более устойчивых к нагреву материалов.

Самой нижней границей образования перегретого пара является температура +125 градусов. Разница в 25 градусов позволяет осушить пар, нарушив термодинамическое равновесие насыщенного пара.

Свойства

У перегретого пара есть ряд основных свойств, которые делают его востребованным в промышленности:

1. Обладает высокой степенью теплосодержания.
2. Является полностью сухим.
3. Обладает высоким удельным объемом по сравнению с насыщенным паром.
4. Не подвержен конденсации. Конденсация перегретого пара наступает только на момент стабилизации термодинамического равновесия при охлаждении.
5. Теплоемкость такого газа не имеет зависимости от давления при температуре от 500 градусов.
6. При повышении давления перегретый пар, при стабильной температуре, переходит из газообразного в жидкое состояние.

Еще одним свойством является его зависимость от давления. Чем выше давление перегретого пар, тем больше его плотность.

Таблица зависимости t° от давления

Ниже приведена таблица зависимости температуры перегретого пара от его давления:

Кроме зависимости давления от температуры, перегретому пару свойственно увеличение теплосодержания. Именно за это свойство его часто используют для передачи тепла.

Как образуется?

Для образования перегретого водяного пара используются специальные установки – пароперегреватели. Образование происходит за счет увеличения температуры насыщенного пара.

Во время нагревания насыщенного пара происходит следующее:

1. Увеличивается его температура. При этом температура воды остается неизменной. Нагрев осуществляется в отдельной камере.
2. Происходит нарушение термодинамического равновесия с нагреваемой водой. Перегрев приводит к прекращению конденсации.

   Для этого применяется нагрев поверхности паровой емкости.

3. Полностью испаряется влага из пара.
4. Увеличивается температура.
5. Повышается удельный объем газа.

С повышением температуры увеличивается теплосодержание. Свойство образования перегретого пара из насыщенного применяется для передачи тепла на большие расстояния.

Насыщенный пар доставляется до места назначения и только там начинается его нагрев. Тем самым удается обеспечить стабильность температуры и снизить затраты на горючее.

Формула и правила расчета

Для перегретого пара основными единицами измерения является: насыщенность, давление и теплосодержание (энтальпия). Далее приведены формулы расчета этих параметров.

Энтальпия рассчитывается по формуле: H=u+p*v.

Выражение состоит из:

• «h» — Единица теплосодержания (энтальпия);
• «u» — энергия пара;
• «p» — давление;
• «v» — объем.

Теплосодержание также зависит от скорости образования газа и стабильности температуры пароперегревателя.

Давление рассчитывается по формуле Менделеева-Клапейрона: pV=vRT.

Состоит формула из следующих значений:

• «p» — давление (Па);
• «V» — объем (м3);
• «v» — количество вещества (моль);
• «T» — температура пара;
• «R» — газовая постоянная (табличная величина).

Насыщенность рассчитывается по формуле:

Выражение состоит из:

• «Pн» — плотность насыщенного пара (кг/м3);
• «Pп» — плотность перегретого пара (кг/м3);
• «Vн» — объем насыщенного (кг/м3);
• «Vп» — объем перегретого (кг/м3).

Применение знаний в быту

За счет своих свойств и температуры, перегретый пар нашел бытовое применение. Основная доля его использования приходится на систему парового отопления. Существуют также системы вентиляции, которые отапливают помещения перегретым паром, без насыщения влагой.

Используют его и для приготовления пищи. В современных скороварках есть функция приготовления пищи на перегретом пару. Это значительно увеличивает скорость приготовления.

Перегретый пар применяется для обеззараживания одежды. Некоторые модели утюгов имеют такую функцию. Перегретый пар помогает убить бактерии, насекомых и их личинки.

Видео по теме статьи

Перегретый пар, видео-эксперимент:

Заключение

Основная сфера применения перегретого пара — это транспорт и энергетика. Этот тип энергии используется для работы парогазовых турбин, которые являются приводами электрических генераторов.

Перегретый пар также применяется для отопительных промышленных котлов. Подобные устройства не используются в быту, по причине опасности разгерметизации.