Чого потрібна водяна пара. Переваги використання насиченої пари для опалення

ВОДЯНА ПАРА. Пором називається газоподібне тіло, що виходить з рідини при відповідних температурі та тиску. Усі гази м. б. звернені в рідкий стан, і тому важко провести кордон між газами та парами. У техніці пором вважають газоподібне тіло, стан якого неподалік звернення до рідини. Т. до. у властивостях газів і пар є значні відмінності, то це відмінність термінів цілком доцільно. Водяні пари є найважливішими з пар, що застосовуються у техніці. Вони використовуються, як робоче тіло, в парових двигунах (парових машинах і парових турбінах) і з метою нагрівання і опалення. Властивості пари надзвичайно різні, зважаючи на те, чи знаходиться пара в суміші з тією рідиною, з якої виходить, чи вона відокремлена від неї. У першому випадку пар називається насиченим, у другому випадку - перегрітим. У техніці спочатку застосовувалася майже виключно насичена пара, в даний час у парових двигунах знаходить найширше застосування перегріта пара, властивості якої тому ретельно вивчаються.

I. Насичена пара. Процес випаровування краще усвідомлюється графічними зображеннями, наприклад, діаграмою в координатах р, v (питомий тиск кг/см 2 і питомий обсяг м 3 /кг). На фіг. 1 схематично зображено процес випаровування для 1 кг води. Точка а 2 зображує стан 1 кг води при 0° і тиск р 2 , причому абсцис цієї точки зображує об'єм цієї кількості, ординату - тиск, під яким знаходиться вода.

Крива а2аа1 показує зміну об'єму 1 кг води при підвищенні тиску. Тиск у точках а 2 , а 1 відповідно рівні р 2 , р, р 1 кг 1см 2 . Фактично ця зміна надзвичайно мало, і в технічних питаннях можна вважати питомий об'єм води, що не залежить від тиску (тобто лінію а 2 аа 1 можна приймати за пряму, паралельну осі ординат). Якщо нагрівати взяту кількість води, зберігаючи тиск постійним, температура води підвищується, і при певній величині її починається випаровування води. При нагріванні води питомий об'єм її, теоретично, дещо збільшується (принаймні, починаючи з 4°, тобто від температури найбільшої щільності води). Тому точки початку випаровування за різних тисків (р 2 , р, р 1) лежатимуть на деякій іншій кривій b 2 bb 1 . Фактично це збільшення об'єму води при підвищенні температури незначне, і тому за невисоких тисків і температур можна приймати питомий об'єм води за постійну величину. Питомі обсяги води в точках b 2 , b, b 1 позначаються відповідно через v" 2 , v", v" 1 ; крива b 2 bb 1 називається нижньою граничною кривою. Температура, при якій починається випаровування, визначається тим тиском, під яким знаходиться нагрівається вода За весь час випаровування ця температура не змінюється, якщо тиск залишається постійним Звідси випливає, що температура насиченої пари є функція тільки тиску р. Розглядаючи будь-яку лінію, що зображує процес випаровування, наприклад bcd, бачимо, що об'єм суміші пари рідини в процесі випаровування зростає в міру збільшення кількості води, що випарувалася.У деякій точці d вся вода зникає, і виходить чиста пара, точки d для різних тисків утворюють деяку криву d 1 dd 2 , яка називається верхньої граничної кривої, або кривою сухої насиченої пари; пара в цьому стані (коли щойно закінчилося випаровування води) називається сухою насиченою парою. Якщо продовжувати нагрівання після точки d (у напрямку до деякої точки е), залишаючи тиск постійним, температура пари починає підвищуватися. У цьому стані пара називається перегрітою. Таким чином виходять три області: правіше лінії d 1 dd 2 - область перегрітої пари, між лініями b 1 bb 2 і d 1 dd 2 - область насиченої пари і лівіше лінії b 1 bb 2 - область води в рідкому стані. У будь-якій проміжній точці є суміш пари і води. Для характеристики стану цієї суміші служить кількість х пари, що міститься в ній; при вазі суміші в 1 кг (рівній вазі взятої води) ця величина х називається пропорцією пари в суміші, або паровмістом суміші; кількість води в суміші дорівнюватиме (1-x) кг. Якщо v" м 3 /кг - питомий об'єм сухої насиченої пари при температурі t і тиску р кг/см 2 а обсяг води за тих же умовах v", то об'єм суміші v знайдеться за формулою:

Обсяги v" і v", а отже, і їхня різниця v"-v" суть функції тиску р (або температури t).

Вид функції, що визначає залежність р від t для водяної пари дуже складний; існує багато емпіричних виразів для цієї залежності, які всі, однак, годяться лише для деяких обмежених інтервалів незалежної змінної t. Реньо для температур від 20 до 230° дає формулу:

В даний час часто користуються формулою Дюпре-Герца (Dupre-Hertz):

де k, m і n – постійні.

Шюле дає цю формулу у такому вигляді:

причому для температури:

а) між 20 та 100°

(р - кг/см 2 , Т - абсолютна температура пари);

б) між 100 та 200°

в) між 200 та 350°

Характер кривої тиску р пара як функції температури видно на фіг. 2.

У практиці користуються безпосередньо таблицями, що дають зв'язок між р та t. Таблиці ці складаються виходячи з точних дослідів. Для знаходження питомих обсягів сухої насиченої пари є теоретично виведена формула Клапейрон-Клаузіуса. Можна також користуватися емпіричною формулою Молье:

Кількість тепла q, необхідне нагрівання 1 кг води від 0 до t° (початку випаровування), виражається так:

де з - теплоємність води, в широких межах, що мало відрізняється від одиниці; тому користуються наближеною формулою:

Проте вже Реньо переконався у помітному зростанні при високих температурах і дав для q вираз:

Останнім часом для здаються такі дані (формула Дитеричи):

Для середньої теплоємності з m в інтервалі від 0 до t° дано вираз:

Дещо відхиляються від цієї формули дані дослідів німецького фізико-технічного інституту, спостереження якого дають такі значення:

Для обігу пар води, нагрітої до температури, потрібно ще витратити деяку кількість тепла r, яке називається прихованою теплотою випаровування. В даний час цю витрату теплоти поділяють на 2 частини: 1) теплоту Ψ, що йде на зовнішню роботу збільшення об'єму при переході води в пару (зовнішню приховану теплоту випаровування), і 2) теплоту ϱ, що йде на внутрішню роботу роз'єднання молекул, що відбувається при випаровуванні води (внутрішню приховану теплоту випаровування). Зовнішня прихована теплота випаровування

де А = 1/427 – тепловий еквівалент механічної роботи.

Таким чином

Для r дається наступна формула (заснована на дослідах німецького фізико-технічного інституту):

Повна теплота випаровування λ, т. е. кількість тепла, необхідне звернення води, взятої при 0°, пар при температурі t, дорівнює, очевидно, q+r. Реньо дав для λ наступну формулу:

ця формула дає результати, близькі до нових дослідних даних. Шюле дає:

Внутрішня енергія u води при 0 ° приймається рівною нулю. Для знаходження її при нагріванні води потрібно з'ясувати характер зміни питомого об'єму води при зміні тиску і температури, тобто вид кривих а 2 аа 1 і b 2 bb 1 (фіг. 1). Найпростішим припущенням буде прийняття цих ліній за прямі, і до того ж збігаються один з одним, тобто прийняття питомого об'єму води v" за постійну величину, яка не залежить ні від тиску, ні від температури (v" = 0,001 м 3 /кг). При цьому припущенні вся теплота, що йде на нагрівання рідини, тобто q, йде на підвищення внутрішньої енергії (оскільки зовнішньої роботи при цьому нагріванні не відбувається). Це припущення годиться, проте, лише порівняно невисоких тисків (таблиці Цейнера дані до тисків 20 кг/см 2 ). Сучасні таблиці (Мольє та ін.), що сягають критичного тиску (225 кг/см 2 ) і температури (374°) не можуть, звичайно, ігнорувати зміни об'єму води (питомий об'єм води при критичному тиску та критичній температурі дорівнює 0,0031 м 2 /кг, тобто в три рази більше, ніж при 0°). Але Стодола і Кноблаух показали, що наведена у нас вище формула Дитеричі для величини q дає саме величини зміни внутрішньої енергії (а не величини q); втім, різниця між цими величинами до тиску 80 кг/см 2 незначна. Тому вважаємо для води внутрішню енергію рівної теплоті рідини: u" = q. За період випаровування внутрішня енергія підвищується на величину внутрішньої прихованої теплоти випаровування ϱ, тобто енергія сухої насиченої пари буде: (Фіг. 3).

Для суміші з пропорцією пари х отримаємо такий вираз:

Залежність теплоти випаровування та тиску від температури графічно дана на фіг. 3.

Молье ввів у технічну термодинаміку термодинамічну функцію i, яка визначається рівнянням і називається тепломістком. Для суміші з пропорцією пара х це дасть:

або, після наведення:

для води (x = 0) виходить:

для сухої насиченої пари:

Величина твору APv" дуже мала порівняно навіть з величиною q (і тим більше порівняно з величиною q + r = λ); тому можна прийняти

У таблицях Молье даються тому величини q і λ, а величини i" і i" у функції р або t°. Ентропія насиченої пари знаходиться за своїм диференціалом вираз dQ для всіх тіл має вигляд:

Для насиченої водяної пари

Перший член є збільшення ентропії води при її нагріванні, другий член - збільшення ентропії суміші під час випаровування. Вважаючи

отримаємо або, інтегруючи:

Зауважимо, що з обчисленні s " зміною питомого обсягу v " зазвичай теж нехтують і вважають Для вирішення всіх питань, що стосуються насичених пар, користуються таблицями. У час у техніці знаходили застосування таблиці Цейнера, нині є застарілими; можна скористатися таблицями Шюле, Кноблауха чи Молье. У всіх цих таблицях тиску та температури доведено до критичного стану. У таблиці включені такі дані: температура і тиск насиченої пари, питомий об'єм води і пари і питома вага пари, ентропія рідини і пари, тепломісткість води та пари, повна прихована теплота випаровування, внутрішня енергія, внутрішня та зовнішня прихована теплота. Для деяких питань (що стосуються, наприклад, конденсаторів) складаються спеціальні таблиці з малими інтервалами тиску або температури.

З усіх змін пара особливий інтерес представляє адіабатичну зміну; воно м. б. вивчено за точками. Нехай дана (фіг. 4) початкова точка 1 адіабати, що визначається тиском р 1 і пропорцією пари x 1 ; потрібно визначити стан пари в точці 2, що лежить на адіабаті, що проходить через точку 1 і визначається тиском р 2 . Для знаходження х 2 висловлюють умову рівності ентропій у точках 1 та 2:

У цьому рівнянні величини s" 1 , r 1 /T 1 , s" 2 і r 2 /T 2 знаходяться за даними тиску р 1 і р 2 пропорція пара х 1 задана, і невідомий тільки х 2 . Питомий обсяг v -2 у точці 2 визначиться за такою формулою:

Величини v"" 2 і v" 2 знаходяться з таблиць.

Для спрощення обчислень часто користуються щодо адіабатичного зміни емпіричним рівнянням Цейнера, який виражає адіабату як політропу:

Показник ступеня μ виражається через початкову пропорцію пари х 1 так:

Формула ця застосовна в межах від x 1 = 0,7 до x 1 = 1. Адіабатичне розширення при початковій високій пропорції пари вище 0,5 супроводжується зверненням частини пари у воду (зменшенням x); при початкових пропорціях пари, менших за 0,5, адіабатичне розширення супроводжується, навпаки, випаром частини води. Формули інших випадків зміни насиченої пари перебувають у всіх підручниках технічної термодинаміки.

ІІ. Перегріта пара. Увагу до перегрітої пари залучено було ще в 60-х роках минулого століття в результаті дослідів Гірна, які показали значну вигоду при застосуванні пари в парових машинах. Але особливого поширення перегріта пара досягла після створення В. Шмітом особливих конструкцій перегрівачів спеціально для отримання пари високого перегріву (300-350 °). Ці перегрівачі знайшли широке застосування спочатку (1894-95 рр.) у стаціонарних парових машинах, потім у паровозних машинах й у 20 столітті - у парових турбінах. В даний час майже жодна установка не обходиться без застосування перегрітої пари, причому перегрів доводиться до 400-420 °. Для можливості раціонального застосування такого високого перегріву самі властивості перегрітої пари були ретельно вивчені. Початкова теорія перегрітої пари дана була Цейнером; вона спиралася на нечисленні досліди Реньо. Її основні положення: 1) особливий вид рівняння стану, що відрізняється від рівняння для ідеальних газів додатковим членом, який є лише функцією тиску; 2) прийняття для теплоємності з р за постійного тиску постійного значення: з р = 0,48. Обидва ці припущення не підтвердилися у дослідах над властивостями перегрітої пари, вироблених у ширших межах. Особливого значення набули обширні досліди Мюнхенської лабораторії технічної фізики, розпочаті близько 1900 р. і що й у час. Нова теорія перегрітої пари була дана в 1900-1903 роках. Каллендером в Англії та Молье в Німеччині, але й вона не була остаточною, оскільки вираз для теплоємності при постійному тиску, одержуваний з цієї теорії, не цілком узгоджується з новітніми досвідченими даними. Тому з'явилася ціла низка нових спроб побудови рівняння стану для перегрітої пари, яка б більше узгоджувалась з результатами дослідів. З цих спроб популярність здобула рівняння Ейхельберга. Остаточне завершення ці спроби знайшли у новій теорії Молье (1925-1927 рр.), що повела до складання його останніх таблиць. Молье приймає дуже витриману систему позначень, якою ми частково користувалися вище. Позначення Молье: Р - тиск кг/м 2 абс., ​​р - тиск кг/см 2 абс., ​​v - питомий обсяг м 3 /кг, γ = 1/v питому вагу кг/м 3 , t - температура від 0°, Т = t° + 273° - абсолютна температура, А = 1/427 - тепловий еквівалент механічної роботи, R = 47,1 - постійна газова (для парів води), s - ентропія, i - теплозміст в Cal /кг, u = i–APv - внутрішня енергія Cal/кг, ϕ = s – i/T, з р - теплоємність при постійному тиску, c ii p = 0,47 – гранична величина c p при p = 0.

Значки "і" відносяться власне до води та до сухої насиченої пари. З рівняння Молье

за допомогою формул, що випливають із I і II закону термодинаміки, виходять всі найважливіші величини, що характеризують перегріту пару, тобто s, i, u і з р. Молье вводить такі допоміжні функції температури:

За допомогою цих функцій виходять такі вирази:

Формули для знаходження питомого обсягу та інших величин для перегрітої пари досить складні та незручні для обчислень. Тому нові таблиці Молье містять у собі обчислені значення найважливіших величин, що характеризують перегріту пару функції від тиску і температури. За допомогою таблиць Молье досить просто і з достатньою точністю вирішуються всі завдання, що стосуються перегрітої пари. Треба зауважити, що з адіабатичного зміни перегрітої пари у межах (до 20-25 кг/см 3) зберігає своє значення рівняння політропічного виду: pv 1,3 = Const. Нарешті, багато питань, що стосуються перегрітої пари, м. б. вирішено за допомогою графічних прийомів, особливо за допомогою діаграми IS Молье. На цій діаграмі вміщені криві постійних тисків, постійних температур та постійних об'ємів. Т. о. можна прямо з діаграми отримувати значення v, s, i функції тиску і температури. Адіабати зображуються на цій діаграмі прямими лініями, паралельними до осі ординат. Особливо просто знаходяться різниці величин тепломістку, що відповідають початку та кінцю адіабатичного розширення; ці різниці необхідні знаходження швидкостей закінчення пари.

Тема 2. Основи теплотехніки.

Теплотехніка- це наука, що вивчає методи отримання, перетворення, передачі та використання теплоти. Теплова енергія виходить при спалюванні органічних речовин, які називаються паливом.

Основи теплотехніки становлять:

1. Термодинаміка - наука, що вивчає перетворення енергії тепла на інші види енергії (наприклад: теплова енергія на механічну, хімічну і т. д.)

2. Теплопередача – вивчає теплообмін між двома теплоносіями через поверхню нагріву.

Робочим тілом є теплоносій (водяна пара або гаряча вода), який здатний передавати теплоту.

У котельні теплоносієм (робочим тілом) є гаряча вода і водяна пара з температурою 150°С або водяна пара зтемпературою до 250 °С. Для опалення житлових та громадських будівель використовується гаряча вода, це пов'язано, із санітарно-гігієнічними умовами, можливістю легкої зміни її температури залежно від температури зовнішнього повітря. Вода має значну щільність порівняно з парою, що дозволяє передавати на великі відстані значну кількість тепла при невеликому обсязі теплоносія. У систему опалення будівель вода подається з температурою не вище 95°С, щоб уникнути пригорання пилу на приладах опалення та опіків від систем опалення. Пара використовується для опалення промислових будівель та у виробничо-технологічних системах.

Параметри робочого тіла

Теплоносій, отримуючи чи віддаючи теплову енергію, змінює свій стан.

Наприклад:Вода в паровому котлі нагрівається, перетворюється на пару, яка має певну температуру та тиск. Пара надходить у пароводяний підігрівач, сама охолоджується, перетворюється на конденсат. Температура води, що нагрівається збільшується, температура пари і конденсату знижується.

Основними параметрами робочого тіла є температура, тиск, питомий об'єм, густина.

t, P визначається приладами: манометрами, термометрами.

Питомий об'єм та щільність є розрахунковою величиною.

1. Питомий обсяг- обсяг займаний одиницею маси речовини при

0°С та атмосферному тиску 760 мм.рт.ст. (за нормальних умов)

де: V-об'єм (м 3); m-маса речовини (кг); стандартна умова: Р = 760мм р.ст. t=20 про

2. Щільність- Відношення маси речовини до його обсягу. кожна речовина має свою щільність:

У практиці застосовується відносна щільність – відношення щільності даного газу до щільності стандартної речовини (повітря) за нормальних умов (t° = 0°С: 760 мм. рт.ст.)

Порівнюючи щільність повітря із щільністю метану, ми можемо визначити з яких місць брати пробу на наявність метану.

отримуємо,

газ легший за повітря, отже, він заповнює верхню частину будь-якого об'єму, проба береться з верхньої частини топки котла, колодязя, камер, приміщення. Газоаналізатори встановлюються у верхній частині приміщень.

(Мазут легше, займає верхню частину)

Щільність чадного газу майже така як у повітря, тому проба на чадний газ береться в 1.5 метрів від підлоги.

3. Тиск- Ця сила, що діє на одиницю площі поверхні.

Тиск сили, що дорівнює 1 Н,рівномірно розподілене на поверхні 1м 2 прийнято за одиницю тиску і дорівнює 1Па (Н/м2)у системі СІ (зараз у школах, у книгах все йде в Па, прилади теж стали в Па).

Величина Па мала за значенням, приклад: якщо взяти 1 кг води розлити на 1 метр, отримуємо 1 мм.в.ст. тому вводяться множники і приставки-МПа, КПа ...

У техніці застосовуються більші одиниці виміру

1кПа = 103 Па; 1МПа = 10 б Па; 1ГПа = 109 Па.

Поза системними одиницями вимірювання тиску кгс/м 2; кгс/см 2 ;мм.в.ст;мм.р.ст.

1 кгс/м 2 = 1 мм.ст = 9,8 Па

1 кгс/см 2 = 9,8. 10 4 Па ~ 10 5 Па = 10 4 кгс/м2

Тиск не рідко вимірюють у фізичних та технічних атмосферах.

Фізична атмосфера- Середній тиск атмосферного повітря на рівні моря за н.у.

1атм = 1,01325. 10 5 Па = 760 мм рт. = 10,33 м вод. ст = 1,0330 мм. ст. = 1,033 кгс/см2.

Технічна атмосфера-тиск, що викликається силою в 1кгс рівномірно розподілене по нормальній до неї поверхні площею в 1см 2 .

1ат = 735 мм рт. ст. = 10 м. в. ст. = 10.000 мм. ст. = = 0,1 МПа = 1 кгс/см 2

1 ммв. ст. - сила, що дорівнює гідростатичному тиску водяного стовпа заввишки 1 ммна плоску основу 1 ммв. ст = 9,8 Па.

1 мм.рт. ст - сила, що дорівнює гідростатичному тиску стовпа ртуті заввишки 1 ммна плоску основу. 1 ммрт. ст. = 13,6мм.в. ст.

У технічних параметрах насосів замість тиску використовується термін натиск. Одиницею виміру напору є м. вод. ст. Наприклад:Напір, що створюється насосом, дорівнює 50 мвод. ст. це означає, що він може підняти воду на висоту 50 м.

Види тиску: надлишкове, вакуум (розрідження, тяга), абсолютне, атмосферне .

Якщо стрілка відхиляється в строну велику нуля, то це надлишковий тиск, у меншу - розрядження.

Абсолютний тиск:

Р абс = Р изб + Р атм

Р абс = Р вак + Р атм

Р абс =Р атм -Р розр

де: Р атм = 1 кгс/см 2

Атмосферний тиск- середній тиск атмосферного повітря на рівні моря при t° = 0°С та нормальному атмосферному Р=760 мм.рт. ст.

Надлишковий тиск- тиск вищий за атмосферний (у замкнутому обсязі). У котельнях під надлишковим тиском знаходяться вода, пара в котлах та трубопроводах. Р хат. вимірюється приладами манометрами.

Вакуум (Розрідження)- тиск у замкнутих обсягах менше атмосферного (вакуум). Топки та димарі котлів знаходяться під розрідженням. Розрідження вимірюється приладами тягомірами.

Абсолютний тиск- Надлишковий тиск або розрідження з урахуванням атмосферного тиску.

За призначенням тиск буває:

1). Русловне - найбільший тиск при t = 20 o

2). Робоче – максимально надлишковий тиск у котлі, при якому забезпечується тривала робота котла за нормальних умов експлуатації (вказується у виробничій інструкції).

3). Розв'язане – максимально допустимий тиск, встановлений за результатами технічного огляду або контрольного розрахунку на міцність.

4). Розрахунковий – максимально надлишковий тиск, на якому проводиться розрахунок міцності елементів котла.

5). Рпробне - надлишковий тиск, у якому виробляють гідравлічні випробування елементів котла на міцність і щільність (один із видів технічного огляду).

4. Температура- це ступінь нагрітості тіла, що вимірюється в градусах. Визначає напрямок мимовільної передачі тепла від нагрітого до менш нагрітого тіла.

Передача тепла матиме місце до того моменту, поки температури не стануть рівними, тобто настане температурна рівновага.

Використовуються дві шкали: міжнародна – Кельвіна та практична Цельсія t °С.

За нуль у цій шкалі прийнята температура плавлення льоду, за сто градусів температура кипіння води при атм. тиск (760 ммрт. ст.).

За початок відліку в термодинамічній шкалі температур Кельвіна застосовують абсолютний нуль (найнижча теоретично можлива температура, за якої відсутня рух молекул). Позначається Т.

1 Кельвін за величиною дорівнює 1 шкали Цельсія

Температура танення льоду дорівнює 273К. Температура кипіння води дорівнює 373К

Т = t + 273; t = T-273

Температура кипіння залежить від тиску.

Наприклад,При Р аб c = 1,7 кгс/см 2 .Вода кипить при t = 115°С.

5. Теплота -енергія, яка може передаватися від нагрітого тіла до менш нагрітого.

У системі СІ одиницею виміру теплоти та енергії є Джоуль (Дж). Позасистемна одиниця вимірювання теплоти – калорія ( кал.).

1 кал.- кількість теплоти необхідна для нагрівання 1 г Н 2 Про на 1°С

Р = 760 мм.рт.ст.

1 кал.=4,19Дж

6.Теплоємність – здатність тіла поглинати теплоту . Для того, щоб дві різні речовини з однаковою масою нагріти до однакової температури, потрібно витратити різну кількість теплоти.

Питома теплоємність води – кількість тепла, яку необхідно повідомити одиницею речовини, щоб підвищити його t на 1°С, дорівнює 1 ккал/кг град.

Методи передачі теплоти.

Розрізняють три способи перенесення теплоти:

1.теплопровідність;

2. випромінювання (радіація);

3.конвекція.

Теплопровідність-

Перенесення теплоти внаслідок теплового руху молекул, атомів та вільних електронів.

Кожна речовина має свою теплопровідність, залежить від хімічного складу, структури, вологості матеріалу.

Кількісною характеристикою теплопровідності є коефіцієнт теплопровідності це кількість теплоти, що передаються через одиницю поверхні нагріву в одиницю часу при різниці tпро С і товщині стінки в 1 метр.

Коефіцієнт теплопровідності ( ):

Мідь = 330 ккал . м/м 2. год . град

Чавун = 5 4 ккал . м/м 2. год . град

Сталь = 39 ккал . м/м 2. год . град

Видно що: хорошу теплопровідність мають метали, найкраще мідь.

Азбест = 0,15 ккал . м/м 2. год . град

Сажа = 0,05-0, ккал . м/м 2. год . град

Накип = 0,07-2 ккал . м/м 2. год . град

Повітря =0,02 ккал . м/м 2. год . град

Слабко проводять теплоту пористі тіла (азбест, сажа, накип).

Сажаутруднює передачу тепла від топкових газів до стінки котла (проводить тепло гірше сталі в 100 разів), що призводить до перевитрати палива, зниження вироблення пари або гарячої води. За наявності сажі підвищується температура газів. Все це веде і зменшення ККД казана. Під час роботи котлів щогодиниза приладами (логометр) контролюється t ух.газів, значення яких вказані в режимній картіказана. Якщо t ух.газів підвищилася, то проводиться обдування поверхні нагріву.

Накипутворюється всередині труб (у 30-50 разів гірше проводить тепло, ніж сталь), тим самим зменшує теплопередачу від стінки котла до води, внаслідок чого стінки перегріваються, деформуються, розриваються (розрив труб котла). Накип у 30-50 разів гірше проводить тепло, ніж сталь.

Конвекція -

Перенесення теплоти перемішуванням або переміщенням частинок між собою (характерна тільки для рідин та газів). Розрізняють конвекцію природну та примусову.

Природна конвекція- вільне рух рідини чи газів з допомогою різниці щільностей нерівномірно нагрітих шарів.

Примусова конвекція- вимушене рух рідини чи газів з допомогою тиску чи розрідження, створюваних насосами, димососами і вентиляторами.

Способи збільшення конвективного теплообміну:

§ Збільшення швидкості потоку;

§ Турбулізація (завихрення);

§ Збільшення поверхні нагріву (за рахунок встановлення ребер);

§ Збільшення різниці температур між середовищем, що гріє і нагрівається;

§ Протиточний рух середовищ (протиток).

Випромінювання (радіація)-

Теплообмін між тілами що знаходяться на відстані один від одного за рахунок променистої енергії, носіями якої є електромагнітні коливання: відбувається перетворення теплової енергії на променисту і навпаки, з променистої на теплову.

Випромінювання найбільш ефективний спосібпередачі теплоти, особливо якщо тіло, що вивчає, має високу температуру, а промені спрямовані перпендикулярно до поверхні, що нагрівається.

Для покращення теплообміну випромінюванням у топках котлів викладаються з вогнетривких матеріалів спеціальні щілини, які одночасно є випромінювачами теплоти та стабілізаторами горіння.

Поверхня нагріву котла – поверхня, з якої з одного боку омивається газами з іншого боку водою.

Розглянуті вище 3 види теплообмінуу чистому вигляді трапляються рідко. Майже один вид теплообміну супроводжується іншим. У котлі є всі три види теплообміну, який називається складним теплообміном.

У топці котла:

А) від смолоскипа пальника до зовнішньої поверхні труб котла-випромінюванням.

Б) від димових газів, що утворюються до стінки –конвекцією

В) від зовнішньої поверхні стінки труби до внутрішньої теплопровідністю.

Г) від внутрішньої поверхні стінки труби до води, циркуляцією вздовж поверхні – конвекцією.

Перенесення теплоти від одного середовища до іншого через розділову стінку називається теплопередачею.

Вода, водяна пара та її властивості

Вода найпростіша стійка у звичайних умовах хімічна сполука водню з киснем, найбільша щільність води 1000кг/м 3 при t=4 про З.

Вода, як і будь-яка рідина, підпорядковується гідравлічним законам. Вона майже не стискається, тому має здатність передавати тиск, що чиниться на неї на всі боки з однакової сили. Якщо кілька судин різної форми з'єднати між собою, то рівень води буде однаковий скрізь (закон судин, що сполучені).

Подібна інформація.

Запитання 1. У яких агрегатних станах може бути вода?

1) Тверде - лід, 2) Рідке - вода, 3) Газоподібне - пара.

Запитання 2. Чим відрізняються агрегатні стани один від одного?

Агрегатний стан речовини визначається розташуванням, характером руху та взаємодії молекул.

Питання 3. Чи можуть випадати опади не з хмар?

Ні, тому що опади - це вода в рідкому або твердому стані, що випадає з хмар або осаджується з повітря на земну поверхню і будь-які предмети.

Питання 4. Чому туман виникає частіше або рано-вранці, або ввечері?

Він пов'язаний із холодним потоком повітря, що опускається на теплі поверхні суші або води.

Питання 5. Що таке водяна пара?

Водяна пара - це молекули води. Тобто водяна пара – це газ.

Питання 6. Що така хмара?

Хмара – це скупчення дрібних крапель води або кристаликів льоду в атмосфері.

Запитання 7. Які існують види хмар?

Основними видами хмар є: шаруваті, купчасті, перисті.

Запитання 8. Перерахуйте види атмосферних опадів.

Дощ, злива, мряка, сніг, туман, град, роса, іній.

Питання 9. Чи завжди опади випадають із хмар?

Опади можуть випадати з повітря у вигляді інею, роси під час зіткнення теплого повітря з холодною поверхнею.

Запитання 10. Що таке вологість повітря?

Вологість повітря - це величина, що характеризує вміст водяної пари в атмосфері Землі.

Питання 11. Як утворюється водяна пара?

Водяна пара утворюється молекулами води при її випаровуванні.

Питання 12. У чому головна закономірність розподілу вологи лежить на Землі?

Оскільки вологість повітря залежить від температури повітря, повітря над екватором і над океанами завжди більш вологе, ніж повітря над полюсами і материками.

Питання 13. Чому за інших рівних умов тепле повітря містить більше водяної пари, ніж холодне?

Тому що при підвищенні температури процес випаровування прискорюється.

Запитання 14. У чому полягає суть процесу виникнення туману?

Туман утворюється під час конденсації. Під ранок поверхня Землі сильно охолоджується. Охолоджує і повітря над нею. При остиганні повітря, як і інші речовини, стискається. Молекулам водяної пари стає тісно, ​​вони зближуються все сильніше та сильніше. Нарешті вони починають стикатися один з одним і утворюють дрібні крапельки. Вони такі малі, що кожну окремо ми не можемо бачити, але разом вони утворюють туман.

Запитання 15. За яких умов у природі відбувається конденсація водяної пари?

Конденсація - це перетворення водяної пари на краплинний (рідкий) стан. Конденсація відбувається за охолодженні повітря.

Питання 16. Чим відрізняється хмара від хмари?

Кількість води в хмарах перевищує кількість води в хмарах, внаслідок чого надлишок вологи випадає у вигляді різних опадів: дощу, снігу чи граду.

Запитання 17. Складіть схему класифікації опадів на основі тексту параграфа.

Запитання 18. Використовуючи дані, наведені в таблиці, розрахуйте річну кількість опадів.

Кількість опадів за рік: 10+15+ 20+25+15+10+5+5+15+20+25 +20=185 мм.

Для навколишньої природи водяна пара має велике значення. Він присутній в атмосфері, використовується в техніці, служить невід'ємною складовою процесу походження та розвитку життя на Землі.

У підручниках фізики говориться, що водяна пара – це Його може спостерігати кожен, поставивши чайник на вогонь. Через деякий час з його носика починає вириватися струмінь пари. Зумовлено таке явище тим, що вода може перебувати у різних, як визначають фізики, агрегатних станах – газоподібному, твердому, рідкому. Такі властивості води пояснюють її всеосяжну присутність Землі. На поверхні - у рідкому та твердому стані, в атмосфері - у газоподібному.

Така властивість води та послідовний перехід її в різні стани створюють у природі. Рідина випаровується з поверхні, піднімається в атмосферу, переноситься в інше місце у вигляді водяної пари і там випадає як дощ, забезпечуючи необхідною вологою нові місця.

По суті, працює своєрідна парова машина, джерелом енергії для якої є Сонце. При розглянутих процесах водяна пара додатково обігріває планету завдяки відображенню теплового випромінювання Землі назад до поверхні, викликаючи парниковий ефект. Якби не було такої своєрідної «подушки», то температура на поверхні планети була б на 20°С нижчою.

Як підтвердження викладеного можна згадати про сонячні дні взимку та влітку. У теплу пору року висока, і атмосфера, як у парнику, зігріває Землю, взимку ж у сонячну погоду бувають часом найзначніші холоди.

Як і всі гази, водяна пара має певні властивості. Одним із параметрів, що визначає такі, буде щільність водяної пари. За визначенням, це кількість водяної пари, що міститься в одному кубічному метрі повітря. Власне, так визначається останнього.

Кількість у повітрі води постійно змінюється. Воно залежить від температури, тиску, місцевості. Вміст вологи в атмосфері – надзвичайно важливий для життя параметр, і за ним постійно спостерігають, для чого користуються спеціальними приладами – гігрометром та психрометром.

Зміна вологості викликана тим, що вміст води в навколишньому просторі змінюється через процеси випаровування та конденсації. Конденсація - це явище, зворотне випаровування, даному випадкупара починає перетворюватися на рідину, і вона випадає на поверхню.

При цьому в залежності від навколишньої температури може утворитися туман, роса, іній, ожеледиця.

Коли тепле повітря, води, що стикається з холодною землею, утворюється роса. У зимовий час при негативних температурах утворюватиметься іній.

Дещо інший ефект відбувається, коли приходить холодний, або починає охолоджуватися нагріте за день повітря. І тут утворюється туман.

Якщо температура поверхні, на яку конденсується пара, негативна, то виникає ожеледиця.

Таким чином, численні природні явища, такі, як туман, роса, іній, ожеледиця, зобов'язані своєю освітою водяній парі, що міститься в атмосфері.

У зв'язку з цим варто згадати про утворення хмар, які також безпосередньо беруть участь у формуванні погоди. Вода, випаровуючись з поверхні і перетворюючись на водяну пару, піднімається вгору. При досягненні висоти, де починається конденсація, вона перетворюється на рідину, і відбувається утворення хмар. Вони можуть бути декількох типів, але у світлі питання важливо, що вони беруть участь у створенні парникового ефекту і перенесенні вологи в нові місця.

У викладеному матеріалі показано, що являє собою водяну пару, описано її вплив на життєві процеси, що відбуваються на Землі.

При слові "пар", я згадую часи, коли ще навчався у початкових класах. Тоді, приходячи додому зі школи, батьки починали готувати обід, і ставили каструлю з водою на газову плиту. І вже за десять хвилин, у каструльці починали з'являтися перші бульбашки. Цей процес завжди мене зачаровував, мені здавалося, що я можу дивитися на це вічно. А потім, через деякий час після появи бульбашок, починала йти сама пара. Якось, я запитав маму: "А звідки йдуть ці білі хмарки?" (Так раніше я їх називав). На що вона мені відповідала: "Це все відбувається через нагрівання води". Хоча відповідь і не давала повного уявлення про процес виникнення пари, під час уроків шкільної фізики я дізнався про пару все, що хотів. Отже...

Що ж є водяна пара

З наукового погляду, водяна пара - просто один із трьох фізичних станів самої води. Він, як відомо, виникає під час нагрівання води. Як і вона сама, пара не має ні кольору, ні смаку, ні запаху. Але не всі знають, що клуби пари мають свій тиск, який залежить від його обсягу. А виражається воно в паскалях(На честь відомого вченого).

Водяна пара оточує нас не тільки, коли ми варимо що-небудь на кухні. Він постійно міститься у вуличному повітрі та атмосфері. І його відсоток змісту називається "Абсолютною вологістю".

Факти про водяну пару та її особливості

Отже, кілька цікавих моментів:

• чим вища температура, яка діє на воду, тим швидше йде процес випаровування;
• Крім цього, швидкість випаровування збільшується з розмірами площіповерхні, де ця вода знаходиться. Іншими словами, якщо ми почнемо нагрівати невеликий водний шар на широкій металевій чашці, випаровування пройде дуже швидко;
• для життя рослин потрібна не тільки рідка вода, а й газоподібна. Пояснити цей факт можна тим, що з листя будь-якої рослини постійно йдуть випари, що його охолоджують. Спробуйте в спекотний день доторкнутися до листя дерева – і ви помітите, що він прохолодний;
• те саме стосується людини, з нами працює та сама система, що і з рослинами вище. Випари охолоджують нашу шкіру в спекотний день. Дивно, але навіть при невеликих навантаженнях наш організм залишає близько двох літрів рідини на годину. Що вже тут говорити про посилені навантаження і спекотні літні дні?

Ось таким чином можна описати сутність пари та її роль у нашому світі. Сподіваюся ви відкрили для себе багато цікавого!