Пар — это водяной пар ( вода в газовой фазе), часто смешанный с воздухом и/или аэрозолем жидких капель воды. Это может происходить из-за испарения или из-за кипения , когда тепло применяется до тех пор, пока вода не достигнет энтальпии испарения . Насыщенный или перегретый пар ( водяной пар ) невидим; однако влажный пар, видимый туман или аэрозоль капель воды, часто называют «паром». [1] : 6
Когда жидкая вода становится паром, она увеличивается в объеме в 1700 раз при стандартной температуре и давлении ; это изменение объема может быть преобразовано в механическую работу паровыми двигателями, такими как поршневые двигатели возвратно-поступательного типа и паровые турбины , которые являются подгруппой паровых двигателей. Паровые двигатели поршневого типа сыграли центральную роль в промышленной революции , и современные паровые турбины используются для выработки более 80% электроэнергии в мире . Если жидкая вода соприкасается с очень горячей поверхностью или быстро теряет давление ниже давления пара , это может вызвать паровой взрыв .
Пар традиционно создается путем нагрева котла посредством сжигания угля и других видов топлива, но также возможно создание пара с помощью солнечной энергии. [2] [3] [4] Водяной пар, который включает в себя капли воды, описывается как влажный пар . По мере дальнейшего нагревания влажного пара капли испаряются, и при достаточно высокой температуре (которая зависит от давления) вся вода испаряется, и система находится в равновесии пар-жидкость . [5] Когда пар достигает этой точки равновесия, он называется насыщенным паром .
Перегретый пар или острый пар — это пар при температуре выше точки кипения для данного давления, что происходит только тогда, когда вся жидкая вода испарилась или была удалена из системы. [6]
Таблицы пара [7] содержат термодинамические данные для воды/насыщенного пара и часто используются инженерами и учеными при проектировании и эксплуатации оборудования, где используются термодинамические циклы с участием пара. Кроме того, могут быть полезны термодинамические фазовые диаграммы для воды/пара, такие как диаграмма температура-энтропия или диаграмма Молье , показанная в этой статье. Диаграммы пара также используются для анализа термодинамических циклов.
В сельском хозяйстве пар используется для стерилизации почвы , чтобы избежать использования вредных химических веществ и улучшить здоровье почвы . [8]
Способность пара переносить тепло также используется в быту: для приготовления овощей, паровой чистки тканей, ковров и напольных покрытий, а также для отопления зданий. В каждом случае вода нагревается в котле, а пар переносит энергию к целевому объекту. Пар также используется при глажке одежды, чтобы добавить достаточно влажности с помощью тепла, чтобы разгладить складки и создать преднамеренные складки на одежде.
По состоянию на 2000 год около 90% всей электроэнергии вырабатывалось с использованием пара в качестве рабочего тела , почти все — с помощью паровых турбин . [9]
В электрогенерации пар обычно конденсируется в конце цикла расширения и возвращается в котел для повторного использования. Однако в когенерации пар подается в здания через систему централизованного теплоснабжения для обеспечения тепловой энергией после его использования в цикле электрогенерации. Крупнейшая в мире система парогенерации — это паровая система Нью-Йорка , которая закачивает пар в 100 000 зданий на Манхэттене с семи когенерационных установок. [10]
В других промышленных применениях пар используется для хранения энергии , которая вводится и извлекается путем теплопередачи, обычно по трубам. Пар является емким резервуаром для тепловой энергии из-за высокой теплоты испарения воды .
Беспламенные паровозы были паровозами , которые работали от запаса пара, хранящегося на борту в большом баке, напоминающем котел обычного локомотива. Этот бак заполнялся технологическим паром, который доступен на многих видах крупных фабрик, таких как бумажные фабрики . Движение локомотива использовало поршни и шатуны, как у типичного паровоза. Эти локомотивы в основном использовались в местах, где существовал риск возгорания из топки котла, но также использовались на фабриках, где просто имелся обильный запас пара.
Паровые двигатели и паровые турбины используют расширение пара для приведения в действие поршня или турбины для выполнения механической работы . Возможность возвращать конденсированный пар в виде водяной жидкости в котел под высоким давлением с относительно небольшими затратами мощности накачки важна. Конденсация пара в воду часто происходит на конце низкого давления паровой турбины, поскольку это максимизирует энергоэффективность , но такие условия влажного пара должны быть ограничены, чтобы избежать чрезмерной эрозии лопаток турбины. Инженеры используют идеализированный термодинамический цикл , цикл Ренкина , для моделирования поведения паровых двигателей. Паровые турбины часто используются для производства электроэнергии.
Автоклав , использующий пар под давлением, применяется в микробиологических лабораториях и аналогичных помещениях для стерилизации .
Пар, особенно сухой (сильно перегретый) пар, может использоваться для антимикробной очистки вплоть до уровня стерилизации. Пар является нетоксичным антимикробным средством. [11] [12]
Пар используется в трубопроводах инженерных коммуникаций. Он также используется в кожухах и обогревах трубопроводов для поддержания равномерной температуры в трубопроводах и сосудах.
Пар используется во многих отраслях промышленности из-за его способности передавать тепло для проведения химических реакций, стерилизации или дезинфекции объектов и поддержания постоянной температуры. В лесной промышленности пар используется в процессе гибки древесины , уничтожения насекомых и повышения пластичности. Пар используется для усиления сушки бетона, особенно в сборных конструкциях. Следует соблюдать осторожность, поскольку бетон выделяет тепло во время гидратации, а дополнительное тепло от пара может быть вредным для процессов реакции затвердевания бетона. В химической и нефтехимической промышленности пар используется в различных химических процессах в качестве реагента. Паровой крекинг длинноцепочечных углеводородов производит углеводороды с более низкой молекулярной массой для топлива или других химических применений. Паровой риформинг производит синтез-газ или водород .
Используется для очистки волокон и других материалов, иногда при подготовке к покраске. Пар также полезен для расплавления затвердевших остатков жира и масла, поэтому он полезен для очистки кухонных полов и оборудования, а также двигателей внутреннего сгорания и деталей. Среди преимуществ использования пара по сравнению с распылением горячей воды есть тот факт, что пар может работать при более высоких температурах и потребляет значительно меньше воды в минуту. [13]
В Викиверситете есть таблицы с числами и код Matlab