Пар — вещество, содержащее воду в газовой фазе [1] : 7 , а иногда и аэрозоль из капель жидкой воды или воздуха. Это может произойти 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 из капель воды, часто называют «паром». [1] : 6
Вода увеличивается в объеме в 1700 раз при стандартных температуре и давлении ; это изменение объема может быть преобразовано в механическую работу с помощью паровых двигателей, таких как поршневые двигатели поршневого типа и паровые турбины , которые являются подгруппой паровых двигателей. Паровые двигатели поршневого типа сыграли центральную роль в промышленной революции , а современные паровые турбины используются для производства более 80% электроэнергии в мире . Если жидкая вода вступает в контакт с очень горячей поверхностью или быстро теряет давление ниже давления ее пара , это может вызвать паровой взрыв .
Пар традиционно создается путем нагрева котла путем сжигания угля и других видов топлива, но пар также можно создавать с помощью солнечной энергии. [2] [3] [4] Водяной пар, содержащий капли воды, называется влажным паром . По мере дальнейшего нагревания влажного пара капли испаряются, а при достаточно высокой температуре (зависящей от давления) вся вода испаряется и система находится в парожидкостном равновесии . [5] Когда пар достигает этой точки равновесия, его называют насыщенным паром .
Перегретый пар или острый пар — это пар с температурой выше, чем его точка 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, в котором используются термодинамические циклы с участием пара. Кроме того, могут быть полезны термодинамические фазовые диаграммы воды/пара, такие как диаграмма температура-энтропия или диаграмма Молье , показанные в этой статье. Паровые диаграммы 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 передавать тепло также используется в быту: для приготовления овощей, паровой чистки тканей, ковров и полов, а также для отопления зданий. В каждом случае вода нагревается в котле, а пар передает энергию к целевому объекту. Пар также используется при глажке одежды, чтобы с помощью тепла добавить достаточную влажность, чтобы разгладить морщины и создать намеренные складки на одежде.
По состоянию на 2000 год около 90% всей электроэнергии производилось с использованием пара в качестве рабочего тела , почти все с помощью паровых турбин . [9]
При производстве электроэнергии пар обычно конденсируется в конце цикла расширения и возвращается в котел для повторного использования. Однако при когенерации пар подается в здания через систему централизованного теплоснабжения для обеспечения тепловой энергии после ее использования в цикле производства электроэнергии. Крупнейшей в мире системой производства пара является паровая система Нью-Йорка , которая закачивает пар в 100 000 зданий на Манхэттене от семи когенерационных электростанций. [10]
В других промышленных применениях для хранения энергии используется пар , который подается и извлекается путем теплопередачи, обычно через трубы. Пар является вместительным резервуаром тепловой энергии из-за высокой теплоты испарения воды .
Беспожарные паровозы представляли собой паровозы , работавшие от запаса пара, хранившегося на борту в большом резервуаре, напоминающем котел обычного локомотива. Этот резервуар был заполнен технологическим паром, который имеется на многих крупных фабриках, таких как бумажные фабрики . В силовой установке локомотива использовались поршни и шатуны, как на типичном паровозе. Эти локомотивы в основном использовались в местах, где существовал риск возгорания из топки котла, но также использовались на заводах, у которых просто было много запасного пара.
Паровые двигатели и паровые турбины используют расширение пара для приведения в движение поршня или турбины для выполнения механической работы . Важна возможность возврата сконденсированного пара в виде воды-жидкости в котел под высоким давлением при относительно небольших затратах насосной мощности. Конденсация пара в воду часто происходит на стороне 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 при производстве электроэнергии.
Автоклав , в котором используется пар под давлением, используется в микробиологических лабораториях и аналогичных средах для стерилизации .
Пар, особенно сухой (сильно перегретый) пар, можно использовать для антимикробной очистки вплоть до стерилизации. Пар является нетоксичным противомикробным средством. [11] [12]
Пар используется в трубопроводах инженерных сетей. Он также используется при облицовке и трассировке трубопроводов для поддержания постоянной температуры в трубопроводах и резервуарах.
Пар используется во многих отраслях промышленности из-за его способности передавать тепло, запускать химические реакции, стерилизовать или дезинфицировать предметы и поддерживать постоянную температуру. В лесной промышленности пар используется в процессе гибки древесины , уничтожения насекомых и повышения пластичности. Пар используется для ускорения высыхания бетона, особенно в сборных изделиях. Следует соблюдать осторожность, поскольку бетон выделяет тепло во время гидратации, а дополнительное тепло от пара может нанести ущерб процессам реакции затвердевания бетона. В химической и нефтехимической промышленности пар используется в различных химических процессах в качестве реагента. Паровой крекинг длинноцепочечных углеводородов дает углеводороды с более низкой молекулярной массой для топлива или других химических применений. Паровой риформинг дает синтез-газ или водород .
Используется при очистке волокон и других материалов, иногда при подготовке к покраске. Пар также полезен для плавления затвердевших остатков жира и масла, поэтому он полезен при чистке кухонных полов и оборудования, а также двигателей внутреннего сгорания и деталей. Среди преимуществ использования пара по сравнению с распылением горячей воды является тот факт, что пар может работать при более высоких температурах и потребляет значительно меньше воды в минуту. [13]
В Викиверситете есть паровые таблицы с цифрами и кодом Matlab.