stringtranslate.com

Пар

Жидкофазное извержение гейзера Касл в Йеллоустонском парке
Диаграмма зависимости температуры от энтропии для пара
Диаграмма зависимости энтальпии от энтропии Молье для пара

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 .

Виды пара и конверсии

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.

Использование

Сельскохозяйственный

В сельском хозяйстве пар используется для стерилизации почвы , чтобы избежать использования вредных химических веществ и улучшить здоровье почвы . [8]

Одомашненный

Кипящая вода создает пар в электрическом чайнике

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.

Производство электроэнергии (и когенерация)

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]

Хранилище энергии

Беспожарный паровоз.
Несмотря на сходство с котлом, обратите внимание на отсутствие дымохода, а также на то, что цилиндры расположены со стороны кабины, а не со стороны дымохода.

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.

Механическое усилие

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.

Стерилизация

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 в трубопроводе

Пар используется в трубопроводах инженерных сетей. Он также используется при облицовке и трассировке трубопроводов для поддержания постоянной температуры в трубопроводах и резервуарах.

Промышленные процессы

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 .

Очистка

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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ аб "пар" . Оксфордский словарь английского языка (онлайн-изд.). Издательство Оксфордского университета . (Требуется подписка или членство участвующей организации.)
  2. ^ Тейлор, Роберт А.; Фелан, Патрик Э.; Адриан, Рональд Дж.; Гунаван, Андрей; Отаникар, Тодд П. (2012). «Характеристика светоиндуцированной объемной генерации пара в наножидкостях». Международный журнал тепловых наук . 56 : 1–11. doi : 10.1016/j.ijthermalsci.2012.01.012.
  3. ^ Тейлор, Роберт А.; Фелан, Патрик Э.; Отаникар, Тодд П.; Уокер, Чад А.; Нгуен, Моника; Тримбл, Стивен; Прашер, Рави (2011). «Применимость наножидкостей в солнечных коллекторах с высоким потоком». Журнал возобновляемой и устойчивой энергетики . 3 (2): 023104. дои : 10.1063/1.3571565. Архивировано из оригинала 02 декабря 2022 г. Проверено 14 июня 2022 г.
  4. ^ Тейлор, Роберт А.; Фелан, Патрик Э.; Отаникар, Тодд; Адриан, Рональд Дж.; Прашер, Рави С. (2009). «Генерация пара в жидкой суспензии наночастиц с использованием сфокусированного непрерывного лазера». Письма по прикладной физике . 95 (16): 161907. Бибкод : 2009ApPhL..95p1907T. дои : 10.1063/1.3250174.[ постоянная мертвая ссылка ]
  5. ^ Сингх, Р. Пол (2001). Введение в пищевую инженерию . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-646384-2.[ нужна страница ]
  6. ^ «Перегретый пар». Спиракс-Сарко Инжиниринг . Архивировано из оригинала 4 марта 2007 г. Проверено 23 марта 2009 г.
  7. ^ Малхотра, Ашок (2012). Таблицы свойств пара: термодинамические и транспортные свойства . Независимая издательская платформа CreateSpace. ISBN 978-1-479-23026-6.[ нужна страница ]
  8. ^ ван Лоенен, Маришка, Калифорния; Тёрбетт, Изанна; Маллинз, Крис Э.; Фейлден, Найджел Э.Х.; Уилсон, Майкл Дж.; Лейферт, Карло; Сил, Венди Э. (1 ноября 2003 г.). «Низкая температура – ​​кратковременное пропаривание почвы убивает почвенные патогены, нематод-вредителей и сорняки». Европейский журнал патологии растений . 109 (9): 993–1002. doi :10.1023/B:EJPP.0000003830.49949.34. ISSN  1573-8469. S2CID  34897804. Архивировано из оригинала 12 апреля 2022 г. Проверено 14 июня 2022 г.
  9. ^ Уайзер, Венделл Х. (2000). «Вклад источников энергии в производство электроэнергии». Энергетические ресурсы: возникновение, добыча, преобразование, использование . Биркхойзер. п. 190. ИСБН 978-0-387-98744-6. Архивировано из оригинала 23 января 2023 г. Проверено 22 февраля 2016 г.
  10. Бевелхаймер, Карл (10 ноября 2003 г.). "Пар". Готэмская газета . Архивировано из оригинала 23 января 2023 года . Проверено 14 июня 2022 г.
  11. ^ Публикация патента EP 2091572.
  12. ^ Сон, Лиян; Ву, Цзяньфэн; Си, Чуаньу (2012). «Биопленки на поверхностях окружающей среды: оценка эффективности дезинфекции новой паропаровой системы». Американский журнал инфекционного контроля . 40 (10): 926–30. дои : 10.1016/j.ajic.2011.11.013. ПМИД  22418602.
  13. ^ «Почему Steam?». Веб-сайт корпорации Sioux . Корпорация Сиу. Архивировано из оригинала 31 декабря 2017 года . Проверено 24 сентября 2015 г.

Внешние ссылки

В Викиверситете есть паровые таблицы с цифрами и кодом Matlab.