Пар
Пар – это вещество, содержащее воду в газовой фазе, часто смешанную с воздухом и/или аэрозолем из капель жидкой воды. 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
[ редактировать ]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]
Паровые столы [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.
 |  |  |
| Диаграмма энтальпия-энтропия (hs) пара | Диаграмма давление-энтальпия (ph) пара | Диаграмма температура-энтропия (Ts) для пара |
Использование
[ редактировать ]Сельскохозяйственный
[ редактировать ]В сельском хозяйстве пар используется для стерилизации почвы , чтобы избежать использования вредных химических веществ и улучшить здоровье почвы . [8]
Одомашненный
[ редактировать ]
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)
[ редактировать ]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]
Хранение энергии
[ редактировать ]
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.
используется пар В других промышленных применениях для хранения энергии , 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, например, на бумажных фабриках . 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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]Пар используется в трубопроводах инженерных коммуникаций. Он также используется при облицовке и трассировке трубопроводов для поддержания постоянной температуры в трубопроводах и резервуарах.
Промышленные процессы
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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]
См. также
[ редактировать ]- Электрификация
- Пароварка или пароварка
- Гейзер — пар, генерируемый геотермальными методами.
- IAPWS — ассоциация, которая поддерживает международные стандартные корреляции термодинамических свойств пара, включая IAPWS-IF97 (для использования в промышленном моделировании и моделировании) и IAPWS-95 (общая и научная корреляция).
- Промышленная революция
- Живой пар
- Массовое производство
- Атомная энергетика — и электростанции используют пар для выработки электроэнергии
- кислородоводород
- Психрометрия - влажные паровоздушные смеси, влажность и кондиционирование воздуха.
- Пароэлектростанция
- Паровоз
- Стерилизация (микробиология)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ "пар" . Оксфордский словарь английского языка (онлайн-изд.). Издательство Оксфордского университета . (Требуется подписка или членство участвующей организации .)
- ^ 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 .
- ^ 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.
- ^ 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 ]
- ^ Сингх, Р. Пол (2001). Введение в пищевую инженерию . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-646384-2 . [ нужна страница ]
- ^ «Перегретый пар» . Спиракс-Сарко Инжиниринг . Архивировано из оригинала 4 марта 2007 г. Проверено 23 марта 2009 г.
- ^ Малхотра, Ашок (2012). Таблицы свойств пара: термодинамические и транспортные свойства . Независимая издательская платформа CreateSpace. ISBN 978-1-479-23026-6 . [ нужна страница ]
- ^ 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, нематодных вредителей и сорняки» . Европейский журнал патологии растений . 109 (9): 993–1002. дои : 10.1023/B:EJPP.0000003830.49949.34 . ISSN 1573-8469 . S2CID 34897804 . Архивировано из оригинала 12 апреля 2022 г. Проверено 14 июня 2022 г.
- ^ 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.
- ^ Бевелхаймер, Карл (10 ноября 2003 г.). "Пар" . Готэмская газета . Архивировано из оригинала 23 января 2023 года . Проверено 14 июня 2022 г.
- ^ Публикация патента EP 2091572.
- ^ Сун, 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 .
- ^ «Почему Steam?» . Веб-сайт корпорации Sioux . Корпорация Сиу. Архивировано из оригинала 31 декабря 2017 года . Проверено 24 сентября 2015 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Теплофизические свойства жидкостных систем , таблицы и диаграммы пара Национального института стандартов и технологий, NIST
В Викиверситете есть паровые таблицы с цифрами и кодом Matlab.
