Пар - Steam

Эта статья о воде как о газе. Информацию о платформе распространения видеоигр см. Steam (услуга). Для использования в других целях см. Steam (значения).
Жидкофазное извержение Замок Гейзер в Йеллоустонский парк
График зависимости температуры от энтропии для пара
А Молье энтальпия против энтропии диаграмма для пара

Пар является воды в газ фаза. Обычно он формируется кипячение или же испаряющийся воды. Пар насыщенный или перегретый невидимый; однако «пар» часто относится к влажному пару, видимый туман или же аэрозоль капель воды в виде водяного пара конденсируется.

В энтальпия испарения энергия, необходимая для превращения воды в газообразную форму, когда она увеличивается в объем в 1700 раз при стандартная температура и давление; это изменение объема можно преобразовать в механическая работа к Паровые двигатели Такие как поршневые двигатели с возвратно-поступательным движением и паровые турбины, которые являются подгруппой паровых двигателей. Паровые машины поршневого типа играли центральную роль в Индустриальная революция и современные паровые турбины используются для производства более 80% мирового электричество. Если жидкая вода попадает на очень горячую поверхность или быстро сбрасывается ниже ее давление газа, он может создать паровой взрыв.

Типы пара и конверсии

Традиционно пар создается путем нагрева котла путем сжигания угля и других видов топлива, но также возможно создание пара с помощью солнечной энергии.[1][2][3] Водяной пар, содержащий капли воды, описывается как влажный пар. По мере дальнейшего нагрева влажного пара капли испаряются, и при достаточно высокой температуре (которая зависит от давления) вся вода испаряется, и система находится в рабочем состоянии. парожидкостное равновесие.[4] Когда пар достигает этой точки равновесия, это называется насыщенный пар.

Перегретый пар пар с температурой выше, чем его точка кипения для давления, которое возникает только тогда, когда вся жидкая вода испарилась или была удалена из системы.[5]

Паровые столы [6] 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. Дополнительно термодинамический фазовые диаграммы для воды / пара, например, диаграмма температура-энтропия или Диаграмма Молье показанное в этой статье, может быть полезно. Графики пара также используются для анализа термодинамических циклов.

График энтальпии Молье для пара - US units.svg
График давление-энтальпия пара в единицах США.svg
График температура-энтропия пара, единицы США.svg
Диаграмма энтальпия-энтропия (ч-с) для пара.Диаграмма давление-энтальпия (p-h) для пара.График температура-энтропия (T-s) для пара.

Использует

Сельскохозяйственная

В сельское хозяйство, пар используется для стерилизация почвы избегать использования вредных химических веществ и увеличивать здоровье почвы.[7]

Одомашненный

Способность пара передавать тепло также используется в домашних условиях: для приготовления овощей, паровой очистки тканей, ковров и полов, а также для обогрева зданий. В каждом случае вода нагревается в бойлере, и пар переносит энергию к целевому объекту. Пар также используется при глажке одежды, чтобы добавить достаточно влаги с помощью тепла, чтобы разгладить складки и создать на одежде складки.

Производство электроэнергии (и когенерация)

По состоянию на 2000 год около 90% всей электроэнергии было генерируется используя пар как рабочая жидкость, почти все паровые турбины.[8]

При производстве электроэнергии пар обычно конденсируется в конце цикла расширения и возвращается в котел для повторного использования. Однако в когенерация, пар подается в здания через районное отопление система обеспечения тепловой энергией после ее использования в цикле выработки электроэнергии. Самая большая в мире система производства пара - это Паровая система Нью-Йорка, который закачивает пар в 100 000 зданий в Манхэттен от семи ТЭЦ.[9]

Хранилище энергии

Беспожарный паровоз
Несмотря на сходство с котлом, обратите внимание на отсутствие дымохода, а также на то, как цилиндры находятся в конце кабины, а не в конце дымохода.

В других промышленных применениях пар используется для хранилище энергии, который вводится и выводится путем передачи тепла, обычно по трубам. Пар - вместительный резервуар тепловой энергии из-за высокого теплота испарения.

Беспожарные паровозы мы паровозы это работало от запаса пара, хранящегося на борту в большом резервуаре, напоминающем котел обычного локомотива. Этот бак был заполнен технологический пар, как это доступно на многих крупных заводах, таких как бумажная фабрика. В двигательной установке локомотива использовались 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 заводах, у которых просто было много пара пара.

Подъемный газ

Благодаря своей низкой молекулярной массе пар является эффективным подъемный газ, обеспечивая примерно на 60% больше подъемной силы, чем гелий, и вдвое больше, чем у горячего воздуха. Он не горюч, в отличие от водорода, а в отличие от гелия дешев и доступен в большом количестве. Однако необходимое тепло приводит к проблемам с конденсацией и требует изолированной оболочки. Эти факторы до сих пор ограничивают его использование в основном демонстрационными проектами.[10]

Механическое усилие

Паровые двигатели и паровые турбины использовать расширение пара, чтобы управлять поршень или же турбина выполнять механическая работа. Важна возможность возврата конденсированного пара в виде жидкости и воды в котел под высоким давлением с относительно небольшими затратами мощности перекачивания. Конденсация перехода пара в воду часто происходит на стороне низкого давления паровой турбины, так как это максимизирует энергоэффективность, но такие условия с влажным паром должны быть ограничены, чтобы избежать чрезмерной эрозии лопаток турбины. Инженеры используют идеализированный термодинамический цикл, то Цикл Ренкина, чтобы моделировать поведение паровых двигателей. Паровые турбины часто используются при производстве электроэнергии.

Стерилизация

An автоклав, который использует пар под давлением, используется в микробиологических лабораториях и аналогичных средах для стерилизация.

Пар, особенно сухой (сильно перегретый) пар, можно использовать для антимикробной очистки даже до уровня стерилизации. Пар - нетоксичный антимикробный агент.[11][12]

Пар в трубопроводе

Пар используется в трубопровод для инженерных сетей. Он также используется в оболочке и отслеживании трубопроводов для поддержания постоянной температуры в трубопроводах и резервуарах.[нужна цитата ]

Обработка древесины

Пар используется в процессе гнутья древесины, убивая насекомых и повышая пластичность.[нужна цитата ]

Обработка бетона

Пар используется, чтобы усилить сушку, особенно в сборных изделиях.[нужна цитата ]Следует соблюдать осторожность, поскольку бетон выделяет тепло во время гидратации, а дополнительное тепло от пара может быть вредным для процессов реакции твердения в бетоне.[нужна цитата ]

Уборка

Используется для очистки волокон и других материалов, иногда при подготовке к покраске. Пар также полезен для плавления затвердевшей смазки и остатков масла, поэтому его можно использовать для мытья полов и оборудования на кухне, а также двигателей внутреннего сгорания и деталей. Среди преимуществ использования пара по сравнению с распылителем горячей воды можно выделить тот факт, что пар может работать при более высоких температурах и потребляет значительно меньше воды в минуту.[13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Тейлор, Роберт А .; Фелан, Патрик Э .; Адриан, Рональд Дж .; Гунаван, Андрей; Отаникар, Тодд П. (2012). «Характеристика светоиндуцированного объемного образования пара в наножидкостях». Международный журнал термических наук. 56: 1–11. Дои:10.1016 / j.ijthermalsci.2012.01.012.
  2. ^ Тейлор, Роберт А .; Фелан, Патрик Э .; Otanicar, Todd P .; Уокер, Чад А .; Нгуен, Моника; Тримбл, Стивен; Прашер, Рави (2011). «Применимость наножидкостей в солнечных коллекторах с высокой магнитной индукцией». Журнал возобновляемой и устойчивой энергетики. 3 (2): 023104. Дои:10.1063/1.3571565.
  3. ^ Тейлор, Роберт А .; Фелан, Патрик Э .; Отаникар, Тодд; Адриан, Рональд Дж .; Прашер, Рави С. (2009). «Генерация пара в жидкой суспензии наночастиц с помощью сфокусированного непрерывного лазера». Письма по прикладной физике. 95 (16): 161907. Bibcode:2009АпФЛ..95п1907Т. Дои:10.1063/1.3250174.
  4. ^ Сингх, Р. Пол (2001). Введение в пищевую инженерию. Академическая пресса. ISBN  978-0-12-646384-2.[страница нужна ]
  5. ^ «Перегретый пар». Спиракс-Сарко Инжиниринг.
  6. ^ Малхотра, Ашок (2012). Таблицы свойств пара: термодинамические и транспортные свойства. ISBN  978-1-479-23026-6.[страница нужна ]
  7. ^ van Loenen, Mariska C.A .; Турбетт, Изанн; Маллинз, Крис Э .; Feilden, Nigel E.H .; Уилсон, Майкл Дж .; Лейферт, Карло; Сил, Венди Э. (2003-11-01). «Низкая температура - кратковременное пропаривание почвы убивает почвенных патогенов, нематод, вредителей и сорняков». Европейский журнал патологии растений. 109 (9): 993–1002. Дои:10.1023 / B: EJPP.0000003830.49949.34. ISSN  1573-8469.
  8. ^ Мудрый, Венделл Х. (2000). «Вклад источников энергии в производство электроэнергии». Энергетические ресурсы: возникновение, производство, преобразование, использование. Birkhäuser. п. 190. ISBN  978-0-387-98744-6.
  9. ^ Бевельхаймер, Карл (10 ноября 2003 г.). "Пар". Gotham Gazette.
  10. ^ "Статья о паровом воздушном шаре JBFA".[самостоятельно опубликованный источник? ]
  11. ^ Публикация патента EP 2091572
  12. ^ Песня, Лиянь; Ву, Цзяньфэн; Си, Чуаньу (2012). «Биопленки на поверхностях окружающей среды: оценка эффективности дезинфекции новой паровой системы». Американский журнал инфекционного контроля. 40 (10): 926–30. Дои:10.1016 / j.ajic.2011.11.013. PMID  22418602.
  13. ^ "Почему Steam?". Веб-сайт корпорации Sioux. Sioux Corporation. Получено 24 сентября 2015.

внешняя ссылка

В Викиверситете есть паровые таблицы с рисунками и кодом Matlab.