بخار چیست
بخار یک گاز نامرئی متشکل از آب تبخیر شده است که در هنگام جوشیدن آب تشکیل می شود. هنگامی که بخار قابل مشاهده است، حاوی مه قابل مشاهده قطرات آب است. به چنین بخاری ” بخار مرطوب ” می گویند ، اما ” بخار خشک ” همیشه نامرئی است. در فشارهای پایین تر، مانند اتمسفر فوقانی یا کندانسور نیروگاه های حرارتی، بخار می تواند در دمای کمتر از 100 درجه سانتی گراد در دما و فشار استاندارد وجود داشته باشد.
منبع: wikipedia.org CC BY-SA
از آنجایی که آب و بخار رسانه های رایجی هستند که برای تبادل حرارت و تبدیل انرژی مورد استفاده قرار می گیرند، بخار عمدتاً توسط سیستم های انرژی مانند نیروگاه های حرارتی تولید می شود. همانطور که در تمام نیروگاه های حرارتی معمولی معمول است، از گرما برای تولید بخار استفاده می شود که یک توربین بخار متصل به یک ژنراتور که برق تولید می کند را به حرکت در می آورد. توجه داشته باشید که از توربین های بخار مدرن برای تولید بیش از 80 درصد برق جهان استفاده می شود.
بخار به طور کلی بر اساس کسر بخار/(مایع + بخار) طبقه بندی می شود. این کسر یک پارامتر بسیار مهم بخار است و به کیفیت بخار معروف است.
همچنین ببینید: خواص آب
کیفیت بخار – کسر خشکی
همانطور که از نمودار فاز آب مشاهده می شود ، در مناطق دو فازی (به عنوان مثال، در مرز فازهای بخار/ مایع)، تعیین دما به تنهایی فشار را تعیین می کند و مشخص کردن فشار، دما را تعیین می کند. اما این پارامترها حجم و آنتالپی را تعریف نمی کنند زیرا ما باید نسبت نسبی دو فاز موجود را بدانیم.
کسر جرمی بخار در یک ناحیه دو فازی بخار مایع، کیفیت بخار (یا کسر خشکی)، x نامیده می شود و با فرمول زیر به دست می آید:
ارزش کیفیت از صفر تا واحد متغیر است . اگرچه به عنوان یک نسبت تعریف می شود، کیفیت اغلب به صورت درصد داده می شود. از این منظر، ما بین سه نوع اصلی بخار تمایز قائل می شویم. باید اضافه شود، در x=0، ما در مورد حالت مایع اشباع (تک فاز) صحبت می کنیم.
- بخار مرطوب
- بخار خشک
- بخار فوق گرم
این طبقه بندی بخار دارای محدودیت هایی است. رفتار سیستم را در نظر بگیرید که با فشاری بالاتر از فشار بحرانی گرم می شود . در این حالت، هیچ تغییری در فاز از مایع به بخار وجود نخواهد داشت . در همه ایالت ها فقط یک مرحله وجود خواهد داشت. تبخیر و میعان تنها زمانی رخ می دهد که فشار کمتر از فشار بحرانی باشد. اصطلاحات مایع و بخار اهمیت خود را از دست می دهند. اگر فشار بیشتر از فشار بحرانی باشد ، آب در حالت خاصی قرار می گیرد که به آن حالت سیال فوق بحرانی می گویند .
همچنین ببینید: اشباع
همچنین ببینید: سیال فوق بحرانی
همچنین ببینید: Throttling of Steam
خواص Steam – Steam Tables
آب و بخار سیالات رایجی هستند که برای تبادل حرارت در مدار اولیه (از سطح میله های سوخت تا جریان خنک کننده) و در مدار ثانویه استفاده می شوند. به دلیل در دسترس بودن و ظرفیت حرارتی بالا هم برای سرمایش و هم گرمایش استفاده می شود. به ویژه انتقال گرما از طریق تبخیر و تراکم آب به دلیل گرمای نهان بسیار زیاد تبخیر آن مؤثر است .
یک نقطه ضعف این است که راکتورهای تعدیل شده با آب باید از مدار اولیه فشار بالا برای نگه داشتن آب در حالت مایع و دستیابی به راندمان ترمودینامیکی کافی استفاده کنند. آب و بخار همچنین با فلزاتی که معمولاً در صنایعی مانند فولاد و مس یافت می‌شوند واکنش نشان می‌دهند و با آب و بخار تصفیه‌نشده سریع‌تر اکسید می‌شوند. تقریباً در تمام نیروگاه‌های حرارتی (زغال‌سنگ، گاز، هسته‌ای)، آب به‌عنوان سیال کاری (که در یک حلقه بسته بین دیگ بخار، توربین بخار و کندانسور استفاده می‌شود) و خنک‌کننده (برای تبادل گرمای هدر رفته به جسم آبی یا انتقال آن با تبخیر در برج خنک کننده).
آب و بخار مواد معمولی هستند زیرا خواص آنها بسیار شناخته شده است . خواص آنها در جدول های به اصطلاح ” Steam Tables ” آمده است. در این جداول، خواص اساسی و کلیدی، مانند فشار، دما، آنتالپی، چگالی و گرمای ویژه، در امتداد منحنی اشباع بخار-مایع به عنوان تابعی از دما و فشار جدول‌بندی شده‌اند. خواص همچنین برای حالت های تک فاز ( آب فشرده یا بخار فوق گرم ) در شبکه ای از دما و فشار تا 2000 درجه سانتیگراد و 1000 مگاپاسکال جدول بندی شده است.
اطلاعات جامع و معتبر بیشتر را می توان در صفحه وب NIST در مورد خواص ترموفیزیکی سیالات یافت .
همچنین ببینید: میزهای بخار .
مرجع ویژه: آلن اچ هاروی. خواص ترمودینامیکی آب، NISTIR 5078. برگرفته از https://www.nist.gov/sites/default/files/documents/srd/NISTIR5078.htm
مثال ها