Влажность пара

Влажность пара

Влажность пара — отношение содержащейся в насыщенном паре капельной жидкости к общему количеству смеси фаз

y = {G_f \over{G_f+G_s}},

где G_f — масса жидкой фазы, G_s — масса сухого пара. Аналогично определяется сухость пара

x = {G_s \over{G_f+G_s}} = 1-y.

Обе величины могут, очевидно, принимать значения от 0 до 1. В расширенном понимании сухость пара, или паросодержание жидкостно-паровой смеси, можно определить через энтальпию среды i и энтальпии насыщенной жидкости i' и сухого насыщенного пара i'' как

x = {{i-i'}\over{i''-i'}}.

Данная величина может быть отрицательной для недогретой до кипения воды и превосходить единицу для перегретого пара.

Содержание

В технике

При образовании насыщенного пара в котле часть воды остается в капельном состоянии. Также тепловые потери в трубопроводах приходят к дополнительному образованию конденсата, количество которого тем больше, чем выше был начальный уровень капельной влаги. В свою очередь, повышение доли конденсата ведёт к более интенсивным тепловым потерям. Кроме того, в котлах с перегревом пара унос влаги в пароперегреватель приводит к его быстрому загрязнению солями, растворимость которых в воде намного выше, чем в паре.

Для предотвращения уноса влаги в барабанах паровых котлов стремятся создать как можно большее зеркало испарения для снижения скорости среды, а также применяют специальные сепарационные устройства. Влажность пара на выходе из барабана удаётся снизить до 0,1—0,15 %[1]. Перед паро-паровым перегревателем на АЭС также используется сепаратор, из которого влага удаляется в систему регенерации, а пар с высокой сухостью идёт на перегрев.

Крупнодисперсная капельная влага в паре придаёт ему абразивные свойства, приводит к быстрому износу клапанов и всех мест, где поток изменяет направление (более плотные, чем пар, капли обладают большой инерцией и бьют в стенку). В турбинной технике конечная влажность пара ограничена по условиям износа лопаток и снижения КПД последних отсеков величиной 8—14 % (предел снижается с ростом окружной скорости)[2].

Способы снижения влажности пара

По вышеприведённым и другим причинам в некоторых случаях в технике допустимо применять исключительно полностью сухой насыщенный или перегретый (хотя бы незначительно) пар. В то же время многие доступные источники пара выдают слегка или сильно влажный пар (реакторы РБМК и многие парогенераторы АЭС, барабанные котлы на выходе из барабана, испарители, большинство скважин ГеоТЭС, низкие отборы турбин и т. п.). Для снижения и ликвидации влажности пара применяют следующие типы устройств:

Сепараторы
Механически разделяют фазы. В большинстве случаев эффект основан на том, что при поворотах потока более тяжёлая жидкость выбрасывается из него центробежной силой, а также на её свойстве прилипать к некоторым материалам (в частности, стали, чугуну). Соответственно, бывают циклонные, жалюзийные паросепараторы. Они могут устанавливаться внутри барабана или в иных местах.
Перегрев пара

Первичныей пароперегреватель устанавливается после испарительной поверхности теплоисточника (котла, парогенератора) перед подачей пара к месту использования; в большинстве крупных современных котлов он является неотъемлемой частью, иногда это отдельное устройство. После совершения работы в турбине пару можно сообщить дополнительную теплоту, после чего его влажность (если она была) убирается, а способность совершать работу (энтальпия) возрастает. На ТЭС и некоторых АЭС (в частности, в блоке БН-600) пар возвращают к источнику теплоты, где пропускают через специальный трубный пучок — промежуточный пароперегреватель. На значительной части АЭС пар в головной части турбины влажный изначально и дорабатывает до значительной влажности, затем его направляют в сепаратор, где по возможности удаляют влагу. Поскольку возвращать отсепарированный пар в парогенератор неудобно и ненадёжно, его перегрев обеспечивают первичным паром в поверхностном теплообменном аппарате — паро-паровом перегревателе.

Дросселирование
Давление пара сбрасывается без совершения работы и отбора тепла, в итоге его энтальпия в конце процесса превышает энтальпию насыщенного пара при этом более низком давлении. Проблема заключается в том, что при параметрах примерно 235/3,08 МПа энтальпия насыщенного водяного пара имеет максимум; если дросселировать пар около линии насыщения более высоких параметров, его влажность сначала будет расти, что приведёт к быстрому износу редукционной установки и позволит получить сухой пар только низких параметров[3].

Паросодержание и скорости фаз в двухфазных потоках

В двухфазных потоках пар и жидкость могут двигаться с разной скоростью: например, при подъёмном движении более плотные капли жидкости отстают от пара, а при опускном опережают его. Кроме того, при расчёте динамики двжения таких потоков (например, при расчёте циркуляции в трубах испарительной поверхности котлов) важно соотношение не столько веса, сколько объёмов фаз.[4]

Скорость циркуляции w_0
скорость воды, м/с, при температуре насыщения (плотность \rho' кг/м³), соответствующая расходу G_{f+s}, кг/с, рабочего тела в канале сечением f, м²
w_0=G_{f+s}/(\rho'f\,)
Приведённая скорость воды w_0^{\prime}, пара w_0^{\prime\prime}
скорость, которую имела бы фаза, проходя через полное поперечное сечение
w_0^{\prime,\prime\prime}=G_{f,s}/(\rho^{\prime,\prime\prime}f)
Истинные (среднерасходные) скорости пара и воды
w'=G_s/f_s, w''=G_f/(f-f_s),
где f_s, м² — площадь сечения, занятая паром.
Относительная скорость пара w_r
разность истинных скоростей пара и воды (w'=G_s/f_s, w''=G_f/(f-f_s))
w_r=w''-w'
Скорость пароводяной смеси w_{f+s}
отношение объёмного расхода, м³/с, смеси в трубе V_{f+s}=w'/\rho'+w''/\rho'' к её сечению
w_{f+s}=V_{f+s}/f
Массовое паросодержание x
массовая доля расхода пара в потоке при w'=w'', x=G_s/G_{f+s}. Поскольку скорости фаз обычно не равны, при заборе пробы из трубы получается соотношение, не отражающее истинный перенос энтальпии потоком.
Объёмное расходное паросодержание \beta
объёмная доля расхода пара в потоке при w'=w''. При любом соотношении скоростей
\beta={V_s \over V_{f+s}}={1 \over 1+{{{1-x}\over x}{\rho''\over \rho'}}}
Истинное (напорное) паросодержание \varphi
доля сечения трубы, занятого паром: \varphi=f_s/f. Эта величина (средняя по высоте) используется при расчёте напора \Delta p_a, Па, естественной циркуляции: при высоте системы h и плотности воды в опускной трубе \rho'
\Delta p_a=gh\langle\varphi\rangle_h(\rho'-\rho''),

где g\approx9,807 м/с² - ускорение свободного падения. Поскольку движение в обогреваемой трубе подъёмное, \varphi<\beta, и напор естественной циркуляции меньше, чем можно было бы предположить, исходя из значения кратности циркуляции.

Примечания

  1. Зах Р. Г. Котельные установки. — М.: Энергия, 1968. — С. 156—158. — 352 с.
  2. Турбины тепловых и атомных электрических станций / Под ред. А. Г. Костюка, В. В. Фролова. — М.: Издательство МЭИ, 2001. — С. 131. — 488 с. — ISBN 5-7046-0844-2
  3. Причём тем ниже, чем выше они на входе, например, из пара 7 МПа/286 °C с энтальпией 2772 кДж/кг может получиться всего примерно 0,88 МПа/174 °C
  4. Двойнишников В. А. и др. Конструкция и расчёт котлов и котельных установок: Учебник для техникумов по специальности "Котлостроение" / В. А. Двойнишников, Л. В. Деев, М. А. Изюмов. — М.: Машиностроение, 1988. — С. 164—167. — 264 с.

Источники


Wikimedia Foundation. 2010.

Нужно решить контрольную?

Полезное


Смотреть что такое "Влажность пара" в других словарях:

  • ВЛАЖНОСТЬ ПАРА — количество влаги, содержащейся в 1 кг насыщенного пара. В котловом паре всегда содержится влага (вода), механически увлеченная в паровое пространство котла во время процесса парообразования. Влажный (насыщенный) пар представляет собой смесь… …   Технический железнодорожный словарь

  • ВЛАЖНОСТЬ ПАРА — (Wetness of Steam) отношение содержащейся в паре капельно жидкой воды к общему количеству по весу смеси жидкости и пара. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 …   Морской словарь

  • влажность (пара) — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN water ratio …   Справочник технического переводчика

  • влажность пара — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN steam moisture …   Справочник технического переводчика

  • влажность пара на входе в последнюю ступень турбины — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN last stage inlet steam wetness …   Справочник технического переводчика

  • Влажность — В Викисловаре есть статья «влажность» Влажность  показатель содержания воды в физических телах или средах. Для измерения влажности используются различные …   Википедия

  • Влажность воздуха — количество водяного пара в воздухе, оказывающее позитивное или негативное влияние на среду. Удельная влажность воздуха выражается отношением массы водяного пара в единице объема воздуха ко всей массе воздуха (г/кг); абсолютная влажность воздуха… …   Экологический словарь

  • влажность дутья — Содержание паров воды в дутье. Хар ками в. д. служат: упругость (или парц. давление) водяного пара, Н/м2 (или мм рт. ст.); абс. влажность — кол во водяного пара, г/м3; относит, влажность — отношение упругости водяного пара, содержащ.… …   Справочник технического переводчика

  • Влажность воздуха — содержание в воздухе водяного пара. В. в. одна из наиболее существенных характеристик погоды и климата. Характеризуется рядом величин: абсолютной В. в. отношением массы водяного пара к объёму воздуха (г/м2); упругостью, или парциальным давлением… …   Энциклопедия техники

  • ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА — содержание водяного пара в воздухе; одна из наиболее существенных характеристик погоды и климата. Количественно влажность воздуха может определяться упругостью водяного пара, абсолютной влажностью, относительной влажностью, дефицитом влажности,… …   Большой Энциклопедический словарь

Книги



Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»