Как найти степень сухости влажного пара

1. Насыщенный пар. Сухой насыщенный пар. Влажный насыщенный пар. Степень сухости пара. Степень влажности пара. Перегретый пар.

Пар,
находящийся в соприкосновении с водой
имеющий одинаковую с ней температуру,
равную температуре кипения при данном
давлении, называется насыщенным
паром. Насыщенный
пар может быть влажным и сухим. Влажным
насыщенным паром
называется насыщенный пар, содержащий
мельчайшие частицы воды, т. е. представляющий
собой смесь пара и воды. Сухим
насыщенным паром
называется насыщенный пар, полностью
освобожденный от примесей воды. Перегретым
называется пар, имеющий более высокую
температуру, чем насыщенный пар того
же давления.

Перегретый
пар имеет
температуру выше температуры насыщенного
пара при данном давлении, полученного
из сухого насыщенного пара в результате
теплоподвода.

Для
характеристики пара используют:

Степень
сухости (х)
– доля массы сухого насыщенного пара
в 1 кг влажного пара.

Степень
влажности (1-х)
– для массы жидкости в 1 кг влажного
пара.

Степень
сухости – равна
отношению массы сухого пара входящего
в состав влажного пара к суммарной массе
влажного пара.

PV-диаграмма
водяного пара:

1. Процесс парообразования на 𝑝𝑉 − диаграмме. Тройная и критическая точки.

На
рисунке изображен процесс парообразования
1 кг воды в pv-координатах при р = const для
водяного пара. Кривой I соответст­вует
вода при 0°С, кривой II – вода при температуре
кипения (или температуре насыщения) и
кривая III- сухой насыщенный пар.

Кривую
II называют нижней пограничной кривой,
кривую III – верхней пограничной кривой,
а точку К, разделяющую обе по­граничные
кривые, называют критической.

Кривые
I, II, III делят всю диаграмму на три части:

область
между кривыми I и II – жидкость, область
между кривыми II и III – смесь кипящей
жидкости и па­ра, т.е. влажный насыщенный
пар и область правее кривой III – перегретый
пар.

Критическая
точка К характеризует критическое
состояние при котором исчезает различие
в свойствах пара и жидкости. Критическая
температура является наивысшей
температурой жидкости и ее насыщенного
пара. При температурах выше критической
возможно существование только перегретого
пара.

Критическая
точка является конечной точкой фазового
перехода жидкость – пар, начинающегося
в тройной точке. Выше критической точки
существование вещества в двухфазном
состоянии невозможно. Никаким давлением
нельзя перевести газ в жидкое состояние
при температурах выше критической.

1. 𝑇𝑠
   − диаграмма
   водяного пара.

Область I –
газообразное состояние (перегретый
пар, обладающий свойствами реального
газа);

Область II –
равновесное состояние воды и насыщенного
водяного пара (двухфазное состояние).
Область II также называют областью
парообразования;

Область III –
жидкое состояние (вода). Область III
ограничена изотермой ЕК;

Область IV –
равновесное состояние твердой и жидкой
фаз;

Область V –
твердое состояние.

Области
III, II и I разделены пограничными
линиями AK
(левая линия) и KD (правая линия). Общая
точка K для пограничных линий AK и KD
обладает особыми свойствами и
называется критической
точкой.
Эта точка имеет параметры p_кр, v_кри Т_кр,
при которых кипящая вода переходит в
перегретый пар, минуя двухфазную область.
Следовательно, вода не может существовать
при температурах выше Т_кр.

Критическая
точка К имеет параметры:

1. ℎ,
   𝑠
   − диаграмма водяного пара.

На
is-диаграмме изображены термодинамические
процессы:

Изобарный
процесс (p =
const) — изобары,

Изотермический
процесс (t =
const) —изотермы,

Изохорный
процесс (v =
const) —изохоры.

Что это такое?

Сухой насыщенный пар – это прозрачный газ, образующийся из кипящей воды более высокой температуры. Сухим он назван из-за минимального содержания влаги, молекулы его находятся в газообразном состоянии, что создает динамическое равновесие с жидкостью.

Вода при нагревании поглощает тепло от источника, движение ее молекул ускоряется, она закипает. При дальнейшем нагревании вода «парит», образовавшийся газ имеет высокую температуру и давление.

Такой газ, образовавшийся непосредственно над водой, назван сухим насыщенным паром, он практически не имеет водяных частиц.

Состояние вещества неустойчиво. В процессе парообразования в емкость постоянно попадают капли воды. При незначительном охлаждении он начинает образовывать мельчайшие частички воды (конденсат). Так сухой пар переходит во влажный.

Если же емкость с сухим насыщенным паром дополнительно нагреть отдельно от воды, то его температура и объем продолжат увеличиваться. Температура полученного газа намного выше температуры кипения воды при одинаковом давлении, такой вид называется перегретым паром. При современных технологиях шкала перегретого пара доходит до 600°C.

Отличительные особенности

Сухой насыщенный пар отличается от остальных видов. Основные отличия заключаются в том, что:

• его молекулы находятся в газообразном состоянии — это прозрачный газ;
• он без конденсата и капель;
• для его образования требуются постоянные температура и давление;
• неустойчив — при любых изменениях переходит во влажный или перегретый;
• является основой для влажного и перегретого.

Основные параметры

Состав формируется из соотношения частиц пара и воды. Весовая часть сухого пара в 1 кг влажного называется степенью сухости и обозначается «x».

При «x» от 0 до 1 пар считается сухим насыщенным, при больших значениях — влажным. Физическое состояние такого пара определяется соотношением давления и температуры.

Рассмотрим основные параметры пара:

1. Энтальпия (теплосодержание) – это количество энергии, необходимое для получения 1 кг пара из 1 кг воды при неизменном давлении. Для того, чтобы нагреть воду до температуры кипения 100°C, нужно затратить 100 ккал тепла.

   При переходе 1 кг кипящей воды в сухой насыщенный пар требуется дополнительная энергия, которая поможет преодолеть сцепление между молекулами воды. Причем объем полученного газа превышает прежний объем воды.

2. Плотность – физическая величина, которая определяется соотношением массы к объему. Плотность не зависит от объема при постоянной температуре, что связано с динамическим равновесием между веществами.

   При повышении температуры плотность пара растет, с понижением падает. Происходит это из-за того, что при нагревании испаряется больше жидкости и нарушается динамическое равновесие, при этом плотность газа увеличивается до тех пор, пока равновесие не будет достигнуто.

3. Температура напрямую зависит от давления системы. При нагревании испаряется большее число молекул, которые сталкиваются друг с другом все чаще. С неизменной массой объем вещества увеличивается – отсюда понятно, что увеличивается давление. С понижением температуры образуется конденсат, часть которого оседает обратно в воду, давление системы падает.

Так выглядит нагрев сухого насыщенного пара на графике:

Температура и давление насыщенного пара зависят друг от друга. Для определения этой зависимости используются специальные таблицы. Такие таблицы включают значения температуры (t), давления (p), удельную энтальпию (h), удельный объем (v).

В таблицах содержится данные о точке насыщения – точке кипения, внутри которой жидкость и газ сосуществуют при постоянных температуре и давлении.

Примерная таблица изменения температуры насыщенного пара в зависимости от давления:

Где:

• p – давление;
• t – точка кипения (насыщения);
• vf – удельный объем насыщенной жидкости;
• vg – удельный объем насыщенного сухого пара;
• hf – удельная энтальпия насыщенной воды (энергия, затраченная на подогрев воды от 0°C до точки кипения);
• hfg – скрытое тепло испарения (энергия, израсходованная на преобразование жидкости в насыщенный пар);
• hg – удельная энтальпия насыщенного сухого пара (расход энергии для получения пара из воды температуры 0°C).

Энтропия

Энтропия (превращение) — функция состояния термодинамической системы. При помощи энтропии описываются свойства системы. Причем для описания этих характеристик необходимы данные энтропии и температуры, которые сопряжены друг с другом.

При нагревании 1 кг воды температуры 0°C и постоянном давлении образуется сухой насыщенный пар. Происходит увеличение теплоемкости (энтальпии) воды, которое равно энтропии сухого насыщенного пара.

Формула определения энтропии сухого насыщенного пара S» = S’ + r/Tн, где:

• S’ – теплоемкость (энтальпия) воды;
• Тн – температура кипения жидкости;
• r – теплота парообразования.

Как определяется степень сухости?

Степень сухости высчитывается процентом содержания сухого насыщенного пара во влажном. При нагреве воды в замкнутых сосудах капельки жидкости испаряются, и пар становится влажным.

Для техники, работающей на его основе, увеличение влажности приводит к дополнительным затратам из-за коррозии и порчи оборудования. Чтобы избежать материальных потерь, следует использовать сухой насыщенный водяной пар.

Сухость пара влияет на количество отдаваемой энергии (скрытой теплоты), от которой напрямую зависит качество нагрева.

Степень сухости определяется его коэффициентом, который показывает долю воды в паре. Для этого отбирается проба пара, измеряется его температура, затем проба нагревается. Измеряется давление до нагрева пробы и после, по результатам полученных данных вычисляется сухость.

Сухость пара (x) определяется по формуле:

Где:

• mc – масса сухого пара;
• mk – масса капельной влаги в том же объеме пара.

Использование знаний в быту

С изобретением парового двигателя сухой пар плотно вошел в жизнь человека. Преобразование энергии пара в механическую явилось основой для создания паровых машин – двигателей внутреннего сгорания.

Сухой пар легко проникает даже в самые труднодоступные участки, убивая при этом вредные бактерии и микроорганизмы.

Он широко применяется в различных отраслях, таких как:

1. Электроэнергетика и судоходство – пар приводит в действие турбины, паровые двигатели.
2. Нефтегазовая отрасль – для удаления нефти с поверхностей буровых, трубопроводов, обогреву промыслов.
3. Химическая промышленность – способствует проведению химических процессов.
4. Деревообрабатывающая промышленность – с помощью пара получают целлюлозу, обрабатывают древесину.

Помимо использования в промышленности пар необходим для нашей повседневной жизни. Сухой пар активно используется в:

1. Саунах — при низкой влажности дает возможность повышения температуры до 150°C, которую благодаря сухому пару организм легко переносит.
2. Гладильных утюгах и отпаривателях – отлично разглаживает ткань, не оставляя следов, имеет высокую мощность подачи и сильный паровой удар.
3. Для отопления и увлажнения помещений.
4. Кулинарии — для приготовления полезной еды (пароварки).
5. Ппаровых очистителях, пылесосах — для дезинфекции поверхностей.

Заключение

Сферы применения пара разнообразны. Несмотря на опасность получить ожог от высокой температуры сухой пар все больше и больше внедряется в жизнь человека. Он является прекрасным очистителем, не содержит вредных веществ, экологичен.

Система измерения сухости пара

 

Авторы: Каплан Б. Ю., к.т.н., доцент, заведующий кафедрой
«Информационные технологии и приборостроение»,
Ступецкий Е. Л., д.т.н., профессор,
Каширин С. С., аспирант
Московский технологический университет (МИРЭА)

Введение

Область применения пара можно условно разбить на несколько групп:
1. Промышленность (атомные и тепловые электрические станции, нефтехимия, нефтедобыча, производство бетонных изделий, фармацевтические и парфюмерные
производства, пропарка железнодорожных цистерн).
2. АПК (парники, птичники, производство колбас и консервов, пива, мыла, пастеризация молока).
3. ЖКХ (отопление, химчистки).

На генерацию пара уходит до 80% топлива, потребляемого в РФ. Однако эффективность процесса генерации пара и его использования низка по двум, в основном,
причинам: во-первых, отсутствие автоматического регулирования степени сухости пара в парогенераторах и, во-вторых, отсутствие систем контроля сухости пара
у потребителей.

Дело в том, что для перевода одного килограмма воды в пар необходимо затратить 2250 кДж тепловой энергии и, соответственно, столько же получит потребитель
тепла, при переходе пара в жидкую воду. Теплоемкость же воды равна 4,2 кДж/(кг·К). Поэтому, если в паре присутствует капельная влага (влажный пар),
то при переходе пара в жидкое состояние один килограмм капельной влаги дает тепла в 535 раз меньше, чем килограмм пара.

Для исключения попадания капельной влаги в пар в котлах устанавливают сепараторы и пароперегреватели, на работу которых уходит до 15% общего расхода
топлива [1]. Отсутствие систем измерения сухости пара приводит к тому, что пароперегреватели работают из расчета максимальной мощности при любых режимах
отбора пара и температурах у потребителя. В итоге имеет место избыточный расход топлива.

Еще большие потери тепловой энергии и измеренной массы потребленного пара связаны с паропроводами. Некачественная или изношенная теплоизоляция паропроводов
приводит к охлаждению пара в процессе транспортировки к потребителю и неоправданным финансовым затратам на покупку пара, в котором неизвестное количество
капельной воды существенно снижает количество передаваемого тепла и искажает показания массовых расходомеров. Поскольку потребителю тепловой энергии ее
необходимо фиксированное количество, определяемое технологическим процессом, то котельные (или парогенераторы) вынуждены генерировать дополнительное
количество пара, на что расходуется, естественно, дополнительное количество топлива.

Общее представление о состоянии теплоснабжения в РФ дает статья руководителя департамента энергетического надзора, лицензирования и энергоэффективности
Минэнерго РФ (Главгосэнергонадзор) С.А. Михайлова и В.Г. Семенова, главного редактора журнала «Новости теплоснабжения» под названием
«Теплоснабжение Российской Федерации в цифрах» [2].

Согласно приведенным данным:
«Энергоемкость ВВП превышает уровень, достигнутый в развитых странах Запада, в 3,5 раза… С учетом объемов теплопотребления становится ясно, что
теплоснабжение определяет энергорасточительность экономики страны… Суммарный объем реальной экономии в тепловых сетях и теплопотреблении можно оценить
в 850 млн Гкал/год»

«Устройство для определения степени сухости потока влажного пара, содержащее: паропровод, с измерителем давления и измерителем температуры, с узлом отбора
пробы пара; теплообменник; линию подвода пара в теплообменник от узла отбора пробы пара; линию подвода холодной воды, с расходомером, с измерителем давления
и измерителем температуры; вычислитель, с подключенными выходами измерителей; содержит: теплообменник, не смешивающий конденсат отбираемого пара с
нагреваемой водой; линию отвода конденсата отбираемого пара, с расходомером, с измерителем давления и измерителем температуры».

Автор патента приводит описание эксперимента с использованием устройства: «Возможность осуществления работы устройства показана примером вычисления
степени сухости по сигналам его измерителей. Во время эксперимента для выбранного момента времени зарегистрированы
следующие значения измеряемых параметров:
– расход холодной воды – Gхол.воды=30,0 т/ч;
– расход конденсата пара – Gконд.пара=10,0 т/ч».

Оказывается, согласно патенту, для выполнения измерений потребовалось 30 тонн в час холодной воды и 10 тонн в час пара. Подобные затраты
на измерения не окупятся ни в каких системах генерации, передачи или использования паровой энергии.

За рубежом положение с измерением сухости пара аналогично российскому. Вот что сказано в справочных данных мирового лидера по разработке
и продаже систем измерения расходов жидкостей и пара Kessler – Ellis Products Co. Inc. (USA) [4]:

«Измерение расхода двухфазной среды – задача, вызывающая большие сложности. До сих пор ее решение рассматривается в исследовательских лабораториях.
В особой степени это можно отнести к пароводяным смесям…»

Из проведенного рассмотрения проблемы измерения сухости пара можно сделать, как минимум, два вывода:

Первое. Система измерения сухости пара является первым необходимым условием модернизации котлов и паропроводов, поскольку без знания численных значений
параметров пара невозможно выполнять процессы регулирования режимов котлов, диагностировать состояние паропроводов, обоснованно вести расчеты между
потребителями и поставщиками тепловой энергии. По самым скромным оценкам авторов статьи [2], сокращение потерь только в расходе природного газа хотя бы
на 10% и половину потерь в паропроводах (150 млн. Гкал/год при стоимости 1 Гкал в 300 руб.) дает экономию в 60 млрд. руб. в год.

Второе. Как видно из проанализированных материалов, попытки решить корректно проблему измерения влажности пара, величина которой
входит во все тепловые уравнения и позволяет снизить количество передаваемой тепловой энергии, пока не увенчались успехом.

По указанным причинам работы по созданию эффективной системы измерения степени сухости пара в реальном режиме времени представляется весьма актуальной.

Разработка системы измерения сухости пара

Функциональное назначение разрабатываемой системы предполагает его использование в котельных и на предприятиях-потребителях пара в условиях повышенной
влажности окружающей среды, перепада температур. На прибор действуют так же внутреннее давление, высокая температура, вибрации паропровода,
на котором установлена измерительная камера.

Параметры трубопроводов пара делятся на несколько категорий по характеристикам теплоносителя:

1 – давление пара до 0,07МПа и температурой пара до 115°С

2 – давление пара до 0,6МПа и температурой пара до 164°С

3 – давление пара до 0,9МПа и температурой пара до 181°С

4 – давление пара до 1,6 МПа и температурой пара до 204°С.

Данная классификация обусловлена исходными типоразмерами производимого на территории России парового оборудования. Давление пара соответствуют
оборудованию – температура пара принята из расчета температуры пара на линии насыщения, так как если пар идет с температурой выше линии насыщения,
то он считается перегретым и его влажность x = 0

Рассмотрим и проанализируем исходные параметры измеряемой среды.

1) Давление: Р=0,07-0,6 МПа. Давление принимаем из расчета того, что основная масса современных производителей парового оборудования изготавливает
паровые котлы и парогенераторы давлениями в данном диапазоне. Так как это, во – первых, устраивает потребительский рынок, а во вторых при данном
давлении можно избежать трудностей с оформлением документов РОСТЕХНАДЗОРа.

2) Температура измеряемой среды (пара): Т=110-165°С. Данная температура совпадает с температурой пара на линии насыщения в рабочем диапазоне давлений.
Запас на температуру перегрева или недогрева не требуется, так как при перегреве пара на 5°С выше температуры насыщения при данном давлении пар
считается 100% сухим. В то время как недогрев на 5°С ведет к образованию огромного количества конденсата.

3) Диапазон измерения влажности пара: x = 0-15%. Данный диапазон позволяет дать полную характеристику пару как теплоносителю.
При влажности пара 18-20% он на 1/2 теряет свои свойства и несет по паропроводу 1/3 конденсата.

4) Погрешность измерения: δ = 5%. Что составляет 0,75% влажности. И является для данной отрасли достаточной.

Данные параметры, описанные в техническом задании позволяют полностью выявить все свойства измеряемой среды и оценить насколько эффективно
она используется на предприятии. Имея данные о расходе пара, влажности и давлении можно однозначно рассчитать поступившую на предприятие энергию,
за которую организации и платят.

По определению степень сухости пара x есть отношение массы сухого пара m_с к массе влажного пара, равной сумме масс сухого пара m_с
и капельной влаги m_к в том же объеме [5]:

x = m_c / ( m_c + m_к )

(1)

Проведенный патентно-технический анализ показал, что наиболее перспективными для измерения сухости пара являются способ и устройство по патентам РФ
на изобретения № № 2421714, 2568050 [6, 7].

На рис. 1 представлена функциональная схема системы.

1 – Измерительная камера; 2 – нагревательный элемент; 3 – датчик давления и температуры;
4 – теплоизоляция; 5 – запирающие клапаны; 6 – паропровод

Рис. 1 – Функциональная схема измерительной камеры измерителя сухости пара по патентам на изобретения № № 2421714, 2568050

Мерный участок содержит измерительную камеру 1 постоянного объема, установленную на паропровод 6. С двух концов камера 1 сообщается с паропроводом
через запирающие клапаны 5. На стенки камеры намотан электронагревательный кабель 2. Внутри камеры установлен датчик давления и температуры 3,
смонтированный в один корпус. Электрическое питание клапанов и нагревателя, промежуточные измерительные преобразователи каналов измерения давления
и температуры и вычислитель условно не показаны.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии клапана 5 открыты и в измерительную камеру 1 поступает пар из паропровода 6 с абсолютными
температурой Т₁, давлением Р₁ и степенью сухости x. Давление Р₁ и температуру Т₁
измеряют соответственно каналами давления и температуры с датчиком давления и температуры 3.

Двухпараметровые миниатюрные датчики давления и температуры разработаны ООО Метроник специально для настоящего проекта.
Диаметр мембраны датчика составляет 7.8 мм. Температурный диапазон: от +5 до +350°С (макс. +400°С).
Диапазон по давлению: от 1 до 60 МПа.
Выходной сигнал через высокотемпературный провод подаеттся на электронный блок (БП).

После измерений давления и температуры клапана 5 запирают. Через короткий промежуток времени, достаточный для запирания клапанов, подают ток на
обмотку нагревателя 2 и температура в камере 1 нарастает до температуры перегрева пара. Поскольку процесс происходит при постоянном объеме
(изохорическое нагревание), то с ростом температуры растет давление массы m_C + m_К перегретого пара в камере.
Производят измерения давления Р₂ и температуры Т₂ пара. После окончания измерений отключают ток с нагревателя 2 и открывают
клапана 5. Температура и давление в камере 1 понижаются до значений этих параметров в паропроводе 2; камеру 1 заполняет новая порция пара с параметрами,
равными их значениям в паропроводе, и весь цикл работы устройства повторяется.

Полученные результаты измерений Р₁, Т₁, Р₂, Т₂ используются для вычисления сухости пара
x. Выражение для вычислений получают из следующих соображений.
В объеме v измерительной камеры 1 содержится объемная доля x
сухого пара v_С и часть объема v_В,
занятого капельной влагой, доля которой составляет 1 – x:

v = v_В (1 – x ) + v_c x

(2)

Поскольку плотность жидкой воды на три порядка выше плотности пара, то, соответственно, занимаемый ею объем на три порядка меньше объема,
занимаемого сухим паром. Поэтому в паропроводах, где массовая доля сухого пара x больше массовой доли жидкой
фазы 1 – x, первым слагаемым в правой части выражения (2) можно пренебречь и считать, что весь объем измерительной камеры
v занят сухим паром при давлении Р₁ и температуре Т₁. Свойства сухого пара близки к свойствам идеального газа,
поэтому с погрешностью не более единиц процентов их можно записать в виде уравнения Клапейрона

p₁ v = m_c RT₁

(3)

где R – газовая постоянная водяного пара.

После нагрева объема v пара до температуры Т₂ давление в камере Р₂ будет определяться всей массой воды
m_C + m_К, поскольку капельная фаза так же перейдет в состояние сухого пара и, следовательно,

p₂ v = ( m_c + m_к ) RT₂

(4)

Почленное деление выражения (3) на (4), после элементарных преобразований дает, с учетом (1), искомую зависимость степени
сухости пара от его измеренных параметров

x = m_c / ( m_c + m_к ) = P₁ T₂ / P₂ T₁

(5)

В случаях высоких давлений пара (выше 5 МПа) или повышенных требований к точности результатов измерений (относительная
погрешность не должна превышать долей процента) вместо уравнения (5) необходимо пользоваться табличными значениями состояния пара.

Использование одних и тех же датчиков давления и температуры для измерения последовательно во времени параметров пара до и после
нагрева позволяет сократить количество измерительных каналов и снизить погрешность измерения степени сухости пара. Погрешность
снижается за счет снижения числа измерительных каналов до двух и того, что результаты измерений давлений одним датчиком (аналогично
и температуры) содержат сильно коррелированные значения случайной погрешности измерений, ведущих к снижению случайной составляющей
погрешности конечного результата.

Функциональная схема прибора содержит следующие основные узлы и устройства:

● Канал измерения полного давления, состоящий из нормализатора сигнала и АЦП (используется датчик абсолютного давления т.к. данные о
температуре насыщенного пара представлены относительно полного давления и чтобы, исключить погрешность, связанную перепадом атмосферного
давления и разницы высот, на которых может использоваться прибор).

● Канал измерения температуры, состоящий из нормализатора сигнала и АЦП.

● Коммутатор, позволяющий сигналы канала давления и канала температуры после нормализации подать на один АЦП.

● Микроконтроллер, на который подаются цифровые сигналы каналов давления и температуры после АЦП. Микроконтроллер управляет работой
коммутатора и АЦП, хранит текущие данные измерений, управляет работой системы подогрева камеры и производит все математические вычисления
по описанному алгоритму работы прибора.

● Система подогрева измерительной камеры, управляемая от микроконтроллера. Система подогрева содержит блок питания и регулятор тока подогрева камеры.

Необходимо отметить, что использование при измерении сухости пара одного измерительного канала давления и одного канала температуры значительно
снижает общую погрешность системы.

На основании изложенного, измерительная камера имеет следующий вид и основные размеры (рис. 2).

Рис. 2 – Измерительная камера в сборе

Измерительная камера состоит из корпуса 1, в который вварена гайка 2. В гайку 2 ввинчивается совмещенный датчик давления и температуры 3.
Подобная конструкция датчика позволяет избежать установки еще одного узла крепления датчика и снижает теплопередачу от пара в камере.
К торцам корпуса крепятся электроклапана 4 через переходные трубки 6 и гайки с уплотнением 7 и 8. На корпус 1 намотана нагревательная спираль,
выполненная из высокотемпературного нагревательного кабеля КНМС.

По выполненным расчетам был изготовлен опытный образец мерного участка в сборе (рис. 3), который был подвергнут прочностным и теплофизическим
испытаниям и при этом были подтверждены основные ожидаемые параметры устройства.

Рис. 3 – Макетный образец мерного участка системы

Список использованных источников

Как правильно определять основные физико-химические характеристики водяного пара

Расчет степени насыщенности и удельного объёма водяного пара

Задача 37. 
Водяной пар при атмосферном давлении имеет температуру t = 126,09 ⁰С. Определить степень его насыщенности и удельный объем.
Решение: 
По таблицам теплофизических свойств водяного пара находим, что температуре t = 126,09 ⁰С соответствует давление насыщения Р_н = 2,4 ^. 10^-5 Па. По формуле:
  = Р_i/Р_н, где

= (1,01325 . 10-5)/(2,4 . 10-5) = 0,422.

Удельный объем пара рассчитаем по формуле:

Рi ^. v_i = R_i ^. T, где

Ri – газовая постоянная водяного пара, равная 461,58 Дж/(кг ^. К); T – температура пара, К.

Тогда

v_i = (R_i ^. T)/Р_i = [461,58 ^. (126,09 + 273)]/(1,01325 . 10-5) = 1,818 м³/кг.

Ответ: = 0,422; v_i = 1,818 м³/кг.
 

---

Определение удельной энтальпии водяного пара

Задача 38. 
Пар при температуре t = 85,95 ⁰С имеет удельный объем vп = 2,732 м³/кг. Определить удельную энтальпию пара.
Решение:
1. Находим плотность пара по формуле: 

Р_п = 1/vi = 1/2,732 = 0,366 кг/м³.    

2. Расчет степени сухости пара

Согласно таблличным данным, температуре t = 85,95 ⁰С соответствует плотность насыщенного пара рн = 0,366 кг/м³. Поскольку рп = рн, то в задаче задан сухой пар. По формуле = Р_п/Р_н ) находим степень сухости пара:

= 0,366/0,366 = 1.

  = 1, что соответствует сухому насыщенному пару. 

3. Расчет энтальпии пара 

Расчет энтальпии пара проводим по формуле:

i_x = i’ * r * , где

i’ – удельная энтальпия кипящей воды; r – удельная теплота парообразования; – степень сухости влажного пара; ix – энтальпия пара.   

По таблице приложения для t = 85,95 0С определяем удельную энтальпию кипящей воды и удельную теплоту парообразования i_x = 359,93 кДж/кг, r = 2293,64 кДж/кг. 

Тогда

i_x = 359,93 ^. 2293,64 ^. 1 = 825549,8452 кДж/кг.

Ответ: i_x = 825549,8452 кДж/кг.

---

Относительная упругость, плотность и давление перегретого пара

Задача 39.
Относительная упругость пара при температуре t = 150 ⁰С составляет ф = 80%. Определить плотность и удельную энтальпию пара.
Решение:
Пар, заданный в задаче, – перегретый. По таблице приложения для температуры t = 150 ⁰С определяем давление насыщения и плотность насыщенного пара: Р_н = 476000 Па, Р_п = 2,547 кг/м³.

1. Расчет плотности заданного пара

Плотности заданного пара находим по формуле:

= Р_i/Р_н, где

Р_i – плотность заданного пара; рн = плотность насыщенного пара.

Тогда

Р_i = ^. Р_н = 0,8 ^. 2,547 = 2,0376 кг/м³.

2. Расчет давления перегретого пара

Давления перегретого пара рассчитаем по формуле:

= Р_t/Р_н, где

– относительная упругость пара при заданной температуре; рп =давление насыщенияпара.

Тогда

Р_t = ^. Р_п = 0,8 ^. 476000 = 380800 кг/м³.

По таблице приложения находим, что такое давление является насыщенным при температуре t_н = 119,7 2⁰С. Таким образом, пар перегрет от температуры насыщения tн = 119,7 ⁰С до температуры t = 150 ⁰С. По таблице определяем удельную теплоемкость пара для этого диапазона температуры, которая оказывается равной сп = 2,114 кДж/(кг^.К). По табл. 1 приложения для tн = 119,7 ⁰С находим удельную энтальпию насыщенного пара i’ = 2704,59 кДж/кг.

3. Расчет удельной энтальпии перегретого пара

По формуле [i_t = i’ ^. С_п(t -t’)] рассчитываем удельную энтальпию перегретого пара, получим:

i_t = 2704,59 ^. 2,114(150 -119,7) = 173240,34 кДж/кг.

Ответ: Рi = 2,0376 кг/м³; i_t = 173240,34 кДж/кг.

---