Теплофизические свойства водяного пара: плотность, теплоемкость, теплопроводность || Какая температура пара

Содержание

Удельная теплоемкость воды, количество тепла, теплоемкость строительных материалов, значения теплоемкости

Теплофизические свойства водяного пара: плотность, теплоемкость, теплопроводность || Какая температура пара

В таблице приведены теплофизические свойства водяного пара на линии насыщения в зависимости от температуры. Свойства пара указаны в таблице в диапазоне температур от 0,01 до 370 ° C.

Каждая температура соответствует давлению, при котором водяной пар насыщается. Например, при температуре пара 200 ° С его давление будет 1555 МПа или около 15,3 атм.

Удельная теплоемкость пара, теплопроводность и ее увеличение с повышением температуры. Плотность водяного пара также увеличивается. Пар становится горячим, тяжелым и вязким, с высокой удельной теплоемкостью, что положительно влияет на выбор пара в качестве теплоносителя в некоторых типах теплообменников.

Например, согласно таблице, удельная теплота пара C p   при 20 ° C составляет 1877 Дж / (кг · град), а при нагревании до 370 ° C теплоемкость пара увеличивается до 56520 Дж / (кг · град) ,

В таблице приведены следующие теплофизические свойства пара на линии насыщения:

  • давление паров при заданной температуре р · 10 -5 Па;
  • плотность паров ρ ″ , кг / м3;
  • удельная энтальпия (масса) h ″ , кДж / кг;
  • р , кДж / кг;
  • удельная теплоемкость для пара C p , кДж / (кг · град);
  • теплопроводность λ · 10 2 , Вт / (м · град);
  • температуропроводность а · 10 6 , м 2 / с;
  • динамическая вязкость μ · 10 6 , Па · с;
  • кинематическая вязкость ν · 10 6 , м 2 / с;
  • Нумер Прандтл Пар .

Удельная теплота испарения, энтальпия, температуропроводность и кинематическая вязкость пара уменьшается с ростом температуры. Динамическая вязкость и вандаловское число Прандта увеличиваются.

Быть осторожен! Теплопроводность в таблице указана в классе 10 2. Не забудьте поделить на 100! Например, теплопроводность пара при 100 ° С составляет 0,02372 Вт / (м · град).

Теплопроводность водяного пара при различных температурах и давлениях

В таблице приведены значения теплопроводности воды и пара при температурах от 0 до 700 ° С и давлениях от 0,1 до 500 атм. Размер теплопроводности Вт / (м · град).

Линия под значением в таблице означает фазовый переход воды в пар, то есть цифры под линией относятся к пару, а выше к воде. Из таблицы видно, что значение коэффициента и водяного пара увеличивается с увеличением давления.

Примечание: теплопроводность в таблице указана в 10 классе 3. Не забудьте поделить на 1000!

Теплопроводность пара при высоких температурах

В таблице приведены значения теплопроводности диссоциированного водяного пара в размерах Вт / (м · град) при температурах от 1400 до 6000 К и давлениях от 0,1 до 100 атм.

Согласно таблице, теплопроводность пара при высоких температурах значительно возрастает в диапазоне 3000 … 5000 К. При высоких давлениях достигается максимальный коэффициент теплопроводности при более высоких температурах.

Быть осторожен! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3. Не забудьте разделить на 1000!

В этом небольшом материале мы кратко рассмотрим одно из важнейших свойств нашей планеты для воды, ее теплоемкость .

Удельная теплоемкость воды

Мы даем краткое толкование этого термина:

Теплоемкость   вещества — это его способность накапливать тепло в себе. Эта величина измеряется количеством тепла, поглощаемого ею при нагревании до 1 ° C.

Например, теплоемкость воды составляет 1 дюйм / г или 4,2 Дж / г, а почвы — 14,5-15,5 ° C (в зависимости от тип почвы) колеблется от 0,5 до 0,6 дюйма (2, 1-2,5 Дж) на единицу объема и от 0,2 до 0,5 дюйма (или 0,8-2,1 Дж) на единицу объема масса (грамм)

Теплоемкость воды оказывает существенное влияние на многие аспекты нашей жизни, но в этом материале мы сосредоточимся на ее роли в формировании температурного режима планеты, а именно …

Теплоемкость воды и климат Земли

Теплоемкость   воды по абсолютной величине достаточно велика. Из приведенного выше определения следует, что он значительно превышает теплоемкость почвы нашей планеты. Из-за этой разницы в теплоемкости почва нагревается намного быстрее и охлаждается относительно океанических вод.

 Из-за более безразличного мирового океана колебания дневных и сезонных температур Земли не так велики, как если бы не было океанов и морей. Это означает, что в холодное время года вода нагревает Землю и охлаждает ее в тепле.

 Конечно, это воздействие наиболее заметно в прибрежных районах, но в глобальном среднем измерении оно затрагивает всю планету.

Конечно, многие факторы влияют на дневные и сезонные колебания температуры, но вода является одним из наиболее важных.

Увеличение амплитуды колебаний дневных и сезонных температур коренным образом изменит мир вокруг нас.

Например, хорошо известно, что камень теряет свою прочность и становится хрупким при резких колебаниях температуры. Конечно, «немногие» будут сами собой. Точно так же, по крайней мере, физические параметры нашего тела будут другими.

Неверные свойства теплоемкости воды

Теплоемкость воды имеет аномальные свойства. Оказывается, что с повышением температуры воды ее теплоемкость уменьшается, эта динамика сохраняется до 37 ° С, а с увеличением температуры теплоемкость начинает увеличиваться.

Этот факт содержит одно интересное утверждение. Условно говоря, сама природа на фоне воды определила 37 ° C как наиболее комфортную температуру тела человека, при условии, конечно, что соблюдаются все остальные факторы. В случае каких-либо динамических изменений температуры окружающей среды, температура воды стремится к 37 ° C

Энтальпия   — это свойство вещества, которое указывает количество энергии, которое может быть преобразовано в тепло.

Энтальпия   — это термодинамическое свойство вещества, которое указывает уровень энергии, запасенной в молекулярной структуре. Это означает, что хотя вещество может иметь энергию на земле, не все они могут быть преобразованы в тепло. Часть внутренней энергии всегда остается в содержании   и сохраняет свою молекулярную структуру.

 Некоторые вещества недоступны, когда его температура приближается к температуре окружающей среды. Следовательно, энтальпия   — это количество энергии, которое доступно для преобразования в тепло при определенной температуре и давлении.

 Единицы энтальпии   — британская тепловая единица или джоуль для энергии и Btu / фунт / Дж / кг для удельной энергии.

Количество энтальпии

  Общая энтальпия вещества   на основе заданной температуры. Эта температура   — значение, которое ученые и инженеры выбирают в качестве основы для расчетов. Это температура, при которой энтальпия вещества равна нулю.

 Другими словами, вещество не имеет доступной энергии, которая может быть преобразована в тепло. Эта температура отличается для разных веществ.

 Например, эта температура воды представляет собой тройную точку (О ° С), азот -150 ° С и хладагенты на основе метана и этана −40 ° С.

Если температура вещества выше заданной температуры или она переходит в газообразное состояние при данной температуре, энтальпия выражается в виде положительного числа.

 И наоборот, отрицательное число выражается при температуре ниже этой энтальпии вещества. Энтальпия используется в расчетах для определения разности уровней энергии между двумя состояниями.

 Это необходимо для настройки оборудования и определения эффективности процесса.

Энтальпия   часто определяется как полная энергия вещества, потому что она равна сумме его внутренней энергии в данном состоянии вместе с ее способностью выполнять работу (pv).

 В действительности, однако, энтальпия не указывает на общую энергию вещества при данной температуре выше абсолютного нуля (-273 ° C).

 Следовательно, вместо указания энтальпии   как общей теплоты вещества, более точно определите ее как общее количество доступной энергии вещества, которое может быть преобразовано в тепло.
H = U + pV

Вода является одним из самых удивительных веществ. Несмотря на широкое использование и широкое использование, это настоящий секрет природы. Кажется, что как одно из соединений кислорода вода должна обладать очень низкими свойствами, такими как замерзание, теплота испарения и т. Д. Но этого не происходит. Теплоемкость самой воды очень высокая.

Вода способна поглощать огромное количество тепла, и в то же время она практически не нагревается — это ее физическая особенность. вода примерно в пять раз выше теплоемкости песка, а железо в десять раз выше.

 Поэтому вода является естественным кулером.

 Его способность накапливать большое количество энергии позволяет сглаживать колебания температуры на поверхности Земли и регулировать тепловой режим по всей планете, и это происходит независимо от времени года.

Это уникальное свойство воды позволяет использовать его в качестве охлаждающей жидкости в промышленности и на ежедневной основе. Кроме того, вода обычно доступна и относительно дешева.

Что означает теплоемкость? Как известно из термодинамики, теплообмен всегда происходит от горячего тела к холодному.

 Речь идет здесь о прохождении определенного количества тепла, а температура обоих тел, характерная для их состояния, указывает направление этого обмена.

 В процессе металлического тела с водой одинаковой массы при одинаковых начальных температурах металл изменяет свою температуру в несколько раз больше, чем вода.

Если мы рассмотрим основную термодинамическую констатацию двух тел (изолированных от других) как постулат, то во время теплообмена одно сдается, а другое получает одинаковое количество тепла, тогда становится ясно, что металл и вода имеют совершенно разные теплоемкости.

Таким образом, теплоемкость воды (как и каждого вещества) является показателем, характеризующим способность данного вещества давать (или получать) некоторое количество во время охлаждения (нагревания) на единицу температуры.

Удельная теплоемкость вещества — это количество тепла, необходимое для нагрева единицы этого вещества (1 килограмм) на 1 градус.

Количество тепла, выделяемого или поглощаемого организмом, равно произведению удельной теплоемкости, массы и разности температур. Он измеряется в калориях. Одна калория — это ровно столько тепла, сколько достаточно, чтобы нагреть 1 г воды на 1 градус. Для сравнения: теплоемкость воздуха составляет 0,24 кал / г ∙ ° С, алюминия 0,22, железа 0,11, ртути 0,03.

Теплоемкость воды не постоянна. При повышении температуры от 0 до 40 градусов она немного уменьшается (с 1,0074 до 0,9980), в то время как для всех других веществ эта характеристика увеличивается в процессе нагревания. Кроме того, оно может уменьшаться с увеличением давления (на глубине).

Как известно, вода имеет три состояния агрегации — жидкость, твердое вещество (лед) и газ (пар). В то же время теплоемкость льда примерно в 2 раза ниже, чем у воды. В этом основное отличие воды от других веществ, удельная теплоемкость которых в твердом и расплавленном состоянии не изменяется. В чем секрет?

Дело в том, что лед имеет кристаллическую структуру, которая не сразу разрушается при нагревании. Вода содержит мелкие частицы льда, состоящие из нескольких частиц и называемые спутниками.

 Когда вода нагревается, часть выделяется на разрушение водородных связей в этих образованиях. Это объясняет чрезвычайно высокую теплоемкость воды.

 Полные связи между молекулами разрушаются только при переходе воды в пар.

Удельная теплоемкость при 100 ° С практически не отличается от температуры льда при 0 ° С. Это еще раз подтверждает правильность этого объяснения. Теплоемкость пара, а также теплоемкость льда в настоящее время изучаются гораздо лучше, чем у воды, поэтому ученые пока не пришли к общему мнению.

Источник: https://building-ooo.ru/vse-dlya-stroitelstva-stati/udelnaya-teploemkost-vody-kolichestvo-tepla-teploemkost-stroitelnyx-materialov-znacheniya-teploemkosti/.html

Свойства водяного пара: температура, тройная точка, упругость, термодинамическое равновесие, плотность

Теплофизические свойства водяного пара: плотность, теплоемкость, теплопроводность || Какая температура пара

Изучение теплофизических свойств воды и водяного пара помогает понять, почему происходит испарение. Благодаря динамическому равновесию газообразного и жидкого состояния Н2О осуществляется круговорот воды в природе.

Атмосфера планеты служит защитным колпаком, в ней происходят те же термодинамические процессы, что и в закрытой емкости с водой. Зависимость давления пара от температуры, плотности соответствует уравнению Менделеева-Клапейрона.

С помощью формул можно вычислить, чему будет равна плотность пара в пузырьках, поднимающихся к поверхности воды, или при какой температуре закипит вода, если подняться на гору, где давление воздуха ниже.

Вода превращается в пар при температуре

Понятие «водяной пар» характеризует свойство жидкостиулетучиваться. Начало испарения — отрыв частичек воды от поверхности воды. Изжидкого агрегатного состояния молекулы переходят в газообразное.

Превращение вгазовую фазу происходит до момента насыщения, когда возникает равновесие междужидкой или твердой субстанцией и газом. Молекула воды не в силах оторваться отповерхности, если плотность достигает максимальной величины, газ становитсянасыщенным.

Определить величину давления насыщения водяного пара можно длялюбой температуры. Даже лёд обладает способностью испаряться.

Когда говорят об испарении, уточняют градусы Цельсия, при которых начинается парообразование. При 100°С жидкость закипает только при атмосферном давлении 760 мм рт. столба. Чем ниже давление, тем свободнее отрываются частицы воды от поверхности, насыщая воздух.

Снижение давления до 0,006 атмосфер (тройная точка) приводит к тому, что вода одновременно присутствует в трех фазовых состояниях: жидком, твердом, газообразном. Кипение воды в лабораторных условиях достигается без перехода в жидкое состояние.

Происходит вскипание твердой фазы, процесс называется возгонкой. Лед трансформируется в газообразное состояние при температуре –0,1°С под давлением ниже тройной точки.

Величину давления и плотности насыщенного водяного пара при различной температуре устанавливают экспериментальным путем.

Способность паров насыщать воздух характеризуетсявлажностью. Упругость водяного пара определяют прибором для измерениявлажности, он называется психрометром. Измеряется парциальное давление водяныхпаров, находящихся в атмосферном воздухе.

Насыщенный водяной пар

Вернемся к эксперименту. Итак, у нас в закрытой банкежидкость. Что происходит? Испарение воды. Процесс начинается при низкойплотности воздуха. Благодаря пару, давление на поверхность жидкости возрастает,оно препятствует движению молекул. Их все меньше и меньше отрывается от воды.

Наступает момент, когда образуются капли влаги. Этот процесс называется«конденсация». Когда скорость образования пара равна скорости конденсации,возникает термодинамическое равновесие. Пар в этот момент считается насыщенным.Жидкость и газ уравновешивают друг друга.

Такое состояние достигается приопределенных условиях, важные параметры:

  1. Температура, изменение на долю градуса нарушает равновесие. При повышении парообразование ускоряется, при понижении увеличивается процесс конденсации влаги.
  2. Давление, при его понижении молекулы жидкой фазы свободнее передвигаются, отрываются от поверхности, начинается испарение воды.

Почему не учитывается объем банки? Он не меняет термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения. Допустим, крышка экспериментальной банки опустилась ниже, объем уменьшился. К чему это приведет? Пар будет ускоренно конденсироваться до момента равновесия. При увеличении объема ускорится парообразование, но замкнутая система опять придет в равновесное состояние.

Изучая термодинамику, легко понять, почему пар обжигаетсильнее воды той же температуры. Что такое кипение? Состояние, при которомжидкая фаза активно превращается в парообразное состояние. Следовательно,происходит обратный процесс конденсации, он сопровождается выделением теплоты.За счет этого ожог от пара сильнее.

Удельная теплоемкость возрастает, если повышается температураводы. Процесс парообразования виден в момент кипения. При повышении давлениятемпература газов достигает 200°С, это свойство используется в теплотехнике,горячим, вязким паром заполняют теплообменники.

Давление насыщенного водяного пара

Формула p=nkT указывает на прямую зависимость давленияидеального газа (p) и его температуры (Т). Параметр n –число молекул,содержащихся в заданном объеме, характеризует плотность пара. ПостояннаяБольцмана k устанавливает взаимосвязь температуры с энергией образованиявещества (энтальпия).

Пар нельзя сравнивать с идеальным газом. Его давление приповышении температуры растет быстрее из-за повышения плотности. Концентрациячастиц в неизменном объеме возрастает.

Эти особенности свойств водяного паранеобходимо учитывать при расчетах давления насыщенного водяного пара.

Если видеальном газе возрастает энергия ударов молекул о стенки сосуда, то внасыщенном паре существенно возрастает число ударов за счет увеличенияконцентрации активных частиц.

Плотность насыщенного водяного пара

Плотностью называется отношение массы вещества к его объему.Этот параметр характеризует расстояние между отдельными молекулами. В жидкойфазе они сцепляются между собой, в твердой расположены симметрично относительнодруг друга. В газообразном находятся на произвольном удаленном расстоянии, чемобъясняется отличие плотности водяного пара от плотности воды.

Теперь подробно рассмотрим, какое влияние оказывает наплотность насыщенных водяных паров изменение температуры. Она непостоянна из-заизменения массы газообразной фазы:

  • при повышении температуры она возрастает за счетускорения испарения;
  • при понижении – падает, вода активноконденсируется.

По сути, она должна постоянно меняться, так как частицы водынепрерывно движутся, переходят из одного агрегатного состояния в другое. Но придинамическом равновесии концентрация неизменна: сколько молекул испарится,столько же конденсируется. Показатели устанавливаются экспериментально длякаждой температуры. Их значения сведены в таблицы.

Источник: https://VodaVoMne.ru/svojstva-vody/svojstva-vodyanogo-para

Теплоемкость воды и пара. Определение и применение. Теплофизические свойства водяного пара: плотность, теплоемкость, теплопроводность

Теплофизические свойства водяного пара: плотность, теплоемкость, теплопроводность || Какая температура пара

Вода является одним из самых удивительных веществ. Несмотря на широкое распространение и повсеместное использование, она – настоящая загадка природы.

Являясь одним из соединений кислорода, вода, казалось бы, должна иметь совсем низкими такие характеристики, как и замерзания, теплота парообразования и т. п. Но этого не происходит.

Одна лишь теплоемкость воды, вопреки всему, чрезвычайно высока.

Вода способна поглощать огромное количество тепла, сама при этом практически не нагреваясь – в этом ее физическая особенность. воды выше теплоемкости песка примерно в пять раз, и в десять раз – железа.

Поэтому вода является природным охладителем.

Ее свойство накапливать большое количество энергии позволяет сглаживать колебания температуры на поверхности Земли и регулировать тепловой режим в рамках всей планеты, причем происходит это независимо от времени года.

Это уникальное свойство воды позволяет использовать ее в качестве охлаждающего вещества в промышленности и в быту. К тому же вода является общедоступным и сравнительно дешевым сырьем.

Что же понимается под теплоемкостью? Как известно из курса термодинамики, передача тепла происходит всегда от горячего к холодному телу.

При этом речь идет о переходе определенного количества тепла, а температура обоих тел, являясь характеристикой их состояния, показывает направление этого обмена.

В процессе металлического тела с водой равной массы при одинаковых исходных температурах металл меняет свою температуру в несколько раз больше воды.

Если принять за постулат основное утверждение термодинамики – из двух тел (изолированных от прочих), при теплообмене одно отдает, а другое получает равное количество тепла, то становится ясно, что у металла и воды совершенно разная теплоемкость.

Таким образом, теплоемкость воды (как и любого вещества) – это показатель, характеризующий способность данного вещества отдавать (или получать) какое-то при остывании (нагреве) на единицу температуры.

Удельной теплоемкостью вещества считается количество тепла, требуемое для того, чтобы нагреть единицу этого вещества (1 килограмм) на 1 градус.

Количество тепла, выделяемое или поглощаемое телом, равно произведению величин удельной теплоемкости, массы и разности температур. Измеряется оно в калориях. Одна калория – именно то количество тепла, которого достаточно, чтобы нагреть 1 г воды на 1 градус. Для сравнения: удельная теплоемкость воздуха – 0.24 кал/г ∙°С, алюминия – 0.22, железа – 0.11, ртути – 0.03.

Теплоемкость воды не является константой. С ростом температуры от 0 до 40 градусов она незначительно снижается (от 1,0074 до 0,9980), тогда как у всех остальных веществ в процессе нагревания эта характеристика растет. Кроме того, она может понижаться с ростом давления (на глубине).

Как известно, вода имеет три агрегатных состояния – жидкое, твердое (лед) и газообразное (пар). При этом удельная теплоемкость льда примерно в 2 раза ниже, чем у воды. В этом – основное отличие воды от других веществ, величины удельной теплоемкости которых в твердом и расплавленном состоянии не меняются. В чем же тут секрет?

Дело в том, что лед имеет кристаллическую структуру, которая при нагревании разрушается не сразу. Вода содержит небольшие частицы льда, состоящие из нескольких молекул и именуемые ассоциатами.

При нагревании воды часть расходуется на разрушение водородных связей в этих образованиях. Этим и объясняется необычайно высокая теплоемкость воды.

Полностью связи между ее молекулами разрушаются только при переходе воды в пар.

Удельная теплоемкость при температуре 100° С почти не отличается от таковой у льда при 0° С. Это еще раз подтверждает правильность данного объяснения. Теплоемкость пара, как и теплоемкость льда, в настоящее время изучены гораздо лучше, чем воды, в отношении которой ученые до сих пор не пришли к единому мнению.

Энтальпия – это свойство вещества, указывающее количество энергии, которую можно преобразовать в теплоту.

Энтальпия – это термодинамическое свойство вещества, которое указывает уровень энергии, сохраненной в его молекулярной структуре. Это значит, что, хотя вещество может обладать энергией на основании , не всю ее можно преобразовать в теплоту. Часть внутренней энергии всегда остается в веществе и поддерживает его молекулярную структуру.

Часть вещества недоступна, когда его температура приближается к температуре окружающей среды. Следовательно, энтальпия – это количество энергии, которая доступна для преобразования в теплоту при определенной температуре и давлении. Единицы энтальпии – британская тепловая единица или джоуль для энергии и Btu/lbm или Дж/кг для удельной энергии.

Аномальные свойства теплоемкости воды

Теплоемкость воды обладает аномальными свойствами. Оказывается, при повышении температуры воды ее теплоемкость уменьшается, эта динамика сохраняется до 37°C, при дальнейшем увеличении температуры теплоемкость начинает возрастать.

В этом факте заключено одно интересное утверждение. Условно говоря, сама природа в лице Воды определила 37°C как наиболее комфортную температуру для организма человека, при условии, конечно соблюдения всех остальных факторов. При любой динамике изменения температуры окружающей среды температура воды тяготеет к 37°C.

Удельная теплоемкость воды позволяет аккумулировать и сохранять значительное количество тепла.

Удельная теплоемкость воды, это количество теплоты способное аккумулировать вода на единицу веса. Без знания теплоемкости воды и строительных материалов не возможно построить теплый дом.

Теплоемкость воды и строительных конструкций оказывает решающее значение при солнечном отоплении и аккумулировании запаса солнечного тепла, в грунтовом и водяном аккумуляторе.


Удельная теплоемкость различных твердых веществ необходимо учитывать при строительстве теплого дома.
Стандартные значения удельной теплоёмкости применяемых в строительстве дома.
Как определить теплоемкость воды, без знания теплоемкости воды, не возможно, рассчитать системы солнечного отопления дома, теплоемкость воды играет важную роль в решении аккумулирования тепла солнечной энергии.

Без знания теплоемкости воды не возможно рассчитать системы отопления дома, ведь именно большаятеплоемкость водынам позволяет ее использовать в системах отопления и охлаждения.

Система отопления дома, в квартире может быть электрическое, газовое, твердотопливное, закрытая система отопление водой и паром, у пара удельная теплота выше, чем у воды.

Большинство систем отопления частного дома, жилых зданий, паровое или водяное отопление, где теплоемкость воды позволяет снизить затраты на теплоноситель.

Горячая вода и пар теплоноситель для отопления, парообразование воды происходит интенсивно после начала кипения, чем выше давление пара, тем выше температура и теплоемкость.

Удельная теплоемкость воды при 4°С, 4200 кДж/кг °С. Газовое водяное паровое отопление частного дома, водяной пол, какое количество теплоты выделится при остывании если теплоноситель горячая вода.

Для этого нам неоходимо знать, коэффициент теплопередачи, коэффициент температуро проводности воды при работе коэффициент теплопередачи в системах отопления.Частный дом водяное отопление, удельная теплоемкость воды имеет решающее значение, при расчете систем, водяного и парового отопления.

Как проводник тепла идеальная вода, высокий коэффициент теплоотдачи – теплопроводность, объем воды не ограничен из за его дешевезны.

Как рассчитать и измерить, теплоемкость воды, как строить дом, сделать отопление не зная, что такое теплоемкость?При строительстве дома, расчетах систем отопления, основное условие, комфорта жилья, удельная теплоемкость воды и воздуха.

При разной плотности воды кг м3, изменяется теплоемкость, и количество потенциальной энергии теплота.

Тепло в воде передается за счет диффузии, температура воды увеличивается, количество теплоты растет, плотность воды падает, у воды большая удельная теплоемкость, самый распространенный теплоноситель в системах отопления.

Большая теплопроводность, энергетика тепла передается за счет внутреннего трения и сталкивания молекул.Теплоемкость воздуха на порядок ниже, чем у воды, но воздушные системы отопления не утратили своего значения.Внутренняя энергия пара, из-за большой теплоемкости, нашла широкое применение, в народном хозяйстве, получении электроэнергии.

Удельная теплоемкость различных твердых веществ, при 20″С.

Источник: https://chrome-effect.ru/regulirovka/teploemkost-vody-i-para-opredelenie-i-primenenie-teplofizicheskie-svoistva-vodyanogo-para-plotnost/

Теплофизические свойства водяного пара. Теплофизические свойства водяного пара: плотность, теплоемкость, теплопроводность

Теплофизические свойства водяного пара: плотность, теплоемкость, теплопроводность || Какая температура пара

В таблице представлены теплофизические свойства водяного пара на линии насыщения в зависимости от температуры. Свойства пара приведены в таблице в интервале температуры от 0,01 до 370°С.

Каждой температуре соответствует давление, при котором водяной пар находится в состоянии насыщения. Например, при температуре водяного пара 200°С его давление составит величину 1,555 МПа или около 15,3 атм.

Удельная теплоемкость пара, теплопроводность и его увеличиваются по мере роста температуры. Также растет и плотность водяного пара. Водяной пар становится горячим, тяжелым и вязким, с высоким значением удельной теплоемкости, что положительно влияет на выбор пара в качестве теплоносителя в некоторых типах теплообменных аппаратов.

Например, по данным таблицы, удельная теплоемкость водяного пара C p при температуре 20°С равна 1877 Дж/(кг·град), а при нагревании до 370°С теплоемкость пара увеличивается до значения 56520 Дж/(кг·град).

В таблице даны следующие теплофизические свойства водяного пара на линии насыщения:

  • давление пара при указанной температуре p·10 -5, Па;
  • плотность пара ρ″, кг/м 3 ;
  • удельная (массовая) энтальпия h″, кДж/кг;
  • r, кДж/кг;
  • удельная теплоемкость пара C p, кДж/(кг·град);
  • коэффициент теплопроводности λ·10 2, Вт/(м·град);
  • коэффициент температуропроводности a·10 6, м 2 /с;
  • вязкость динамическая μ·10 6, Па·с;
  • вязкость кинематическая ν·10 6, м 2 /с;
  • число Прандтля Pr.

Удельная теплота парообразования, энтальпия, коэффициент температуропроводности и кинематическая вязкость водяного пара при увеличении температуры снижаются. Динамическая вязкость и число Прандтля пара при этом увеличиваются.

Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 2 . Не забудьте разделить на 100! Например, теплопроводность пара при температуре 100°С равна 0,02372 Вт/(м·град).

Теплопроводность водяного пара при высоких температурах

В таблице приведены значения теплопроводности диссоциированного водяного пара в размерности Вт/(м·град) при температурах от 1400 до 6000 K и давлении от 0,1 до 100 атм.

По данным таблицы, теплопроводность водяного пара при высоких температурах заметно увеличивается в области 3000…5000 К. При высоких значениях давления максимум коэффициента теплопроводности достигается при более высоких температурах.

Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара предназначены для расчетов процессов в водяном паре и двухфазных системах пар – вода. Они рассчитываются по формулам, утвержденным Международным комитетом по уравнениям для воды и водяного пара.

Этот комитет утверждает две системы уравнений для расчета термодинамических свойств воды и водяного пара. Одна предназначена для научных расчетов, и по ней, собственно, рассчитаны таблицы свойств воды и пара.

Другая, менее точная, но более простая, предназначена для инженерных расчетов на ЭВМ.

Таблицы для однофазных (вода или перегретый пар) и двухфазных (влажный пар) состояний различаются. Однофазное состояние однозначно определяется двумя независимыми параметрами, поэтому таблицы термодинамических свойств воды и перегретого пара имеют два аргумента – давление и температуру. Ниже приводится часть такой таблицы (табл. 5.1).

Для каждого приведенного в табл. 5.1 давления р в диапазоне 1 кПа – 98 МПа приведены значения удельного объема v, м3/кг, энтальпии /, кДж/кг, и энтропии s, кДж/(кгК), при температурах от О до 800 °С с шагом 10 °С. В шапке таблицы приведены также значения температуры насыщения /н, °С, удельных объемов v” и v”, энтальпий V и /” и энтропий s” и s” для насыщенной воды и сухого

Таблица 5.1

Термодинамические свойства воды и перегретого пара_

р = 0,001 МПа / н = 6,982v” = 0,0010001; v” = 129,208 /” = 29,33; /” = 2513,85“= 0,1060;s” = 8,9756p = 22,0 МПа /„ = 373,68v” = 0,002675; v” = 0,003757 /” = 2007,7;/” = 2192,5s” = 4,2891; s”” = 4,5748
0,001002s0,0001540,0009895
0,0009901
0,002025
0,006843

насыщенного пара соответственно при данном давлении. Данные, расположенные выше жирной черты, относятся к воде, ниже – к перегретому пару.

Состояние равновесия двухфазной системы однозначно описывается единственным независимым параметром, поэтому таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения имеют один аргумент – давление или температуру. Обычно для удобства пользования в справочных пособиях приводятся обе возможные таблицы: одна с аргументом «температура», другая с аргументом «давление». Ниже приводится часть такой таблицы (табл. 5.2).

Таблица 5.2

Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по давлениям)

Обозначения в табл. 5.2 такие же, как в табл. 5.1, теплота фазового превращенияr=i” кДж/кг.

Для инженерных расчетов часто вместо таблиц используется диаграмма /,s водяного пара. Обычно эта диаграмма охватывает область перегретого пара, часть верхней пограничной кривой и область влажного пара со степенью сухости х > 0,6 (рис. 5.10). На диаграмме приведены изобары от 0,001 до 100 МПа и изотермы от 20 до 800 °С, а также изохоры от 0,005 до 80 м 3 /кг.

Для определения по диаграмме всех параметров водяного пара,t, v, /,s, х) необходимо найти на диаграмме точку, соответствующую рассматриваемому состоянию пара. Для этого должны быть заданы два независимых параметра.

Следует помнить, что в состоянии насыщения давление однозначно определяет температуру насыщения и, наоборот, температура определяет давление насыщения.

Поэтому в отличие от области перегретого пара в области влажного пара все параметры могут быть определены, если задана любая пара параметров, кроме пары давление – температура.

На рис. 5.10 показано, как находится положение точки в области перегретого пара по заданным давлению и температуре (т. 7). Если

Рис. 5.10.Определение параметров пара по /”,s-диаграмме

в точке 1 начинается процесс адиабатного расширения до известного давления р2, то положение точки 2 определяется по этому давлению и энтропии 52 = 1-

Для определения по /, s-диаграмме температуры влажного пара, например в т.

2, следует определить эту температуру при том же давлениир 2 и степени сухости х = 1 (точка2″).

Температура в точке2″не отличается от температуры точки2, так как обе они соответствуют состоянию насыщения при одном и том же давлении.

По /, s-диаграмме можно легко определить внешнюю работу, которую совершает пар при адиабатном расширении h = i{- i2, а также теплоту, подводимую в изобарном процессе 2-4.

Эта теплота #2-4 = Ц ~ h не может быть определена как q = cp(t4 – t2), так как на участке 2-2″ температура пара не изменяется, а теплота затрачивается на парообразование. Как будет показано в гл. 6, при дросселировании пара энтальпия не изменяется.

При дросселировании пара от состояния, характеризуемого точкой 7, до давления ръ

положение точки 3 и параметры пара в этом состоянии могут быть найдены по давлению р 3 и энтальпии / 3 = i Y .

Приведенные выше примеры показывают, что использование /, -диаграммы позволяет легко рассчитывать параметры и процессы в водяном паре, хотя и с меньшей точностью, чем при использовании таблиц или специальных баз данных на ЭВМ.

Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара

Для определения параметров состояния воды и водяного пара служат таблицы термодинамических (теплофизических) свойств воды и водяного пара. Современные таблицы составлены с использованием Международной системы единиц СИ. В таблицах приняты следующие обозначения физических величин и их размерности:

p – давление, Па: 1 МПа = 10 3 кПа = 10 6 Па = 10 бар;

Т – температура, К;

t – температура, о С:

v – удельный объем, м 3 /кг;

h – удельная энтальпия, кДж/кг;

s – удельная энтропия, кДж/(кг×град).

В термодинамических расчетах принято параметры (кроме p и t) обозначать для жидкости при температуре насыщения (кипения) индексом “штрих” (v“, h“, s“), для сухого насыщенного пара индексом “два штриха” (v“”, h“”, s“”), а для влажного насыщенного пара индексом “х” (v х, h х, s х). В таблицах приводятся также значения удельной теплоты парообразования r = h“” – h” и разности энтальпии в состоянии насыщения s“” и s“.

Для влажного насыщенного пара (степень сухости 0< x< 1) параметры пара рассчитываются по формулам:

v x = v” + x (v“” – v“); (2.74)

h x = h” + x (h“” – h“) = h” + x×r; (2.75)

s x = s” + x (s“” – s“). (2.76)

Причем, v” < v x < v“”; h” < h x< h“”; s” < s x< s“”.

Для жидкости при t< t н и для перегретого пара при t >t н параметры воды и пара находятся по таблице перегретого пара

При p £ p кр = 22,115 МПа таблица поделена горизонтальной линией на две части: верхняя – для области жидкости; нижняя – для перегретого пара. Граница раздела этих областей проходит при t = t н.

При p >p кр нет видимого фазового перехода воды в пар и вещество остается однородным (жидкость или пар). Условная граница между жидкостью и паром в этом случае может приниматься по критической изотерме.

Внутренняя энергия для воды и водяного пара в таблицах не приводится, она определяется по формуле:

u = hp×v. (2.77)

Если u и h имеют размерность кДж/кг, то давление должно быть выражено в кПа, а удельный объем в м 3 /кг.

Диаграмма h – S(энтальпия – энтропия) находит широкое применение при расчетах паровых процессов и циклов теплоэнергетических установок.

Для практических целей диаграмма hs выполняется не для всех фазовых областей воды, а только для ограниченной области водяного пара (рис. 2.17).

На рабочей диаграмме hsнаносится густая сетка изобар, изохор, изотерм и линий постоянной степени сухости х. Как уже отмечалось, в области влажного насыщенного пара изотерма совпадает с изобарой, причем геометрически это прямые линии. Чем выше давление, тем изобара круче и ближе к оси ординат.

На практике расчету подлежат четыре основных термодинамических процесса изменения состояния воды и водяного пара: изобарный (p = const), изохорный (v = const), изотермический (Т = const), адиабатный (dq = 0). Изображение указанных процессов в диаграммах pv и T– s показано на рис. 2.15 и 2.16.

Состояние влажного насыщенного пара определяется в технике давлением р и степенью сухости х. Точка, изображающая этот состояние, находится на пересечении изобары и линии х= const. Состояние перегретого пара определяется давлением р и температурой t. Точка, изображающая состояние перегретого пара лежит на пересечении соответствующей изобары и изотермы.

Рис. 2.17 Рабочая h–s диаграмма водяного пара

Расчеты основных процессов водяного пара можно проводить как аналитическим, так и графическим методом, с применением hs диаграммы. Аналитический метод сложен из-за громоздкости уравнений состояния водяного пара.

В таблице 2.4 приведены расчетные формулы для определения количества теплоты, работы изменения объема, и изменения внутренней энергии для основных термодинамических процессов.

Таблица 2.4: Расчетные формулы основных термодинамических процессов

Источник: https://tuseti.ru/services/teplofizicheskie-svoistva-vodyanogo-para-teplofizicheskie.html

Теплофизические свойства паров

Теплофизические свойства водяного пара: плотность, теплоемкость, теплопроводность || Какая температура пара

Когда чашка с водой стоит на протяжении долгого времени, то в итоге вся вода попросту в ней испарится. В данной статье мы как раз поговорим о том, почему это происходит, и обсудим свойства паров.

Испарение и конденсация

Молекулы воды при одинаковой температуре движутся с разной скоростью. Конечно же, большинство придерживается единого значения скорости, но у некоторых из них показатели существенно отличаются.

В данных условиях происходит так, что одна из самых быстрых молекул попадает на свободную поверхность воды.

Свободная поверхность воды — это граница, где жидкость соприкасается с воздухом. После попадания туда, у молекулы скорость может преодолеть притяжение других, более медленных, молекул и покинуть саму воду. Этот процесс получил название испарение. Молекулы, которые вылетают из воды, преобразуются в пар. Теперь перейдем к терминологии.

Испарение — преобразование воды в пар. Данный процесс может протекать только лишь на границе с воздухом.

Свойства водяного пара подразумевают и такое, что через некоторый промежуток времени молекула может превратиться снова в воду. Это называется конденсацией.

Конденсация — это явление противоположное испарению.

Динамическое равновесие

Свойства паров разнообразны, и сейчас мы поговорим об одном из таких.

Ранее мы обсудили, что делается, когда молекула покидает жидкость, но пример был приведет с открытой чашкой воды. Теперь же обсудим, что произойдет, если чашка будет плотно закрыта. В этом случае плотность пара над водой станет расти.

Из-за этого частицы будут мешать друг другу покидать границу с воздухом, вследствие этого процесс испарения будет снижаться.

В это же время станет расти скорость конденсации, потому как ввиду скопления пара количество молекул, которые преобразовываются снова в воду, окажется больше.

Рано или поздно в данных обстоятельствах скорость конденсации станет равняться со скоростью испарения. Данные свойства воды и пара получили название — динамическое равновесие.

Динамическое равновесие — это когда за одно и то же время количество молекул, превратившихся в пар, равняется количеству молекул перешедших обратно в воду. Исходя из этого, следует, что объем воды не будет уменьшаться, так же как и количество пара. Это означает, что пар стал «насыщенным».

Насыщенный пар — это когда он пребывает в динамическом равновесии с водой, из которой вышел. Аналогично пар, который не находится в состоянии динамического равновесия, называется ненасыщенным.

Свойства паров подразумевают, что насыщенный пар всегда обладает большим значением давления и плотности, чем ненасыщенный. Это так, потому что у насыщенного пара максимальное значение давления и плотности. В физике данные величины обозначаются, как pн и ρн соответственно.

Свойства насыщенного пара

Из информации выше следует, что состояние насыщенного пара можно описать тем же уравнением, что и состояние идеального газа. Как минимум наблюдается соотношение между плотностью и давлением.

Свойства воды и водяного пара удивительны, как минимум, из-за этого. А данный факт, о схожести насыщенного пара с идеальным газом, был проверен экспериментальным путем. Поражает это потому, что свойства паров значительно отличаются от свойств идеальных газов. Стоит перечислить главные их отличия.

Зависимость плотности от температуры

Стоит изначально сделать ремарку и сказать, что употребляя слово «пар», подразумевается именно «насыщенный пар». Итак, теплофизические свойства пара подразумевают то, что его плотность при одной и той же температуре не зависит от объема.

Таким образом, если создать искусственное давление в герметичном сосуде, то плотность пара увеличится на какое-то время. А также ускорится конденсация и в разы превысит процесс испарения. Так будет продолжаться до того, как не случится динамическое равновесие.

С его наступлением плотность снова нормализуется.

То же самое произойдет, если понизить давление, только место увеличения плотности пара будет происходить его уменьшение. Происходит это ввиду ускорения испарения. Но протекать данный процесс будет до полной нормализации всех процессов.

А также объем пара никаким образом не оказывает влияние на его давление. Это так, потому что объем не влияет и на плотность. А по формуле плотность и давление – взаимные величины в данном случае. Из этого и вытекает данное суждение.

Влияние температуры на плотность

Теплофизические свойства воды, пара еще подразумевают то, что при одном и том же объеме воды ее плотность при нагреве увеличивается, а при понижении температуры, наоборот, понижается.

Когда температура возрастает, процесс испарения увеличивается в разы. И как в прошлом примере, динамическое равновесие нарушается, ввиду избыточного испарения, но только на некоторое время. Рано или поздно процессы испарения и конденсации снова нормализуются.

Аналогично происходит и при падении температуры. Только в этом случае снизится скорость испарения, а конденсация будет протекать до того времени, пока не наступит баланс между ними. Но, конечно же, это происходит с горазда меньшей численностью пара.

Исходя из этого, можно заявить, что закон Шарля с насыщенным паром не работает. Так это, потому что при нагреве и охлаждении воды ее масса изменяется, а это, в свою очередь, означает, что функция не линейна.

Зависимость давления от температуры

Продолжая данную тему, стоит упомянуть о еще одной зависимости. Дело в том, что при увеличении температуры, давление пара увеличивается в несколько раз быстрее. На самом деле данная зависимость наблюдается с плотностью, но данный вывод сделан из того, что плотность и давление – взаимосвязанные значения в представленной формуле.

Зависимость давления от температуры не можно выделить из закона идеального газа, так как представленная зависимость экспоненциальна.

Влажность воздуха

Пришло время поговорить о влажности воздуха. Воздух зовется влажным, когда он содержит пар. И ясное дело, что зависимость эта прямо пропорциональна. То есть, чем пара больше, тем влажней воздух.

Также существует понятие «абсолютная влажность» — это такое явление, когда создаваемое давление в воздухе равно давлению пара. Еще это явление работает и с плотностью пара.

Относительной влажностью называют отношение абсолютной влажности в воздухе к давлению насыщенного пара, при условии, что температура одна и та же.

Психрометр — это прибор для измерения влажности воздуха. Он состоит из двух термометров, только один из них окутан влажной тканью.

Принцип его работы заключается в том, что при низкой влажности испарение из ткани протекает быстрей, из-за чего окутанный термометр значительней охлаждается.

Ввиду этого появляется разность в показаниях между двумя приборами. Исходя из этого, уже вычисляют саму влажность воздуха.

Источник: https://FB.ru/article/273657/teplofizicheskie-svoystva-parov

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.