گرمایش-بخار

:: زیارت امام رضا(ع) :: سایت اختصاصی افغانستان افغانستان ::

خط مستقیم :

واحد فروش :

051-38472536

 051-38465713  و  38472563-051

دیگ بخار دیگ آبگرم دیگ روغن داغ

تجهیزات استخر

سه شنبه, 26 بهمن 1395 ساعت 09:19

درمورد بخار چه می دانیم اطلاع از دانش و علم بخار و چیست بخار ؟ مطلب ویژه

درمورد بخار چه می دانیم اطلاع از دانش و علم بخار و چیست بخار ؟

به منظور درك بهتر از علم و  دانش بخار، مناسب است كه ساختار مولكولي و اتمي بخار و بدنبال آن آب و يخ شناخته شوند. يك مولكول، كوچكترين عضو تشكيل دهنده ماده است كه مي تواند با حفظ تمامي خواص شيميايي آن ماده وجود داشته باشد.

مولكول ها خود از عناصر كوچك تري بنام اتم تشكيل شده اند كه مشخص كننده عناصر پايه نظيراكسيژن يا هيدروژن هستند. تركيب خاص مولكول ها با يكديگر منجر به تشكيل ماده مركب مي شود.

اين مواد با فرمول هاي شيميايي نظير H2O كه داراي مولكول هايي مركب از 2 اتم هيدروژن و يك اتم اكسيژن مي باشد، نشان داده مي شوند.

از آنجائي كه هيدروژن و اكسيژن در بسياري از تركيبات موجود در كره زمين وجود دارند، آب نيز بسيار در دسترس و ارزان مي باشد.

كربن نيز المان ديگري از مواد است كه در بسياري از تركيبات بنيادي به چشم مي خورد. بسياري از مواد مي توانند در سه حالت جامد، مايع و گاز وجود داشته باشند كه از آن ها بعنوان فاز نام برده مي شود. در مورد H2 O ، فازهاي مختلف با عناوين يخ ، آب و بخار اسم گذاري شده است.

 

-نقطه سه گانه آب چیست؟

 

در فازهاي گاز ، مايع و جامد فقط در يك نقطه ثابت دما و فشار مي توانند با هم در تعادل باشند كه به نقطه سه گانه معروف است.نقطه سه گانه آب كه تمامي فازها در حال تعادل مي باشند، در دماي 273.16K فشار مطلق 0.006112  bar رخ مي دهد.

اين فشار بسيار نزديك به خلاء مطلق است و در صورت كاهش بيشتر فشار در اين دما، يخ مستقيما به بخار تبديل مي شود.

 

-يخ چیست؟

 

در فاز جامد (يخ)، تمامي مولوكول ها در يك شبكه بهم پيوسته قفل شده و فقط ارتعاش مي نمايند. حركت مولكولي در اين فاز، بسيار نزديك به هم بوده و كمتر از اندازه يك مولكول مي باشد. افزايش حرارت باعث افزايش و جداشدن تعدادي از مولكول ها از مولكول هاي مجاور گشته و به دنبال آن تغيير حالت جامد به مايع و عمل ذوب شروع مي شود.

(اين شرايط در دماي صفر درجه و مستقل از فشار است). مقدار انرژي كه باعث شكسته شدن پيوندهاي بين مولكولي و تغيير فاز، بدون افزايش دماي يخ مي گردد به آنتالپي ذوب معروف می باشد.

اين تغيير فاز برگشت پذير بوده و در صورت آزاد شدن همان مقدار انرژي به محيط اطراف، قابل انجام است.

چگالي اكثر مواد در هنگام ذوب كاهش مي يابد ولي در مورد H2O اين امر برعكس بوده، بطوري كه افزايش چگالي آب نسبت به يخ مشاهده مي شود. (دليل شناور ماندن يخ بر روي آب همين مساله مي باشد).

 

-آب

 

در فاز مايع مولكول ها آزادانه حركت كرده ولي همچنان به علت نيروي جاذبه بين مولكولي در فاصله كمي حركت مي نمايند. افزايش حرارت باعث افزايش حركات بين مولكولي و افزايش دما تا دماي جوش مي گردد.

 

-آنتالپي آب، آنتالپي مايع يا گرماي محسوس آب (hr)

 

اين پارامتر ميزان انرژي لازم جهت افزايش دماي آب از ميزان 00c تا دماي جوش مي باشد. در دماي صفر درجه سانتي گراد، آنتالپي آب صفر در نظر گرفته شده و بنابراين تمامي دماهاي ديگر با توجه به اين مرجع سنجيده مي شود.

علت استفاده از واژه گرماي محسوس تغيير دماي محسوس آب با افزايش انرژي مي باشد. در فشار اتمسفريك (0 barg)، در دماي 1000c به جوش آمده و به منظور گرمايش يك كيلوگرم آب صفر درجه تا دماي صد درجه، مقدار 419 kj/kg0c انرژي لازم است.

 

-بخار چیست؟

 با افزايش دماي آب و رسيدن به دماي جوش، برخي از مولكول ها داراي انرژي جنبشي كافي مي گردند، به طوري كه مي توانند به فضاي بالاي سطح مايع فرار كرده و جدا شوند.
 
افزايش حرارت باعث افزايش تعداد مولكول هاي فراري و سپس تشكيل حباب هاي بخار در داخل مايع مي شود كه در سطح آب مي تركند.
 
با در نظر گرفتن ساختار مولكولي، فاز مايع و بخار و فاصله زياد مولكول ها در فاز بخار، ديده مي شود كه چگالي فاز بخار بسيار كمتر از چگالي آب است، بنابراين فضاي بالاي مايع به سرعت از مولكوله اي با چگالي پايين تر انباشته مي شود.
 

وقتي تعداد مولكول هائي كه آب را ترك مي نمايند، از مولكول هائي كه دوباره به آن برمي گردند بيشتر شود، آب بصورت آزاد شروع به تبخير مي نمايد.

 

در اين نقطه آب به دماي جوش يا دماي اشباع خود مي رسد ، چرا كه با انرژي حرارتي اشباع شده است. افزايش بيشتر حرارت با ثابت ماندن فشار، باعث تغيير دماي مضاعف نشده و فقط منجر به تشكيل بخار مي گردد.

 

دماي آب جوش و بخار اشباع در فشار ثابت يكسان بوده، ولي ميزان انرژي واحد جرم در فاز بخار بسيار بيشتر از فاز مايع است. در فشار اتمسفريك دماي اشباع 1000c است.

 

با اين وجود، در صورت افزايش فشار، امكان انتقال در فشار حرارت بيشتر بدون تغيير مايع وجود دارد. بنابراين افزايش فشار باعث آنتالپي مايع و دماي اشباع مي گردد. رابطه بين اشباع و فشار به منحني اشباع بخار معروف است(شكل1 ، 2 ، 2)

 

آب و بخار در هر فشاري روي منحني فوق بصورت مشترك و در شرايط دماي اشباع وجود دارند. بخاري كه در شرايط دمائي بالاتر از اين منحني قرار دارد به بخار سوپرهيت معروف است.

 

-مقدار اختلاف دماي بالاتر از دماي اشباع به درجه سوپرهيت معروف است.

 

-آنتالپي تبخير يا گرماي نهان (hrg)

اين پارامتر مقدار انرژي لازم جهت تغيير فاز آب در حال جوش به بخار مي باشد. در اين فرآيند هيچ گونه افزايش دمايي رخ نداده و تمام انرژي صرف تغيير فاز مي شود. اصطلاح قديمي گرماي نهان بعلت عدم تغيير دما با وجود افزايش انرژي مي باشد، ولي اصطلاح مناسب تر گرماي تبخير است. همانند تغيير فاز يخ به آب، فرآيند تبخير نيز قابل برگشت است. در فرآيند چگالش، ميعان يا كندانس، همان مقدار انرژي كه در توليد بخار صرف شده است به محيط اطراف پس داده مي گردد. اين پديده در هر زمان كه بخار با سطوح سردتري در تماس قرار گيرد، اتفاق مي افتد.

اين مقدار انرژي، انرژي موثر و مفيد بخار در كاربردهاي حرارتي است، زيرا دقيقا ميزاني از انرژي است كه هنگام تبديل بخار به كندانس آزاد مي شود.

-آنتالپي بخار اشباع يا انرژي كل بخار اشباع(hg)

 

اين پارامتر انرژي كل بخار اشباع بوده و به راحتي از مجموع آنتالپي آب و آنتالپي تبخير به دست مي آيد:

 

كه در آن:

آنتالپي (و ديگر خواص) بخار اشباع به راحتي با استفاده از جداول تجربي موجود كه به جداول بخار اشباع معروف است به دست مي آيند.

 

-جدول بخار اشباع

 

جدول بخار اشباع، بيان كننده خواص مختلف بخار در فشارهاي متفاوت است. اين اعداد از آزمايشات واقعي منتج شده اند. جدول 1 ، 2 ، 2 نشان دهنده خواص بخار اشباع در فشار اتمسفريك يا 0 bar g مي باشد.

 

جدول بخار اشباع

 

 

-در مورد بخار فلاش چیست؟

بخار فلاش معمولا در بخار آزاد شده از ونت تانك ها و مخازن كندانس و يا خطوط كندانس خروجي از تله هاي بخار به چشم مي خورد.

اين نوع بخار بدون افزايش حرارت به آب و مستقيما در اثر تقليل فشار آب از فشار بالاتر به پايين تر تشكيل مي گردد (در واقع درصدي از آب به بخار تبديل مي شود) (شكل4 ، 2 ، 2)

 

بخار فلاش

 

يك كيلوگرم كندانس در فشار 5barg و دماي اشباع 1590c را در نظر بگيريد كه از طريق يك تله بخار به اتمسفر يا فشار 0barg تخليه مي شود. مقدار انرژي موجود در يك كيلوگرم كندانس ورودي برابر 671KJ مي باشد(hr). اين مقدار انرژي طبق قانون اول ترموديناميك، برابر مقدار انرژي در قسمت ورودي و خروجي تله بخار (فشار بالا و پايين) ثابت است.

 

بنابراين مقدار انرژي آب خروجي تله نيز 671KJ خواهد بود.

با نگاه به جدول بخار، مقدار انرژي قابل ذخيره در آب با فشار 0barg برابر 419 Kj است و بنابراين مقدار انرژي 671-419=252 kj در خروجي مازاد خواهد بود كه نمي تواند بصورت آب وجود داشته باشد.

اين مقدار انرژي مقداري از كندانس خروجي را تبخير مي نمايد كه به بخار فلاش معروف است و از اين فرآيند با جوشش آب يا فلاشينگ نام برده مي شود.

مقدار بخار فلاش توليدي در فشار ثانويه (p2) با استفاده از معادله 5 ، 2 ، 2 قابل محاسبه است:

 


 

مثال 3 ، 2 ، 2: حالتي كه دماي كندانس فشار بالا بيشتر از دماي كندانس فشار پايين است.

آب با فشار 5barg و داراي 671 kj/kg انرژي حرارتي در دماي اشباع 159 0c مي باشد. درصورت كاهش فشار به فشار اتمسفريك (0barg) آب تنها در دماي 100 0c و با انرژي 419 kj/kg وجود خواهد داشت. تفاوت 252 kj/kg در انرژي حرارتي باعث توليد بخار فلاش در فشار اتمسفر مي گردد.

 

در واقع ميزان بخار فلاش توليدي برابر با نسبت مازاد بر انرژي تبخير فشار ثانويه مي باشد.

 

3-2-بخار سوپرهيت بطور علمی چيست؟

در صورت تماس بخار اشباع توليد شده در ديگ با سطوح دماي بالاتر ، دماي بخار به بالاتر از دماي تبخير افزايش خواهد يافت.

 

به اين بخار، بخار سوپرهيت گفته شده و به تفاوت دماي بخار اشباع ودماي افزايش ياقته بخار درجه سوپرهيت اتلاق مي گردد.

 

سوپرهيت نمودن بخار در صورت وجود آب درون بخار ممكن نبوده و افزايش حرارت موجب تبخير قطرات آب خواهد شد. بمنظور گرمايش مجدد ، بخار اشباع بايد از درون يك مبدل حرارتي عبور نمايد. اين مبدل مي تواند قسمت ثانويه اي در داخل بويلر بوده و يا بصورت سوپرهيت جداگانه باشد. سيال گرم كن نيز مي تواند گازهاي داغ خروجي مشعل بوده و يا اينكه مشعل جداگانه اي تعبيه شود.

بخار سوپرهيت در كاربردهاي خاصي استفاده مي شود ، بعنوان مثال در توربين هاي بخار از بخار سوپرهيت جهت عبور از نازل ها و هدايت به سمت رتور استفاده شده كه منجر به چرخش رتور مي شود. از آنجائيكه انرژي لازم فقط از طريق بخار تامين مي شود ، بنابراين بخار خروجي از رتور داراي انرژي كمتري خواهد بود.

 

در صورتيكه بخار در دماي اشباع باشد ، اين كاهش انرژي منجر به كندانس قسمتي از بخار مي شود.

 

توربين ها داراي طبقات مختلفي هستند، بخار خروجي از اولين قسمت به سمت محور رتور دوم هدايت مي شود در واقع با هدايت بخار در طول طبقات توربين، رطوبت آن افزايش پيدا خواهد نمود. اين شرايط نه تنها باعث ايجاد ضربه چكش خواهد شد، بلكه قطرات آب موجب خوردگي شديد پره هاي توربين مي گردند. راه حل جلوگيري از اين مشكلات، استفاده از بخار سوپر هيت در ورودي توربين و استفاده از انرژي آن جهت چرخش رتور بوده كه در نهايت بصورت بخار تقريبا اشباع از توربين خارج مي شود.

 

علت ديگر استفاده از بخار سوپرهيت در توربين هاي بخار، افزايش راندمان حرارتي مي باشد.

 

بازده ترموديناميكي يك موتور حرارتي نظير توربين، توسط دو تئوري زير قابل محاسبه است:

 

-سيكل كارنو كه در آن تغييرات دماي بخار خروجي و ورودي با دماي ورودي مقايسه مي شود.

 

-سيكل رانكين كه در آن تغييرات انرژي حرارتي بخار ورودي و خروجي با كل انرژي ورودي مقايسه مي شود.

 

 

اطلاعات بیشتر و تکمیلی تر را در مقاله بخار چیست؟ می توانید مشاهده نمایید..

 

بازدید 829 بار

google plus mboiler linkedin mboiler facebook mboiler