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

,

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

.

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 и энтальпии насыщенной жидкости и сухого насыщенного пара как

.

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

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].

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.^[3]

Скорость циркуляции

скорость воды, м/с, при температуре насыщения (плотность кг/м³), соответствующая расходу , кг/с, рабочего тела в канале сечением , м²

Приведённая скорость воды , пара

скорость, которую имела бы фаза, проходя через полное поперечное сечение

Истинные (среднерасходные) скорости пара и воды

, ,

где , м² — площадь сечения, занятая паром.

Относительная скорость пара

разность истинных скоростей пара и воды (, )

Скорость пароводяной смеси

отношение объёмного расхода, м³/с, смеси в трубе к её сечению

Массовое паросодержание

массовая доля расхода пара в потоке при , . Поскольку скорости фаз обычно не равны, при заборе пробы из трубы получается соотношение, не отражающее истинный перенос энтальпии потоком.

Объёмное расходное паросодержание

объёмная доля расхода пара в потоке при . При любом соотношении скоростей

Истинное (напорное) паросодержание

доля сечения трубы, занятого паром: . Эта величина (средняя по высоте) используется при расчёте напора , Па, естественной циркуляции: при высоте системы и плотности воды в опускной трубе

,

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

Примечания

Источники

• Большая техническая энциклопедия, 1927
• Что такое влажный пар?