Nasycená vs přehřátá pára: Podrobná analýza a často kladené otázky

Pára se může vyskytovat v různých formách v závislosti na teplotě a tlaku. Tento článek pojednává o tématu nasycená vs přehřátá pára.

Nasycená pára je pára, ve které voda existuje v kapalném i plynném stavu, zatímco přehřátá pára je pára, jejíž teplota je nad bodem odpařování.

Co je sytá pára?

Jak bylo diskutováno výše, nasycená pára je stav, kdy plynná a kapalná voda koexistují. Teplota, při které se to stane, se nazývá saturační teplota a tlak, při kterém se to stane, se nazývá saturační tlak.

Když říkáme, že obě fáze vody existují společně, znamená to, že kapalná voda je v přechodném stavu. Kapalná voda se začne přeměňovat na plynné skupenství. Snížíme-li teplotu, částice plynu zkondenzují do kapalného stavu, pokud jej dále zahřejeme, pak se ze syté páry stane přehřátá pára.

Vliv na teplotu nasycení se změnou tlaku

Když změníme tlak v systému, změní se i saturační teplota. Při nižším tlaku je také nižší teplota nasycení. Pokud se například vydáme do vyšších nadmořských výšek, kde je nízký tlak, voda se začne vařit dříve.

Entalpie páry nejprve roste se zvyšujícím se tlakem, po určité době začne s tlakem klesat. Tuto změnu lze znázornit na Mollierově diagramu (probráno v dalších částech).

Co je to přehřátá pára?

Jak bylo uvedeno výše, přehřátá pára nastává, když teplota páry stoupne nad bod odpařování. V tomto stavu páry se všechny kapalné částice mění na plyn.

Entalpie přehřáté páry je pro daný tlak a teplotu mnohem vyšší než entalpie syté páry. Lze to zobrazit na Mollierově diagramu. Mollier diagram je podrobně popsána v další části tohoto článku.

Entalpický-Entropický diagram/ Mollierův diagram

Charakteristiky páry lze zakreslit do hs diagramu, který se také nazývá Mollierův diagram pojmenovaný po Richardu Mollierovi, který diagram nakreslil v roce 1904.

Diagram se skládá ze sady křivek, které představují různé vlastnosti páry. Detaily o křivkách jsou uvedeny níže -

• Vodorovná osa představuje entropii (s).
• Svislá osa představuje entalpii (h).
• Čára AB představuje čáru konstantního tlaku.
• Čára AC představuje čáru konstantní teploty.
• Kopule představuje linii nasycené páry.
• Vnitřní linie (DE) vytvářející podobnou kopuli jsou linie konstantní suché frakce.
• Vrchol křivky nasycených par představuje kritický bod.
• Oblast na levé straně křivky nasycených par je podchlazená oblast.
• Oblast uvnitř křivky nasycených par je nasycená oblast.
• Oblast na pravé straně křivky nasycených par představuje přehřátou oblast.

Všimněte si, že linie konstantního tlaku a linie konstantní teploty jsou rovnoběžné uvnitř kupole nasycené páry.

Podmínky nasycené a přehřáté páry

Pomocí Mollierova diagramu můžeme zjistit podmínky požadované pro nasycené a přehřáté oblasti.

Nejprve najdeme podmínku pro sytou páru. Pro podmínky nasycené páry by měl být podíl suchosti páry mezi 0 a 1. U přehřáté páry by měl být podíl suchosti páry větší než 1.

Ve zkratce,

Pro sytou páru při dané teplotě a tlaku nasycení - 0

Pro přehřátou páru při dané teplotě a tlaku- x>1

Kde x označuje podíl sušiny.

Co je to frakce sušiny?

Sytá pára je směs vody a páry. Pro zjištění množství páry přítomné ve směsi se používá termín sušina.

Tento výraz pomáhá při poskytování přesných údajů o charakteristikách páry. Bez tohoto termínu by do hry vstoupily také vlastnosti vody. Podíl sušiny je množství suché páry přítomné ve směsi voda-pára.

Matematicky,

x = m_{suchý proud}/m_směs

Tento pojem pomáhá při zjištění skutečné entalpie páry a určuje kvalitu páry. Kvalita z hlediska množství páry ve směsi. 100% kvalita znamená, že podíl sušiny je 1 a směs obsahuje pouze suchou páru.

Proč je koeficient přenosu tepla u syté páry vyšší než u přehřáté páry?

Sytá pára je lepší při přenosu tepla než přehřátá pára.

Přehřátý pára je špatný vodič tepla a má nízkou tepelnou vodivost, což znamená, že bude mít nízkou účinnost přenosu tepla. Sytá pára má lepší tepelnou vodivost díky směsi částic kapaliny a plynu. Kapalná voda, která je dobrým vodičem tepla, zvyšuje celkovou účinnost přenosu tepla syté páry.

Z výše uvedených důvodů má sytá pára vyšší přenos tepla účinnější než přehřátá pára.