CHƯƠNG 4. HƠI NƯỚC
Trong công nghiệp hiện đại và giao thông vận tải, các động cơ hơi nước chiếm một vai trò quan trọng. Ví dụ các tuabin hơi trong nhà máy nhiệt điện, các máy hơi nước trong vận tải đường sắt và đường thuỷ. Trong các sinh hoạt cũng được sử dụng rộng rãi như sấy, sưởi, điều hoà khí hậu... Hơi nước còn là chất công tác duy nhất được áp dụng trong nhà máy điện nguyên tử.
Việc hơi nước được ứng dụng rộng rãi là vì hơi nước có những tính ưu việt nổi bật so với những khí thực khác. Hơi nước có ở khắp mọi nơi, rẻ tiền không độc hại và có đủ tính chất nhiệt động cần thiết đối với vai trò một chất môi giới trong các thiết bị nhiệt.
Hơi nước cũng có các tính chất như mọi tính chất khí thực khác mà trước đây trong việc thiết lập phương trình trạng thái của chất khí chúng ta đã nghiên cứu, hơi nước có tính chất khác hẳn khí lý tưởng. Ngay ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường hơi nước đã rất gần với trạng thái bão hoà. Trong các thiết bị nhiệt hơi nước được sử dụng ở áp suất cao, nhiệt độ tương đối thấp nên càng gần với thể lỏng, vì vậy chúng ta không thể bỏ qua thể tích bản thân và lực tương tác giữa các phân tử, nghĩa là đối với hơi nước pv ¹ RT. Hơi nước là khí thực.
Do tính chất nhiệt động rất phức tạp của nước người ta chưa thể nghiên cứu hơi nước bằng lý thuyết mà kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm.
Một trong những phương trình trạng thái đạt độ chính xác cao là phương trình Vucalovic-Nôvikop lập năm 1939:
(4.1)
Trong đó: c, m là các hệ số được xác định bằng thực nghiệm.
Các tác giả khi thiết lập phương trình này đã có xét đến hiện tượng kết hợp và phân ly của các phân tử khí thực. Hiện tượng kết hợp là hiện tượng hai hoặc nhiều phân tử chất khí nối với nhau một cách cơ học thành một chất điểm phức tạp. Còn hiện tượng ngược lại là sự phân ly của các phân tử thì tiến hành ở nhiệt độ cao. Do hiện tượng kết hợp của các phân tử, số phân tử tự do trong chất khí giảm đi, đưa đến việc làm giảm áp suất của chất khí.
Phương trình này hiện nay được áp dụng rất rộng rãi và là cơ sở của việc tính toán hơi nước.
4.1. Các khái niệm cơ bản và các định nghĩa
4.1.1. Sự hoá hơi của nước
Hoá hơi là sự chuyển từ thể lỏng sang thể hơi, được tiến hành bằng hai cách: bay hơi và sôi.
4.1.1.1. Sự bay hơi
- Là quá trình hoá hơi xảy ra trên bề mặt thoáng của chất lỏng.
Đó là quá trình các phân tử có động năng lớn thắng được sức căng của bề mặt bay ra không gian ngoài bề mặt thoáng ở bất kỳ nhiệt độ nào.
Bay hơi làm cho nhiệt độ của chất lỏng giảm xuống, cường độ bay hơi của chất lỏng phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng, nhiệt độ của chất lỏng, phân áp suất của hơi trong không gian phía trên mặt thoáng. Khi nhiệt độ tăng thì cường độ bay hơi của chất lỏng tăng (do tốc độ và động năng của các phân tử tăng, lực tác động tương hỗ giữa chúng giảm).
