واحدها و تعاریف مهندسی بخار جهت خواص مكانیكی و حرارتی مواد تعریف شده است. مشكلات ناشی از تنوع واحدهای مهندسی بخار منجر به تعیین سیستم آحاد بین المللی شده است (SI).
در سیستم SI چندین واحد اصلی پایه تعریف شده و بقیه پارامترها از آن مشتق می شوند.
در سیستم SI واحد طول : متر، كیلوگرم، واحد زمان: ثانیه و واحد دما: كلوین می باشد. سه مورد اول احتیاج به توضیح بیشتر نداشته و در مورد دما متعاقبا صحبت خواهد شد.
جدول 1، 1، 2 نشان دهنده واحدهای دیگر می باشد كه برای افراد با پیش زمینه مهندسی، واحدهای آشنایی می باشند. این مقادیر غالبا با اسم مكتشفین این واحدها نام گذاری شده اند.
جدول 2.1.1
نامگذاری كمیت ها در سیستم واحد SI
بسیاری از واحدهای دیگر كه از واحدهای پایه SI مشتق شده اند و در سیستم های بخار استفاده می شوند، مطابق جدول 2 ،1 ،2 می باشد.
جدول 2.1.2
جدول 2.1.3 پیشوندها ی مورد نیاز را در مضرب دهدهی مختلف
برای پرهیز از استفاده از اعداد بزرگ یا كوچك را برای ما مهیا می سازند:
جدول 2.1.3
جدول اختصارات ویژه در جریان بخار:
جدول 2.1.4
جدول نمادهای مورد استفاده در واحد بخار و مهندسی:
جدول 2.1.5
| مشاهده مطلب در قالب فایل پی دی اف (pdf) |  |
مقیاس دمای بخار بعنوان مشخص كننده تعادل حرارتی استفاده می شود، با این حس كه دو سیستم در تماس با یكدیگر كه در دمای یكسان قرار داشته باشند، تعادل حرارتی هستند.
مقیاس دمای سلسیوس(c0)
این مقیاس غالبا توسط مهندسین استفاده شده و دمای صفر آن برابر دمای انجماد آب می باشد.
مقیاس دمای كلوین(K)
این مقیاس دارای فواصل و پله های مساوی با مقیاس سلسیوس بوده و دمای صفر آن برابر حداقل دمای قابل دسترسی است كه در آن دما تمامی حركات مولكولی و اتمی متوقف می شود. این دما بعنوان صفر مطلق شناخته شده (0 K) و برابر 273.150C – می باشد.
و مقیاس دمای مذكور قابل تبدیل طبق رابطه 1، 1، 2 و شكل1، 1، 2 می باشند.
رابطه 1، 1، 2:
واحد دمای SI كلوین بوده كه بعنوان 1/273.15 دمای ترمودینامیكی نقطه سه گانه آب خالص (C0.010( تعریف می شود. اكثر معادلات ترمودینامیكی احتیاج به استفاده از دمای كلوین دارند، ولی اختلاف دما می تواند بصورت كلوین یا سانتیگراد بیان شود.(از آنجائیكه هر دو واحد دارای فواصل مساوی هستند، اختلاف دمای 1 0C برابر اختلاف دمای 1 0K می باشد).
فشار
واحد SI جهت فشار پاسكال(Pa) می باشد كه بعنوان نیروی اعمالی برابر یك نیوتن در هر مترمربع است (1 N/m2). از آنجائیكه پاسكال واحد كوچكی است، از واحدهای K paو M pa نیز استفاده می شود. احتمالا معروف ترین واحد موجود جهت فشار bar می باشد.یك bar برابر 105 N/m2 و تقریبا یك اتمسفر است.
واحدهای دیگر مورد استفاده جهت فشار 1b/in2 (<Psi)<، kg/cm2 ، atm ، mm Hg و in H2o می باشند.
شكل :2.1.1- مقایسه فشار مطلق و فشار سنج – مقیاس دمای بخار
فشارمطلق(bar a)
این فشار از پایه خلاء كامل اندازه گیری می شود ، بدین معنی كه خلاء كامل دارای فشار 0bar a می باشد.
فشار نسبی(bar g)
این فشار از پایه اتمسفر اندازه گیری می شود. گرچه این مقدار به ارتفاع محل از سطح دریا بستگی دارد ولی عموما با فشار اتمسفر در كنار دریا 1.01325 bar a ( یك اتمسفر) بكار می رود.
فشار بالای اتمسفر مشخص كننده فشار نسبی مثبت بوده و خلا یا فشار منفی به فشار زیر فشار اتمسفر اطلاق می شود. مقدار فشار-1 bar g نزدیك به خلا كامل است.-اختلاف فشار
این پارامتر اختلاف بین دوفشار را نشان می دهد و استفاده از عبارات نسبی یا مطلق در مورد آن لزومی نداشته و هر دو دارای مقدار یكسان می باشند.
چگالی و حجم مخصوص
چگالی ماده p عبارت است از مقدار جرم (m) در واحد حجم (v). حجم مخصوص (vg) عكس چگالی بوده و نشان دهنده مقدار حجم در واحد جرم است.
رابطه 2، 1، 2:
كه در آن:
| ρ | = | چگالی (kg/m³) |
| m | = | جرم (kg) |
| V | = | حجم (m³) |
| vg | = | حجم مخصوص (m³/kg) |
وزن مخصوص عبارت دیگری جهت اندازه گیری چگالی است كه برابر است با نسبت چگالی ماده (ps) به چگالی آب (pw) در فشار اتمسفر و دمای 00 c .
رابطه 2.1.3 :
چگالی آب در این شرایط تقریبا برابر1000kg/m3 است وبنابراین مواد سنگین تر از آب دارای وزن مخصوص بزرگتر از 1 و مواد سبكتر دارای وزن مخصوص كمتر از 1 خواهند بود.
| مشاهده مطلب در قالب فایل پی دی اف (pdf) | |
حرارت، كار و انرژی (بخار)
گاهی اوقات، انرژی با قابلیت كار بیان می شود. انتقال انرژی بصورت مكانیكی نشان دهنده كار است. واحد كار و انرژی در استاندارد SI برابر ژول بوده و معادل 1 N m است.
انرژی كل سیستم با عبارات انرژی داخلی، جنبشی و پتانسیل بیان می شود. دمای یك ماده مستقیما با انرژی داخلی آن مرتبط است (ug) وبستگی به مقدار حركت و تداخل مولكول های ماده دارد.
انرژی خارجی ماده به سرعت و محل ماده مرتبط بوده و با مجموع انرژی های جنبشی و پتانسیل برابر است.
مسافت * نیرو = اندازه كار
انتقال انرژی در اثر تفاوت دما به انرژی حرارتی معروف است. واحد توان در استانداردSI برابر watt بوده و معادل جریان حرارت 1 J/s است.
آنتالپی مخصوص (بخار)
این پارامتر نشان دهنده انرژی كل یك سیال نظیر آب یا بخار بوده و با فشار و دما مرتبط است. واحداندازه گیری پایه ژول (J) می باشد و از آنجائیكه مقدار آن بسیار كوچك است معمولا با واحد كیلوژول (Kj) برابر 1000j بكار می رود.
آنتالپی مخصوص برابر انرژی واحد جرم ماده بوده و معمولا با واحد kj/kg نشان داده می شود.
ظرفیت حرارتی مخصوص
آنتالپی یك سیال تابعی از دما و فشار آن است. وابستگی دمائی با افزایش دما در اثر انتقال حرارت در فشار ثابت مشخص می شود. مقدار ظرفیت حرارتی در فشار ثابت cp برابر تغییر آنتالپی ماده در دمای مشخصی است.
بطور مشابه، انرژی داخلی تابعی از دما و حجم مخصوص است. مقدار ظرفیت حرارتی در حجم ثابت cv برابر تغییر آنتالپی ماده در دمای مشخص وحجم ثابت است.
از آنجائیكه حجم مخصوص مایعات و جامدات نسبتا كوچك است، بجز در فشارهای بسیار بالا، كار انجام گرفته توسط افزایش فشار بسیار ناچیز بوده و می توان گفت: cp »cv
همچنین فرض می شودكه مایعات و جامدات غیر قابل تراكم بوده وبنابراین حجم(و آنتالپی) آنها فقط تابعی از دما است. مقدار ظرفیت حرارتی مخصوص نشان دهنده مقدار انرژی لازم جهت دمای 10c در 1 kg ماده است و در واقع توانائی جذب حرارت در ماده را نشان می دهد.
آب دارای ظرفیت حرارتی بسیار زیاد در مقایسه با بسیاری از مواد دیگر است. (4.19 kj/kg 0c) از این رو آب وبخار می توانند حامل حرارت خوبی بشمار روند.
مقدار انرژی لازم جهت افزایش دما در ماده با معادله 4 ،1 ،2 نشان داده می شود:
معادله4 ، 1 ، 2:
كه در آن:
| Q | = | مقدار انرژی (kJ) |
| m | = | وزن (kg) |
| cp | = | ظرفیت حرارتی مخصوص (kJ/kg°C) |
| ΔT | = | تغییرات دمایی (°C) |
مثال2 ، 1 ، 2:
در نظرداریم تا مقدار2litr آب در فشار اتمسفر از دمای 200c به دمای 700c رسانده شود.انرژی مورد نیاز را محاسبه كنید؟
با توجه به اینكه چگالی آب در فشار اتمسفریك تقریبا برابر :
1000kg/m³یا به عبارت دیگر 1000 لیتردر یك مترمكعب
می باشد بنابراین با توجه به اینكه چگالی یك كیلو در لیتر ( kg/l) خواهد شد
پس دراین فشار مقدار جرم آب نیز برابر 2kg است و ظرفیت حرارتی ویژه در دماهای پایین:
4.19kJ/kg °C
می باشد بنابراین انرژی لازم برابر است با:
Q = 2 kg x 4.19 kJ/kg °C x (70 – 20)°C = 419 kJ
درصورت سرد شدن مجدد آب به دمای 200 c مقدار انرژی منتقل شده به مایع خنك كننده نیز برابر همین مقدار خواهد بود.
| مشاهده مطلب در قالب فایل پی دی اف (pdf) | |
! کپی ممنوع * استفاده از مطالب اين سايت فقط با ذكر نام منبع بلامانع مي باشد * کپی ممنوع !
 |
 |
 |
 |
 |
 |
