بخار

ثوران الطور السائل لنافورة كاسل جيزر في منتزه يلوستون

البخار هو بخار ماء ، غالبًا ما يكون مختلطًا بالهواء و /أو رذاذ من قطرات الماء السائل . قد يحدث هذا عن طريق التبخر أو الغليان ، حيث يتم تسخين الماء حتى يصل إلى حرارة التبخر . البخار المحمص أو المشبع غير مرئي؛ ومع ذلك، يُشار غالبًا إلى البخار الرطب ، وهو ضباب مرئي أو رذاذ من قطرات الماء، باسم "البخار". [ 1 ] : 6

عندما يتحول الماء السائل إلى بخار، يزداد حجمه بمقدار 1700 ضعف عند درجة الحرارة والضغط القياسيين ؛ ويمكن تحويل هذا التغير في الحجم إلى طاقة ميكانيكية بواسطة محركات البخار ، مثل محركات المكابس الترددية والتوربينات البخارية . لعبت محركات المكابس البخارية دورًا محوريًا في الثورة الصناعية ، [ 2 ] ويُنتج توليد الطاقة بالبخار اليوم 80% من كهرباء العالم. [ 3 ] إذا لامس الماء السائل سطحًا شديد السخونة أو انخفض ضغطه بسرعة إلى ما دون ضغط بخاره ، فقد يتسبب ذلك في انفجار بخاري .

أنواع البخار والتحويلات

يُنتج البخار تقليديًا بتسخين المرجل عن طريق حرق الفحم وأنواع الوقود الأخرى، ولكن من الممكن أيضًا إنتاجه باستخدام الطاقة الشمسية. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] يُطلق على بخار الماء الذي يحتوي على قطرات ماء اسم "البخار الرطب". عند تسخين البخار الرطب أكثر، تتبخر القطرات، وعند درجة حرارة عالية كافية (تعتمد على الضغط) يتبخر كل الماء ويصبح النظام في حالة توازن بين البخار والسائل . [ 7 ] عندما يصل البخار إلى نقطة التوازن هذه، يُطلق عليه اسم "البخار المشبع".

البخار المحمص أو البخار الحي هو بخار بدرجة حرارة أعلى من درجة غليانه عند نفس الضغط، ولا يحدث ذلك إلا عندما يتبخر كل الماء السائل أو يتم إزالته من النظام. [ 8 ]

تحتوي جداول البخار [ 9 ] على بيانات ديناميكية حرارية للماء/البخار المشبع، ويستخدمها المهندسون والعلماء بكثرة في تصميم وتشغيل المعدات التي تعتمد على دورات ديناميكية حرارية تتضمن البخار. بالإضافة إلى ذلك، قد تكون مخططات الطور الديناميكية الحرارية للماء/البخار، مثل مخطط درجة الحرارة-الإنتروبيا أو مخطط مولير، مفيدة. كما تُستخدم مخططات البخار لتحليل الدورات الديناميكية الحرارية.

الاستخدامات

الزراعة

في الزراعة ، يُستخدم البخار لتعقيم التربة لتجنب استخدام المواد الكيميائية الضارة وزيادة صحة التربة . [ 10 ]

محلي

الماء المغلي ينتج بخارًا في غلاية كهربائية

تُستخدم قدرة البخار على نقل الحرارة في المنازل أيضًا: لطهي الخضراوات، وتنظيف الأقمشة والسجاد والأرضيات بالبخار، ولتدفئة المباني. في كل حالة، يُسخّن الماء في غلاية، وينقل البخار الطاقة إلى الجسم المراد تسخينه. كما يُستخدم البخار في كيّ الملابس لإضافة الرطوبة الكافية مع الحرارة لإزالة التجاعيد وإحداث ثنيات مُحددة.

توليد الكهرباء (والتوليد المشترك)

اعتبارًا من عام 2000،تم توليد حوالي 90% من إجمالي الكهرباء باستخدام البخار كسائل تشغيل ، وكلها تقريبًا بواسطة التوربينات البخارية. [ 11 ]

في توليد الكهرباء، يُكثّف البخار عادةً في نهاية دورة تمدده، ويُعاد إلى المرجل لإعادة استخدامه. أما في التوليد المشترك ، فيُضخ البخار إلى المباني عبر نظام تدفئة مركزية لتوفير الطاقة الحرارية بعد استخدامه في دورة توليد الكهرباء. يُعدّ نظام البخار في مدينة نيويورك أكبر نظام لتوليد البخار في العالم ، حيث يضخ البخار إلى 100 ألف مبنى في مانهاتن من سبع محطات توليد مشترك. [ 12 ]

تخزين الطاقة

قاطرة بخارية بدون نار . على الرغم من التشابه مع الغلاية، لاحظ عدم وجود مدخنة، وكذلك كيف أن الأسطوانات موجودة في نهاية الكابينة، وليس في نهاية المدخنة.

في تطبيقات صناعية أخرى، يُستخدم البخار لتخزين الطاقة ، حيث يُدخل ويُستخرج عن طريق نقل الحرارة، عادةً عبر الأنابيب. يُعد البخار خزانًا ضخمًا للطاقة الحرارية نظرًا لارتفاع حرارة تبخر الماء .

كانت قاطرات البخار عديمة الاحتراق قاطرات تعمل بالبخار المخزن على متنها في خزان كبير يشبه غلاية القاطرة التقليدية. وكان هذا الخزان يُملأ ببخار العمليات الصناعية ، كما هو الحال في العديد من المصانع الكبيرة، مثل مصانع الورق . وكانت القاطرة تستخدم المكابس وقضبان التوصيل في نظام الدفع، كما هو الحال في قاطرات البخار التقليدية. وكانت هذه القاطرات تُستخدم في الغالب في الأماكن التي يُحتمل فيها نشوب حريق من غرفة احتراق الغلاية، ولكنها كانت تُستخدم أيضًا في المصانع التي لديها فائض كبير من البخار.

الجهد الميكانيكي

تستخدم المحركات البخارية والتوربينات البخارية تمدد البخار لدفع مكبس أو توربين لأداء شغل ميكانيكي . وتُعدّ القدرة على إعادة البخار المكثف على شكل ماء سائل إلى المرجل بضغط عالٍ مع استهلاك قليل نسبيًا لطاقة الضخ أمرًا بالغ الأهمية. غالبًا ما يحدث تكثيف البخار إلى ماء عند الطرف ذي الضغط المنخفض للتوربين البخاري، لأن ذلك يزيد من كفاءة الطاقة ، ولكن يجب الحد من ظروف البخار الرطب هذه لتجنب التآكل المفرط لشفرات التوربين. يستخدم المهندسون دورة ديناميكية حرارية مثالية ، وهي دورة رانكين ، لنمذجة سلوك المحركات البخارية. وتُستخدم التوربينات البخارية بكثرة في إنتاج الكهرباء.

تعقيم

يستخدم جهاز التعقيم بالبخار المضغوط في مختبرات علم الأحياء الدقيقة والبيئات المماثلة لأغراض التعقيم .

يمكن استخدام البخار، وخاصة البخار الجاف (شديد التسخين)، للتنظيف المضاد للميكروبات حتى الوصول إلى مستويات التعقيم. البخار عامل مضاد للميكروبات غير سام. [ 13 ] [ 14 ]

البخار في الأنابيب

يُستخدم البخار في أنابيب خطوط المرافق. كما يُستخدم في تغليف وتغطية الأنابيب للحفاظ على درجة حرارة موحدة في خطوط الأنابيب والأوعية.

العمليات الصناعية

يُستخدم البخار في العديد من الصناعات لقدرته على نقل الحرارة لتحفيز التفاعلات الكيميائية، وتعقيم أو تطهير الأشياء، والحفاظ على درجات حرارة ثابتة. في صناعة الأخشاب، يُستخدم البخار في عملية ثني الخشب ، وقتل الحشرات، وزيادة مرونته. كما يُستخدم البخار لتسريع تجفيف الخرسانة، خاصةً في المباني الجاهزة. مع ذلك، يجب توخي الحذر لأن الخرسانة تُنتج حرارة أثناء عملية التصلب، وقد تُؤثر الحرارة الإضافية الناتجة عن البخار سلبًا على عمليات تصلب الخرسانة. في الصناعات الكيميائية والبتروكيميائية ، يُستخدم البخار في عمليات كيميائية متنوعة كمادة متفاعلة. يُنتج تكسير الهيدروكربونات طويلة السلسلة بالبخار هيدروكربونات ذات وزن جزيئي منخفض تُستخدم كوقود أو في تطبيقات كيميائية أخرى. كما تُنتج عملية إعادة تشكيل البخار غاز التخليق أو الهيدروجين .

تنظيف

يُستخدم البخار في تنظيف الألياف والمواد الأخرى، وأحيانًا في تحضيرها للطلاء. كما أنه مفيد في إذابة الشحوم وبقايا الزيوت المتصلبة، لذا فهو مفيد في تنظيف أرضيات المطابخ ومعداتها، ومحركات الاحتراق الداخلي وأجزائها. ومن مزايا استخدام البخار مقارنةً برش الماء الساخن قدرته على العمل في درجات حرارة أعلى، واستهلاكه كمية أقل بكثير من الماء في الدقيقة. [ 15 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. "steam" . قاموس أكسفورد الإنجليزي (  النسخة الإلكترونية). مطبعة جامعة أكسفورد.(يشترط الاشتراك أو عضوية المؤسسة المشاركة .)
  2. هولس، ديفيد هـ: التطور المبكر للمحرك البخاري؛ دار نشر TEE، ليمينغتون سبا، المملكة المتحدة، 1999 ISBN 1-85761-107-1
  3. عرفان، عمير؛ كلايمت واير (3 مارس 2015). "هل يمكن لثاني أكسيد الكربون أن يحل محل البخار لتوليد الطاقة؟" . ساينتفك أمريكان . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 ديسمبر 2025 .
  4. تايلور، روبرت أ.؛ فيلان، باتريك إي.؛ أدريان، رونالد ج.؛ غوناوان، أندريه؛ أوتانيكار، تود ب. (2012). "توصيف توليد البخار الحجمي المُستحث ضوئيًا في الموائع النانوية". المجلة الدولية للعلوم الحرارية . 56 : 1-11 . Bibcode : 2012IJTS...56....1T . doi : 10.1016/j.ijthermalsci.2012.01.012 .
  5. تايلور، روبرت أ.؛ فيلان، باتريك إي.؛ أوتانيكار، تود ب.؛ ووكر، تشاد أ.؛ نغوين، مونيكا؛ تريمبل، ستيفن؛ براشر، رافي (2011). "إمكانية تطبيق الموائع النانوية في جامعات الطاقة الشمسية عالية التدفق" . مجلة الطاقة المتجددة والمستدامة . 3 (2): 023104. doi : 10.1063/1.3571565 . مؤرشف من الأصل في 2 ديسمبر 2022. تم الاسترجاع في 14 يونيو 2022 .
  6. تايلور، روبرت أ.؛ فيلان، باتريك إي.؛ أوتانيكار، تود؛ أدريان، رونالد ج.؛ براشر، رافي س. (2009). "توليد البخار في معلق سائل من الجسيمات النانوية باستخدام ليزر مركز ومستمر" . رسائل الفيزياء التطبيقية . 95 (16): 161907. Bibcode : 2009ApPhL..95p1907T . doi : 10.1063/1.3250174 .
  7. سينغ، ر. بول (2001). مقدمة في هندسة الأغذية . دار النشر الأكاديمية. رقم ISBN 978-0-12-646384-2.
  8. "البخار فائق التسخين" . شركة سبايراكس-ساركو للهندسة . مؤرشف من الأصل في 4 مارس 2007. تم الاطلاع عليه في 23 مارس 2009 .
  9. مالهوترا، أشوك (2012). جداول خصائص البخار: الخصائص الديناميكية الحرارية وخصائص النقل . منصة النشر المستقلة كريت سبيس. رقم ISBN 978-1-479-23026-6.
  10. فان لونين، ماريسكا سي إيه؛ توربيت، يزان؛ مولينز، كريس إي؛ فيلدن، نايجل إي إتش؛ ويلسون، مايكل جيه؛ ليفرت، كارلو؛ سيل، ويندي إي. (1 نوفمبر 2003). "التعقيم بالبخار لفترة قصيرة عند درجة حرارة منخفضة للتربة يقضي على مسببات الأمراض المنقولة بالتربة، والآفات النيماتودية، والأعشاب الضارة" . المجلة الأوروبية لأمراض النبات . 109 (9): 993-1002 . Bibcode : 2003EJPP..109..993V . doi : 10.1023/B:EJPP.0000003830.49949.34 . ISSN 1573-8469 . S2CID 34897804. مؤرشف من الأصل في 12 أبريل 2022 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يونيو 2022 .  
  11. وايزر، ويندل هـ. (2000). "مساهمات مصادر الطاقة في توليد الطاقة الكهربائية" . موارد الطاقة: وجودها، إنتاجها، تحويلها، استخدامها . بيركهاوزر. ص 190. ISBN  978-0-387-98744-6أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 23 يناير 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 فبراير 2016 .
  12. بيفيلهايمر، كارل (10 نوفمبر 2003). "البخار" . جوثام جازيت . مؤرشف من الأصل في 23 يناير 2023. تم الاسترجاع في 14 يونيو 2022 .
  13. منشور براءة الاختراع الأوروبية رقم 2,091,572
  14. سونغ، ليان؛ وو، جيانفينغ؛ شي، تشوانوو (2012). "الأغشية الحيوية على الأسطح البيئية: تقييم فعالية التطهير لنظام بخار مبتكر". المجلة الأمريكية لمكافحة العدوى . 40 (10): 926-930 . doi : 10.1016/j.ajic.2011.11.013 . PMID 22418602 . 
  15. "لماذا البخار؟" . موقع شركة سيوكس . شركة سيوكس. مؤرشف من الأصل في 31 ديسمبر 2017. تم الاطلاع عليه في 24 سبتمبر 2015 .

شعار ويكيفيرسيتييحتوي موقع ويكيفيرسيتي على جداول بخار مع أرقام وشفرة ماتلاب