증기 품질

열역학에서 증기 품질은 증기인 포화 혼합물의 질량 분율이다.^[1] 즉, 포화 증기는 100%의 '품질', 포화 액체는 0%의 '품질'을 갖는다. 증기 품질은 열역학 시스템의 작동 유체의 열역학 상태를 지정하기 위해 다른 독립적인 집중적 특성과 함께 사용할 수 있는 집약적 특성이다. 포화 혼합물이 아닌 물질(예: 압축 액체 또는 과열 유체)에는 의미가 없다. 증기 품질은 다양한 열역학 사이클(Organic Lankine cycle, Lankine cycle 등)에서 단열 팽창 단계 동안 중요한 수량이다. 작동 유체는 팽창 단계 동안 증기에 있는 물방울의 외관을 이용하여 분류할 수 있다.

품질 $\chi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \chi}$은(는) 증기의 질량을 총 혼합물의 질량으로 나누어 계산할 수 있다$$.

${\displaystyle \chi ={\frac {m_{\text{total}}}{m_{\text{total}}}}}$

$여기$서 m ${\displaystyle m}$은 질량을 나타낸다$$.

화학 공학자들이 사용하는 또 다른 정의는 유체의 품질 (q)을 포화 액체인 분수로 정의한다.^[2] 이 정의에 따르면, 포화 증기는 q = 0을 가지고 있다. 포화 액체는 q = 1을 가지고 있다.^[3]

다른 정의는 '평형 열역학 품질'이다. 단성분 혼합물(예: 증기가 있는 물)에만 사용할 수 있으며, 값 < 0 (과냉각 유체의 경우)과 > 1 (과열 증기의 경우)을 취할 수 있다.

${\displaystyle \chi_{eq}={\frac {h-h_{f}}{h_{fg}}}}}$

여기서 h는 혼합물 고유 엔탈피로, 다음과 같이 정의된다.

${\displaystyle h={\frac {m_{f}\cdot h_{f}+m_{g}\cdot h_{g}}{m_{f}+m_{g}}}}.}$

첨자 f와 g는 각각 포화 액체와 포화 가스를 가리키며 fg는 기화를 가리킨다.^[4]

계산

증기 품질에 대한 위의 표현은 다음과 같이 표현할 수 있다.

${\displaystyle \chi ={\frac {y-y_{f}}{y_{g}-y_{f}}}}}}}$

여기서 $y{\displaystyle }$ ${\displaystyle y}$은(는) 특정 엔탈피, 특정 엔트로피, 특정 볼륨 또는 특정 내부 에너지 중 하나와 동일하며 $y{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle f_{}}$ ${\$는 포화 액체 상태의 특정 속성의 $값$이고 y ${\displaystyle g_{}}$- ${\displaystyle {}_{}}$ - ${\displaystyle y_{}}$ ${\$는 물질의 특정 속성의 값이다$$. $돔{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {존}_{}}$에서는$$액체 y f {\$displaystyle$y_$${$f{\displaystyle {}_{}}$}와$$증기 y g {\displaystyle $y_{g}$를 모두 찾을 수 있다$.$

같은 개념의 또 다른 표현은 다음과 같다.

${\displaystyle \chi ={\frac {m_{v}}{m_{l}+m_{v}}}}}}}}}}$

여기서 $m{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle v_{}}$ ${\$은(는) 증기 질량이고 $m{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle l_{}}$ ${\$은(는) 액체 질량이다.

증기 품질 및 작업

증기 품질 아이디어의 기원은 열역학에서 유래되었는데, 여기서 중요한 적용은 증기 엔진이었다. 낮은 품질의 증기는 높은 수분 비율을 포함하므로 구성 요소를 더 쉽게 손상시킬 수 있다.^{[citation needed]} 고품질의 증기는 증기 기관을 부식시키지 않을 것이다. 증기 엔진은 수증기(스팀)를 사용하여 피스톤이나 터빈을 밀어내고 그 움직임이 일을 만든다. 정량적으로 기술된 증기 품질(증기 건조)은 포화수/증기 혼합물에서 포화수증기의 비율이다. 즉, 증기 품질 0은 물 100%를, 증기 품질 1은 수증기 100%를 나타낸다.

증기 휘파람을 부는 증기의 품질은 가변적이며 주파수에 영향을 미칠 수 있다. 증기 품질은 음속을 결정하는데, 이는 액체 단계의 관성으로 인해 건조도가 감소하면서 감소한다. 또한 특정 온도에 대한 특정 증기의 부피는 건조함이 감소하면서 감소한다.^[5][6]

증기 품질은 증기의 엔탈피(기체 상태)가 물의 엔탈피(액체 상태)보다 큰 규모의 많은 순서이기 때문에 포화수/스팀 혼합물의 엔탈피를 결정하는 데 매우 유용하다.

참조