ماشین بخار
یک نمودار طرح وار از یک نیروگاه ابتدایی بخار در شکل الف زیر نشان داده شده است. نحوه‌ی کار چنین دستگاهی را می توان با دنبال کردن تغییرات فشار و حجم جرم ثابت کوچکی از آب هنگامی که از چگالنده، از طریق دیگ بخار به داخلاتاقک انبساط می رود و دوباره به چگالنده باز می گردد، دریافت. آب داخل چگالنده در فشاری کمتر از فشار اتمسفر و در دمایی کمتر از نقطه‌ی جوش متعارف قرار دارد. این آب توسط یک تلمبه وارد دیگ بخار می شود که فشار و دمای آن به مراتب بیشتر است. داخل دیگ بخار آب ابتدا تا نقطه ی جوش گرم شده و سپس تبخیر می شود، این دو فرآیند تقریبا در فشار ثابت صورت می گیرند. آن گاه در همان فشار بخار ابر گرم می شود.
شکل الف نیروگاه ابتدایی بخار
سپس به درون یک سیلندر جریان می یابد و در آن جا به طور تقریبا بی دررو در مقابل یک پیستون و یا یک دسته پره های توربین، انبساط پیدا می کند، تا این که فشار و دمای آن کاهش یابد و به فشار و دمای چگالنده برسد. بالاخره در چگالنده در همان دما و فشار اولیه، بخار تقطیر و به آب تبدیل می شود و چرخه کامل می گردد.
نحوه‌ی عمل واقعی ماشین بخار شامل چندین فرآیند است که تحلیل دقیق مسئله را مشکل می سازد. این فرآیندها عبارتند از:
- 1) شتاب و تلاطمی که اختلاف فشار لازم برای جریان بخار از یک قسمت دستگاه به قسمت دیگر ایجاد می کند
- 2) اصطکاک
- 3) رسانش گرما از طریق دیواره ها در طی انبساط بخار
- 4) انتقال گرما در اثر اختلاف دمای بین کوره و دیگ بخار.
یک تقریب مرتبه ی اول برای حل مسئله ماشین بخار با اتخاذ بعضی فرض های ساده ساز امکان پذیر است، گرچه در عمل این فرض ها به هیچ وجه تحقق یافتنی نیستند، لااقل حد بالایی برای بازده چنین دستگاهی به دست می دهند، و چرخه ای تعریف می کنند که به چرخه ی رانکین موسوم است و می توان به کمک آن رفتار واقعی یک ماشین بخار را مورد بحث قرار داد.
شکل ب: نمودار pv ی چرخه‌ی رانکین
در شکل ب سه منحنی همدمای آب در نمودار PV نشان داده شده اند: یکی در
متناظر با دمای چگالنده است، دیگری در
برای دمای دیگ بخار و یک منحنی سوم که در دمای باز هم بالاتر 
قرار دارد. منحنی های خط چین به ترتیب، منحنی های مایع و بخار اشباع شده اند. در چرخه ی رانکین تمام فرآیندها خوش رفتار فرض می شوند، و لذا مشکلات ناشی از شتاب، تلاطم، اصطکاک و اتلاف های گرمایی حذف می گردند. چرخه ی رانکین از نقطه 1، که معرف حالت lb 1 آب مایع اشباع شده در فشار چگالنده است شروع می‌شود و شامل شش فرآیند زیر است:
تراکم بی درروی آب در فشار دیگ بخار (فقط یک تغییر دمای خیلی کوچک در طی این فرآیند انجام می گیرد).
گرم کردن هم فشار آب تا نقطه ی جوش.
تبخیر هم فشار و هم دمای آب و ایجاد بخار اشباع شده.
ابر گرم کردن بخار به طور هم فشار و تبدیل آن به بخار ابر گرم در دمای.
انبساط بی درروی بخار و تبدیل آن به بخار مرطوب.
تراکم هم فشار و هم دمای بخار و تبدیل آن به آب اشباع شده در دمای .در طی فرآیندهای، و گرما 
از یک منبع داغ وارد دستگاه می شود، در صورتی که در طی فرآیند تقطیر 
، گرمای
توسط سیستم به یک منبع که در دمای قرار دارد داده می شود. این فرآیند چگالش باید وجود داشته باشد تا شیستم را به حالت اولیه ی 1 باز گرداند. از آن جا که در طی چگالش آب همیشه گرما دفع می شود، نمی تواند مساوی صفر شود، لذا گرمای ورودی نمی تواند کاملا تبدیل به کار شود.
مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه و تنظیم: فاطمه گودرزی
