Обработка результатов эксперимента

Часть1 – Изотермический процесс

1. Вычислить V , P , T и заполнить таблицу 2.

2. Абсолютное давление в исследуемом объеме равно сумме атмосферного давления (P₁) и избыточного в полости цилиндра (Р₂):

3. Абсолютная температура находится по формуле:

4. Вычислить для каждого шага сжатия N произведение PV.

Данные занести в таблицу 2.

5. Построить график зависимости P = f ( V ).

Таблица 2

Исследование изотермического процесса

Параметр	измерено			вычислено
Параметр	положение штока	избыточное давление	температура процесса	объем камеры	абсолютное давление в камере	температура процесса	PV
N	L, мм	P₂, кПа	t, ⁰C	V, м³	Р, кПа	T, K	-
1
2
3
4
5

график зависимости P = f ( V ) .

Часть 2 – Изохорный процесс

1. Вычислить P , T и заполнить таблицу 3.

2. Вычислить для каждой точки нагрева N отношение P / T. Данные занести в таблицу 3.

3. Построить график зависимости P = f ( T ).

Таблица 3

Исследование изохорного процесса

	измерено		вычислено
Параметр	избыточное давление	температура процесса	абсолютное давление в камере	температура процесса	P/T
N	P₂, кПа	t, ⁰C	Р, Па	T, K	-
1
2
3
4
5

график зависимости P=f(T).

Контрольные вопросы

1. Уравнение Менделеева-Клапейрона.

2. Первый закон термодинамики.

3. Идеальный газ.

4. Изохорный процесс в p-v и T-s координатах.

5. Изохорный процесс. Основные уравнения.

6. Изобарный процесс в p-v и T-s координатах.

7. Изобарный процесс. Основные уравнения.

8. Изотермический процесс в p-v и T-s координатах.

9. Изотермический процесс. Основные уравнения.

10. Адиабатный процесс в p-v и T-s координатах.

11. Адиабатный процесс. Основные уравнения.

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ КРИВОЙ УПРУГОСТИ

ВОДЯНОГО ПАРА

Цель работы: экспериментальное установление зависимости абсолютного давления насыщенного водяного пара от его температуры в процессе парообразования; ознакомление с методом определения теплоты парообразования водяного пара на основании экспериментально полученной упругости .

Теоретическая часть

Процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием.

Процесс кипения заключается в том, что если к жидкости подводить теплоту, то при некоторой температуре, зависящей от физических свойств жидкости и давления, наступает процесс парообразования как на свободной поверхности жидкости, так и внутри ее.

Пар, соприкасающийся с жидкостью и находящийся с ней в термическом равновесии, называется насыщенным. С изменением температуры жидкости равновесие нарушается, вызывая соответствующее изменение плотности и давления насыщенного пара.

Насыщенный пар, в котором отсутствуют взвешенные мельчайшие частицы жидкой фазы, называется сухим насыщенным паром. Состояние сухого насыщенного пара определяется только одним параметром - давлением или удельным объемом, или температурой. Насыщенный пар, в котором содержатся взвешенные высокодисперсные частицы жидкой фазы, равномерно распределенные по всей массе пара, называется влажным насыщенным паром.

Отношение массы сухого насыщенного пара к суммарной массе влажного насыщенного пара (пар+жидкость) обозначается и называется степенью сухости пара или паросодержанием.

Если сухому насыщенному пару сообщить некоторое количество теплоты при постоянном давлении, то температура его будет возрастать. Пар, получаемый в этом процессе, называется перегретым. Он по своим физическим свойствам приближается к газу и тем ближе, чем выше степень перегрева.

Фазовая диаграмма воды представляет собой график зависимости удельных объемов воды и пара от давления (рисунок 1). Кривая АЕ выражает зависимость удельного объема воды от давления при температуре 0 °С. Так как вода − вещество почти несжимаемое, то кривая АЕ почти параллельна оси ординат. Если при постоянном давлении сообщить воде теплоту, то ее температура будет повышаться (линия вода закипает (точка А^/). В случае дальнейшего подвода теплоты при постоянном давлении начинается процесс парообразования. В момент окончания парообразования в точке В^/ пар будет сухим насыщенным. Процесс парообразования А^/В^/ является одновременно изобарным и изотермическим.

Рисунок 1 График зависимости давления от удельных объемов воды и пара

Кривая АК − нижняя пограничная кривая ( =0) − это геометрическое место точек, отображающих состояние кипящей жидкости при различных давлениях.

Кривая КВ − верхняя пограничная кривая ( =1) − это геометрическое место точек, отображающих состояние сухого насыщенного пара при различных давлениях; обе кривые делят диаграмму на три части. Влево от кривой АК располагается область жидкости. Между кривыми АК и КВ располагается двухфазная система, состоящая из смеси воды и сухого пара. Вправо от КВ и вверх от точки К − располагается область перегретого пара. К − критическая точка. Количество теплоты, затраченное на парообразование 1 кг воды при температуре кипения до сухого насыщенного пара, называется удельной теплотой парообразования. Удельная теплота парообразования расходуется на изменение внутренней энергии ( ) и на внешнюю работу расширения . Теплота парообразования: , Дж/кг.

Величина – внутренняя, а – внешняя теплота парообразования.

Переход вещества с заданным давлением из жидкой фазы в газообразную происходит при определенной температуре , называемой температурой насыщения, и осуществляется за счет подвода теплоты парообразования r. Очевидно, что каждое равновесное состояние фаз «жидкость-пар» изобразится точкой фазовой -диаграммы, а кривая, соединяющая такие точки, представляет зависимость и называется кривой фазового равновесия.

Фазовая диаграмма водяного пара приведена на рисунке 2. На ней изображена соответствующая кривая фазового равновесия − так называемая кривая упругости.

Точки, лежащие на кривой фазового равновесия, соответствуют двухфазной системе «жидкость-пар». Точки, лежащие на -диаграмме по обе стороны от кривой упругости, соответствуют однородным состояниям вещества, т.е. отдельным фазам.

Кривая фазового равновесия, как видно из рисунка 2, начинается в «тройной точке», где достигается равновесное состояние трех фаз − жидкость, твердое тело, пар, и заканчивается в критической точке , для которой плотность жидкой и газообразной фаз одинаковы.

Параметры критической точки определяются значениями критического давления − наибольшего давления, при котором возможно существование двухфазной системы «жидкость-пар», и критической температуры − наивысшей температуры, при которой возможно существование жидкой фазы. При давлениях, превосходящих , переход из жидкого состояния в газообразное отсутствует, поскольку при таких давлениях нет принципиального различия между жидкостью и газом.

В технической термодинамике ко всяким изменениям агрегатного состояния химически однородных веществ (сублимация, плавление, конденсация) применимо уравнение Клайперона-Клаузиуса, которое для процесса парообразования имеет вид:

, (1)

где – теплота парообразования, кДж/кг;

– температура фазового перехода (для процесса парообразования − температура насыщения), К;

– абсолютное давление насыщенного водяного пара, кПа;

– удельные объемы находящихся в равновесии фаз (для процесса парообразования – удельные объемы сухого насыщенного пара и кипящей воды) м³/кг;

– производная от давления по температуре, взятая на кривой фазового перехода или кривой упругости, кПа/К.

Рисунок 2 Кривая упругости водяного пара

Входящие в формулу (1) абсолютное давление и температура вычисляются по формулам:

, (2)

, (3)

где , – соответственно, барометрическое и вакуумметрическое давления, кПа;

– температура насыщения, °С.

Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 75; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!