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 2.1). 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 2.1 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 2.2. 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 2.2, 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:
, (2.1)
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 2.2 Кривая упругости водяного пара
Входящие в формулу (2.1) абсолютное давление и температура вычисляются по формулам:
, 
, (2.2)
где 
, 
– соответственно, барометрическое и вакуумметрическое давления, кПа;
– температура насыщения, °С.
Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 295; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!