Лабораторна робота №2

Дослідження кривої пружності водяної пари при малих тисках.

Мета роботи: І/ експериментально встановити залежність абсолютного тиску насиченої водяної пари P_H від її температури T_H У процесі пароутворення; 2/ ознайомитися з методом визначення теплоти пароутворення водяної пари r на підста­ві експериментально одержаної кривої пружності.

1.Теоретичні відомості.

1.1. Водяна пара є найбільш поширеним реальним робочим тілом, яке застосовується у різних галузях науки й техніки. Для успішного вирішення інженерних завдань, пов'язаних з процесами випарювання, кон денсації та теплообміну, а також з роботою парових турбін теплових і атомних електростанцій, необхідно знати основні параметри води та водяної пари в будь-яких станах.

В одяна пара одержується в процесі пароутворення, тобто фазового переходу речовини з рідкої фази у газоподібну.

1.2. Перехід речовин із заданим тиском P_H з рідкої фази у газо подібну відбувається, як відомо, за певної температури Т_H , що нази вається температурою насичення, та здійснюється за рахунок підведення теплоти пароутворення r . Очевидно, що кожний рівноважний стан фаз "рідина - пара" відобразиться точкою фазової рТ -діаграми, а крива, що з'єднує такі точки,являє собою залежність P_H =f(Т_H ) на зивається кривою фазової рівноваги.

Ф азова діаграма водяної парк зображена на рис.І; на ній накреслено відповідну кри ву фазової рівноваги - так звану криву пружності.

. Точки, що лежать на кри вій фазової рівноваги, відпо відають двофазовій системі "рідина - пара". Точки, що лежать на рТ-діаграмі по обидва боки від кривої пруж ності, відповідають однорід ним фазам речовини..

Крива фазової рівноваги, як видно з рис.І, починається у "потрій ній точці", де досягається рівноважний стан трьох фаз - рідина, тверде тіло, пара, і закінчується у критичній точці К , для якої густини рідкої та газоподібної фаз однакові.

Параметри критичної точки визначаються значеннями критичного тис ку: р_А - найбільшого тиску, за якого можливе існування двофазної.системи "рідина - пара" та критичної температурі Т_К - найьищої температури, за якої можливе існузаиня рідкої фази.

При тисках, що перевищують P_К , перехід із рідкої фази у газо подібну відсутній, оскільки за таких тисків немає принципової різниці між рідиною та газом.

1.3.Утехнічній термодинаміці до всіляких змін агрегатного ста ну хімічних однорідних речовин /сублімація, плавлення, конденсація/ можна застосувати рівняння Клайперона.--- Клаузіуса, яке для процесу пароутворення має вигляд

де r - теплота пароутворення_г кДж/кг; Т_H - температура фазового переходу /для процесу пароутворення - температура насичення/, К; V”,V’ - питомі об'єми фаз,що знаходяться у рівновазі /для процесу пароутворення - питомі об'ємии сухої насиченої пари та киплячої води/м³/кг , P_H - абсолютний тиск насиченої всдяної пари, кПа;

Абсолютні тиск P_H і Т_H температура обчислюються за формулами

де Р_бак ,Р_вак – тиск відповідно барометричний і вакуумметричний; t_H – температура насичення, ⁰С.

Аналізуючи вирази /1/-/3/, дістанемо висновку:

І/ щоб знайти теплоту пароутворення, треба вміти користуватися табтацями теплофізичних властивостей води та водяної пари і знати фа зові діаграми рV, Т_s, h_s;

2/ вказані залежності визначають величини Р_бак ,Р_вак , t_H , які необхідно вимірювати при проведенні експериментів.

2. Опис лабораторної установки

2,1, Схема установки для дослідження процесу утворення водяної пари при тисках, менших або таких, шр дорівнюють атмосферному /баро-V5етричному/, зображена на рис_о£. Основні елементи установки: посудина з водою І, до днища якої закріплено електронагрівач 2; регулюючий вен­тиль ротаметра II, зв*язакий з атмосферою; водоструминний зжектор 10; лабораторний трансформатор 8, що служить для зміни напруги еяактрично-го струму, який подається на спіраль електронагрівача; значення на пруги на електронагрівачі фіксується вольтметром 9

Барометричний тиск Р_бак вимірюється барометром типу БР-52. Розрядження а посудині Р_вак фіксується пружинним вакууметром 4 типу ОБВІ-ІОО /клас точності 2,5/. Температура насиченої пари вимірю ється мідним термометром опору ТСМ-5О третього класу точності 3. Дія термометра опору основана на властивості міді змінюаати свій електричний опір зі зміною температури. Як вторинний пристрій, що працює з термометром опору, використовується прилад А-566 7....

2.2. Працює експериментальна установка таким чином. З допомогою вимикача о усі елементи установки вмикаються до електричної мережі, при цьому засвічується сигнальна лампочка лабораторного стенда 6. Вода, що знаходиться у посудині І, нагрівається до температури кипін ня з допомого електронагрівача 2 потужність якого регулюється тран сформатором 8. Пароповітряна суміш відсмоктується з посудини водо струминним ежектором 10, що працює при подаванні води із водопровід ної мережі. Розрідження, що створюється у посудині, вимірюється ваку умметром 4, Температура насичення у градусах Цельсія висвічується на передній панелі приладу А-568. Регулюючий вентиль ротаметра II дозво ляє частково або повністю з'єднати порожнину посудини І з атмосферою і тим самим змінювати у посудині тиск, що відповідає тиску насиченої водяної пари.