Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Томский политехнический университет

«Утверждаю»

Зам. директора ЭЛТИ по УР

____________Плотникова И.В.

«____»_______________2009 г.

Лабораторная работа

«Изучение свойств воды

и водяного пара»

ТОМСК

2009

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1. Цель и задачи работы 3

2. Основные сведения о таблицах воды и водяного пара 3

3. Проведение работы 7

4. Требование к отчету 10

5. Контрольные вопросы 10

Список используемой литературы 10

ВВЕДЕНИЕ

Водяной пар, широко используемый в технике в качестве рабочего тела, относится к реальным газам. В реальных газах, в отличие от идеальных, заметно влияние сил взаимодействия между молекулами. Известные уравнения состояния для водяного пара и для воды настолько сложны, что инженерами непосредственно не используются, а в практике инженерных теплотехнических расчетов применяются таблицы и диаграммы воды и водяного пара, составленные по эти уравнениям.

Выполнение настоящей работы позволит студентам научиться определять по таблицам воды и водяного пара их термодинамические параметры.

1. Цель и задачи работы

Целью работы является ознакомление студентов с методикой определения параметров воды и водяного пара (реального газа) по таблицам. При этом решаются следующие задачи:

а) изучаются таблицы воды и водяного пара;

б) определяются параметры реального газа;

в) строится по найденным параметрам t-s диаграмма.

2. Основные сведения о таблицах воды и водяного пара

При подводе теплоты к воде её температура повышается и достигает температуры кипения (насыщения) t_s. Вода при температуре насыщения называется кипящей. При интенсивном подводе теплоты к кипящей воде, как правило, наблюдается бурное парообразование по всему объему жидкости.

Когда последняя капля воды превращается в пар, то весь объём оказывается заполненным только паром. Такой пар называется сухим насыщенным. Двухфазная среда кипящей воды и насыщенного пара называется влажным паром.

Процесс кипения (парообразования) происходит при постоянном давлении (давление насыщения p_s) и при постоянной температуре (температура насыщения t_s). Такой процесс называется изобарно-изотермическим. Массовая доля сухого пара во влажном паре называется степенью сухости пара и обозначается буквой x. При x = 0 в рассматриваемом объеме находится только кипящая вода, а при x = 1 в рассматриваемом объеме находится только сухой насыщенный пар (рис. 1).

При дальнейшем подводе теплоты к сухому насыщенному пару он становится перегретым. Перегрев пара может осуществляться по любому термодинамическому процессу, но в практике наиболее часто процесс перегрева водяного пара осуществляют по изобаре (при p = const).

У воды и водяного пара, как и у любого другого вещества, есть критическое состояние, которое характеризуется критическими параметрами в точке K: температура t_s = t_кр = 374,15 °C; критическое давление p_s = p_кр= 22,129 МПа; удельный объем ν_кр = 0,0326 м³/кг; удельная энтальпия i_кр = 2035,2 кДж/кг; удельная энтропия s_кр = 4,4237 кДж/(кг·К). В этом состоянии исчезает различие в свойствах пара и воды. При температурах выше критической t_кр возможно существование только перегретого пара.

Наименьшим давлением при котором ещё возможно равновесие кипящей воды и насыщенного пара, является давление, соответствующее тройной точке, – то состояние, в котором могут одновременно находиться в равновесии пар, вода и лед.

Для определения параметров воды и водяного пара используют «Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара» [1, 2] включающие в себя три вида таблиц:

1) термодинамические свойства воды и водяного пара (по температурам) в состоянии насыщения (табл. П1);

2) термодинамические свойства воды и водяного пара (по давлениям) в состоянии насыщения (табл. П2);

3) термодинамические свойства воды и перегретого пара (табл. П3).

Рис. 1. Диаграмма t-s воды и водяного пара:

x = 0 – линия кипящей жидкости; x = 1 – линия сухого насыщенного пара; Ж – область недогретой до кипения жидкости; ВП – область влажного пара; ПП – область перегретого пара; К – критическая точка; x – степень сухости пара.

По заданным термическим параметрам (температуре насыщения t_s или давлению насыщения p_s) с помощью первых двух таблиц можно определить термодинамические параметры находящихся на кривой x = 0, обозначаются буквами с одним штрихом. Параметры точек, находящихся на кривой x = 1, обозначаются буквами с двумя штрихами (показано на рис. 1).

По известной степени сухости пара x = const с использованием первых двух таблиц можно рассчитать параметры влажного пара (область «ВП» на рис. 1) по следующим формулам.

Удельный объем ν, м³/кг:

ν = ν^''·x + ν^'·(1– x ).

Удельную энтальпию i, кДж/кг:

i = i^''·x + i^'·(1– x ).

Удельную энтропию s, кДж/(кг·К):

s = s^''·x + s^'·(1– x ).

Третья таблица предназначена для определения параметров недогретой воды и перегретого пара в областях «Ж» и «ПП» (см. рис. 1). В таблице эти области отделены жирной горизонтальной чертой. Параметры состояния воды или перегретого пара определяются по известным значениям давления и температуры. Сокращенный вариант таблицы приведен в табл. П3.