Описание экспериментальной установки и методики измерений

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ

ТЕМПЕРАТУРЫ НАСЫЩЕНИЯ ВОДЫ ОТ ДАВЛЕНИЯ

Методические указания к выполнению

Лабораторной работы по курсу

«Техническая термодинамика»

(спец. 140100.62),

Архангельск

Цель работы

Целью работы является экспериментальное исследование зависимости температуры насыщения воды от давления, получение эмпирического уравнения, описывающего кривую насыщения и сравнение его с табличными данными.

Основные теоретические положения

Процесс преобразования жидкости в пар называется парообразованием. Парообразование можно осуществить двумя различными по интенсивности и характеру протекания способами: испарением и кипением.

Для теплоэнергетике и паротехники практическое значение имеет второй способ, реализующийся в испарителях и паровых котлах. Как известно, при подводе тепла к жидкости её температура повышается, и при достижении определенной (при заданном значении ) температуры процесс парообразования происходит во всей массе жидкости с образованием большого числа пузырей. Кипение заключается в испарении жидкости внутрь паровых пузырьков, образующихся в её объеме при определенных условиях, увеличении их размера, отрыва от поверхности нагрева и последующего транспортирования пара к границе раздела фаз. Состояние динамического равновесия между жидкостью и образовавшимся из нее паром называется состоянием насыщения.

Температурой насыщения (кипения) называется температура, при которой давление насыщенного пара жидкости равно внешнему давлению, под которым она находится. Величина зависит от физических свойств и давления жидкости. С повышением давления всех жидкостей возрастает. Функциональная связь между температурой и давлением насыщения называется кривой насыщения жидкости или кривой упругости пара (рис.1). Как видно из рисунка, предельными точками кривой насыщения являются тройная и критическая точки вещества.

Для воды предложен ряд эмпирических зависимостей, связывающих и . Так в диапазоне Па для приближенных расчетов можно использовать формулу Рауша:

( ). (1)

Аналитическая связь давления и температуры насыщения определяется дифференциальным уравнением Клайперона-Клаузиуса [1,2]

, (2)

где - теплота фазного перехода (парообразования), Дж/кг, и - удельные объемы соответственно сухого насыщенного пара и кипящей жидкости, м³/кг.

Получить общее решение уравнения (2) относительно не удается, т.к. для этого необходимо знать зависимость , , от температуры (давления), и они очень сложны и заранее обычно неизвестны. Поэтому для выяснения характера кривой насыщения в ряде случаев прибегают к определенным допущениям и упрощениям: 1) не зависит от температуры в некотором диапазоне изменения или задается ее связь с температурой в виде полинома n-ой степени:

;

2) , поэтому ;

3) выражается через параметры состояния и по уравнению Клайперона:

.

Тогда уравнение можно записать следующим образом:

. (3)

Разделяя переменные и интегрируя, получим уравнение кривой насыщения:

(4)

или

(5)

Если принять , зависимость (5) будет иметь более простой вид (рис.2):

. (6)

Такое представление кривой насыщения является очень наглядным и широко распространенным при проведении экспериментальных термодинамических исследований реальных газов и паров.

Описание экспериментальной установки и методики измерений

Экспериментальная установка (рис.3) состоит из сосуда 3, заполненного водой, с расположенным в нем электрическим нагревателем 5. Сосуд может сообщаться с атмосферой

с помощью пробки 6. Измерение давления и температуры производится соответственно манометром 4 и термометром 5. Изменение давления в сосуде осуществляется автотрансформатором 4 в режиме нагревания или в режиме охлаждения при отключении прибора от электросети после достижения предельно допустимого давления.

При проведении работы придерживаются следующей последовательности. При открытом кране 6 включают электронагреватель и доводят воду в сосуде до состояния кипения. После пропаривания прибора (удаления из его рабочей полости воздуха) закрывают пробку. Далее включают электронагреватель и в режиме нагрева повышают избыточное давление пара в сосуде до 2,5…3 кгс/см², затем отключают прибор от электросети. Замеры проводят в режиме охлаждения установки. При достижении соответствующего избыточного давления в сосуде, фиксируют температуру парообразования. Аналогичным образом проводят опыт при других значениях . Результаты измерений (не менее 8…10) заносят в таблицу I приложения.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: