Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Исследование кривой насыщения влажного пара




Цель работы: изучить pv- и Ts-диаграммы водяного пара, изучить процессы фазового перехода; ознакомиться с понятием теплоты парообразования и ее свойствами; ознакомиться с кривой насыщения и уравнением Клапейрона-Клаузиуса.

 

Задание:

1. Провести опыты по исследованию кривой насыщения воды и водяного пара, т.е. зависимость .

2. На основе результатов измерений рассчитать величину теплоты парообразования r, ее составляющих и , энтальпии hx, внутренней энергии их, энтропии sx при заданной преподавателем температуре .

3. Составить отчет о выполненной работе, который должен содержать: основы теории (кратко), схему экспериментальной установки, таблицу измерений и результаты обработки опытных данных, а также график, выполненный на миллиметровой бумаге.

 

 

Основы теории

Процессы парообразования и конденсации широко распространены в химической технологии. Важной теплофизической характеристикой при расчете процессов перегонки, выпарки, ректификации, кипения и сушки является теплота парообразования r.

Для исследования термодинамических процессов, происходящих с реальными газами, большое значение имеют pv- и Ts-диаграммы (рис. 1 и 2).

Кривые a1b1c1d1, a2b2c2d2… на pv-диаграмме соответствуют процессу расширения вещества при t = const, а кривые ab1c1f1, ab2c2d2… на Ts-диаграмме – процессу нагревания вещества при p = const.

                                   
   
 
 
 
   
   
     
 
       
r= Tн(s”- s’)
       
a
 
 
 
 
   
s’ s” s
   
v’ vx=vкр v”
 
                   
   
f2
 
 
 
   
   
 
 
   
Рис.1. pv – диаграмма водяного Рис.2. Ts – диаграмма пара. водяного пара.

 


На обеих диаграммах точки b1, b2,… соответствуют началу процесса парообразования и образуют нижнюю пограничную кривую – кривую кипящей жидкости (х = 0). На этих же диаграммах в точках с1, c2,… процесс парообразования завершается и данные точки образуют верхнюю пограничную кривую, соответствующую сухому насыщенному пару (х = 1). Точки d1, d2,… (рис. 1) и f1, f2,… (рис. 2) соответствуют состоянию перегретого пара, а точка а – жидкости. Степень сухости:

х = ,

где - масса сухого насыщенного пара;

- масса влажного насыщенного пара;

- масса кипящей жидкости.

Ψ1=pн(v”- v’)
На участках b1c1, b2c2,…, где происходит переход жидкости в пар, в равновесии находятся системы, состоящие из двух фаз (двух агрегатных состояний) – жидкой и парообразной, причем температура и давление этих фаз одинаковы. Участки b1c1, b2c2,… на обеих диаграммах являются одновременно изобарой и изотермой, т.е. переход жидкости в пар совершается при рн = const, tн = const.

Таким образом, на обеих диаграммах можно выделить три характерные области состояний:

· область жидкого состояния – расположена левее кривой кипящей жидкости х = 0, t < tн ;

· область влажного насыщенного пара – двухфазное состояние, где пар и жидкость находятся в равновесии и имеют одинаковые рн и tн. Эта область расположена между пограничными кривыми х = 0 и х = 1, т.е. в этой области 0 < x < 1;

· область перегретого пара – расположена правее кривой сухого насыщенного пара, х = 1 , t>tн при данном давлении.

Переход вещества из одной фазы в другую называется фазовым переходом. Вещества, находящиеся в разных агрегатных состояниях, имеют различные физические свойства. Это различие объясняется характером межмолекулярного взаимодействия.

Количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 кг жидкости для перехода её в пар в изобарно-изотермическом (рн и tн = const) процессе называется теплотой парообразования r, кДж/кг. Она расходуется на работу расширения и на преодоление сил межмолекулярного взаимодействия :

, (1)

где - внешняя составляющая теплоты парообразования, она рассчитывается как

, (2)

где и - удельные объемы кипящей жидкости и сухого насыщенного пара соответственно;

- внутренняя составляющая теплоты парообразования.

На pv-диаграмме (рис. 1), как следует из уравнения (2), величина показана заштрихованной площадкой. На Ts-диаграмме (рис.2) заштрихованной площадкой показана величина теплоты парообразования, которая может быть рассчитана как:

, (3)

где и - энтропия кипящей жидкости и сухого насыщенного пара соответственно, ;

Тн - температура насыщения, К.

Из pv- и Тs-диаграмм видно, что с увеличением давления р точки b1, b2,… на нижней пограничной кривой сближаются с точками с1, с2, …на верхней пограничной кривой и в критической точке они сходятся. Так, для воды критические параметры в точке К имеют следующие значения: ркр. = 22,13 МПа, tкр. = 374,2 °С, vкр. = 0,00326 м3/кг.

Выше критической точки К при p > pкр. и Т > Ткр. двухфазного состояния не наблюдается. Жидкая фаза находится под весьма большим внутренним давлением. Фактором, определяющим интенсивность межмолекулярных взаимодействий, является не давление, а температура. С ростом температуры и давления теплота парообразования r уменьшается, а в критической точке r = 0, и , т.к. в этом состоянии исчезает различие между жидкостью и ее паром и процесс парообразования отсутствует.

Δp
Опытным путем было установлено, что каждому давлению р соответствует определенная температура насыщения tнас. (кипения) данной жидкости, являющаяся одновременно температурой насыщения пара, с которым жидкость находится в равновесии. Кривая зависимости называется кривой насыщения, рис. 3.

q
 
 
Δt
t*н tн   Рис.3. Кривая насыщения
Связь между температурой и давлением насыщения выражается уравнением Клапейрона-Клаузиуса.

, (4)

где , - удельные объемы соответственно жидкости и сухого насыщенного пара на линии насыщения при Тнас. и рнас., м3/кг.

Поскольку > , из уравнения (4) следует, что при фазовом переходе «жидкость-пар» производная всегда больше нуля, т.е. с ростом давления температура насыщения увеличивается.

Уравнение Клапейрона-Клаузиуса (4) имеет важные достоинства. Во-первых, оно устанавливает связь между калорическими и термодинамическими (р, v, Т) параметрами. Во-вторых, дает связь между параметрами жидкого ( , ) и парообразного ( , ) состояний.

Первое из этих достоинств уравнения (4) в данной работе используется для определения теплоты парообразования r по кривой насыщения, полученной по результатам измерения термодинамических параметров рн и tн.

 

 

Проведение опытов

x 1-x
tокр
 
tнас
~220 B
~220 B
Рис.4. Схема экспериментальной установки: 1 – сосуд высокого давления; 2 – спираль электронагревателя; 3 – переключатель электронагревателя; 4 – вентилятор; 5 – переключатель вентилятора; 6 – кожух; 7 – образцовый манометр; 8 – контактный манометр, автоматически отключающий нагреватель по достижении давления 216 бар (55 дел.); 9 – милливольтметр; 10 – дифференциальная термопара.
Экспериментальная установка, рис. 4, представляет собой замкнутый сосуд высокого давления, содержащий такое количество воды, при котором удельный объем vx двухфазной системы «жидкость-пар» (влажного насыщенного пара) равен критическому значению в точке К:

, м3/кг, (5)

где V - внутренний объем сосуда, м3;

т - масса системы «жидкость-пар», кг;

vкр - удельный объем системы в критической точке, м3/кг.

При изохорном (v = vx = const) электрическом нагревании система «жидкость-пар» проходит ряд равновесных двухфазных состояний до критической точки К (на рис. 1 и 2 процесс изображен пунктирными линиями). В опыте измеряются избыточные давления манометром 7. Соответствующие температуры насыщения tн устанавливаются по измеренным значениям э.д.с. дифференциальных термопар.

Порядок работ следующий:

1. Установка включается преподавателем;

2. Измерения начинать по достижении показания манометра 5 делений и далее через каждые 5 делений. Одновременно с показаниями манометра в таблицу 1 записывать показания э.д.с. термопары е, мВ, измеряемые милливольтметром 9.

3. По достижении показаний манометра 50 делений показать результаты преподавателю.

4. Определить температуру окружающей среды tокр и атмосферное давление В. Заполнить таблицу 1.

5. С разрешения преподавателя установку можно отключить.

 


Таблица 1

ризб. рн, МПа е, мВ , °С tокр, °С tн, °С В, мм рт. ст.
делений кгс/см2
             
         
        , °С   Дата и подпись преподавателя:
         
         
         
         
           
         
         

- задается преподавателем каждому студенту индивидуально.

 




Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2019 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных