Исследование зависимости давления насыщенного водяного пара от его температуры статическим методом

Цель работы: 1.изучение свойств водяного пара. 2.освоение одной из методик экспериментального исследования процесса парообразования.

Краткие теоретические сведения.

Изучение свойств реальных газов показывает что при определенной для каждого вещества температуре, называемой температурой насыщения t_Н, происходит фазовый переход жидкости в пар (процесс парообразования).Давление о6разующегося в присутствии воды насыщенного пара будет обусловливаться только температурой насыщения. 3авмсимость между давлением насыщенного пара Р_Н .и температурой насыщения t_H называется кривой насыщения. Каждому веществу присуща своя, особая кривая насыщения (рисунок 1).

Рисунок 1 – Кривая насыщения для воды

Любая точка этой кривой соответствует двухфазному состоянию вещества: равновесному сосуществованию кипящей жидкости и сухого насыщенного пара. Над кривой фазового равновесия расположена область жидкой фазы, а ниже – пар. Кривая насыщения оканчивается в критической точке. Выше ее нет четкой границы, где бы вещество распадалось на две одновременно и равновесно сосуществующие фазы.

Аналитически кривая насыщения любого вещества описывается уравнением Клапейрона-Клаузиуса:

;

где    r – теплота парообразования, кДж/кг;

U", U' – удельные объемы соответственно сухого насыщенного пара и. кипящей жидкости, м³/кг;

P_H – давление насыщенного.пара, кIIа;

Т_H - температура насыщения, К.

Различные термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (удельный объем, теплота парообразования, энтальпия и энтропия) являются,подо6но давлению, функциями только одной температуры насыщения. Для различных веществ такие опытные данные приводятся во многих справочниках.

Прямой статический метод исследования кривой насыщения состоит в том, что манометром измеряется давление насыщенного пара, находящегося в равновесии с жидкостью, нагретой в термостате до определенной температуры.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Основным элементом установки -(рисунок 2), оказывающим основное влияние на тепловую инерционность, является толстостенный цилиндрический сосуд, выполненный из стали ХI8Н9Т, в нижнюю часть которого введена гильза для горячего спая 2 термопары, а в верхнюю трубка, для подсоединения манометра. Гильза для тepмопаpы и трубка выполнены из материала XI8Н9Т.

С целью уменьшения . тепловой инерционности цилиндрического сосуда как в период нaгpевa, так и период охлаждения его до исходного состояния нагреватель и холодильник максимально приближены к его наружной поверхности. Существенное развитие наружной поверхности достигнуто за счет создания двухзаходных винтовых углублений, профилированных так, что они образуют ребра оптимального профиля. На базе одного из винтовых. углублений создан винтовой канал 3 герметичной приваркой к торцам ребер полосы 4. 06разованный таким о6paзом винтовой .канал используется для подачи в него охлаждающей жидкости в период остывания установки,. В другое винтовое углубление 5 уложена спираль электронагревателя, изолированная фарфоровыми бусинками. Для уменьшения потери тепла сосуд помещен в кожух с теплоизолирующим материалом. Вода залита в сосуд в таком количестве, чтобы удельный объем двухфазной системы "вода-пар" равнялся точно критическому U_кp, т.е.U_кр=V/G, где V – о6ъем сосуда, м³,.а G – масса воды, кг.

Для о6еспечея строгого дозирования количества жидкости в период заполнения установки в толстостенную трубку, соединяющую . цилиндрический сосуд с манометром, помещена капиллярная трубка 6, что один конец ее выходит за пределы U-образных изгибов, а другой к торцу гайки, крепящей манометр. Капиллярная трубка помещается в внутрь толстостенной перед изготовлением U-образных изгибов.

Давление насыщенного пара измеряется образцовым манометром 7, а соответствующая температура насыщения – хромель-копелевой термопарой 2, спай которой помещается в гильзе, вваренной внутрь главного сосуда.

ТермоЭДС термопары в mv измеряется потенциометром 8.

Рисунок 2 – Схема опытной установки

обработка результатов измерений

Протокол для записи измерений