- •Архангельский государственный технический университет
- •3.Описание экспериментальной установки и методики измерений
- •4.Обработка результатов наблюдений
- •Анализ полученных результатов и обсуждение
- •Расчет погрешностей измерений
- •Отчет по работе
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Результаты измерений и расчетов
Министерство образования Российской Федерации
Архангельский государственный технический университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ
ТЕМПЕРАТУРЫ НАСЫЩЕНИЯ ВОДЫ ОТ ДАВЛЕНИЯ
Методические указания к выполнению
лабораторной работы по курсу
«Техническая термодинамика»
(спец. 1007, 1016),
«Техническая термодинамика и теплотехника»
(спец. 2603)
Архангельск
2003
1.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.
2. 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.