Лабораторна робота 4 визначення ступеня сухості вологої насиченОї паРи
Ціль - виробити навички експериментального визначення ступеня сухості вологої водяної пари методом конденсації й теплового балансу.
4.1 Загальні вказівки
Перед виконанням лабораторної роботи вивчите дійсні методичні вказівки, що відповідають поділи роботи [4], підготуйте відповіді на контрольні питання й заготовте бланк звіту.
Для виконання дійсної роботи необхідно знати такі основні положення.
Процес перетворення речовини з рідкого стана в газоподібне називають паротворенням. Паротворення, що відбувається завжди, при будь-якій температурі, із вільної поверхні рідини називається випаром.
Кипіння - це процес паротворення, що протікає тільки при визначеній температурі й не тільки з поверхні рідини, але і з внутрішніх прошарків рідини. Температура кипіння залежить від тиску та фізичних властивостей рідини: чим більше тиск, тим більше температура кипіння. Процес паротворення протікає при постійній температурі, якщо тиск не змінюється.
Перехід із газоподібного стана в рідке є конденсацією, а рідина, отримана при конденсації пару, називають конденсатом. Процес конденсації, так само як і процес паротворення, протікає при постійній температурі, якщо при цьому тиск залишається постійним.
Пар, що стикається з рідиною й знаходиться в термічному з ній рівновазі, називають насиченим (пар при цьому має максимальну щільність). Розрізняють вологий насичений, сухий насичений і перегрітий пар. Суміш сухого пару й високодисперсійних (дрібних) часток рідкої фази, рівномірно розподілених по всій масі пари, - волога насичена пара. Насичена пара, у якоій відсутні високодисперсійні частки рідкої фази, - суха насичена пара. Перегрітою називають пару, що має при даному тиску більш високу температуру, чим суха насичена пара.
Масова частка сухого насиченого пара у вологому - це ступінь сухості (Х), масова частка киплячої рідини у вологому парі - ступінь вологості (1 - Х). Отже, Х = mсп / mвп, для киплячої рідини при температурі насичення Х = 0, а для сухого насиченого пару
Х = 1, для вологого насиченого пару 0 < X < 1. Стан сухого насиченого пару визначається одним параметром, а вологого - двома.
Теплотою паротворення r (питомою) є кількість теплоти, що необхідно затратити на перетворення одиниці маси (1 кг) киплячої рідини в сухий насичений пар. Теплота паротворення визначається тиском або температурою. З зростанням останніх вона змень-шується й у критичній точці дорівнює нулю. Фізичний зміст теплоти паротворення полягає в тому, що вона витрачається на зміну внутрішньої потенційної енергії (ρ) або на роботу дисгрегації (роз'єднання) і на зовнішню роботу розширення
ψ
=
де ρ - внутрішня теплота паротворення;
ψ - зовнішня теплота паротворення.
Отже,
r = ρ + ψ.
4.2 Методика проведення експерименту
Експеримент проведіть на установці, принципова схема якої приведена на рисунку 4.1. Установка складається з термоста-туйованій судини 1, термостійкої судини 2, електричного нагріва-ча 3, термометрів 4 і сполучної трубки 5. Експеримент проведіть в такій послідовності:
1. Налийте в термостатуйовану судину за допомогою мірної судини біля 1000 мл води і щільно закрийте кришку термостата, через кілька хвилин запишіть показання термометра, встанов-леного на термостаті.
2. Поставте скляну судину, заповнену на ½ водою, на нагрівач і включите нагрівач у сіть.
3. Занесіть у таблицю початкову масу і температуру води в термостаті.
4. Коли вода почне кипіти, з'єднаєте скляну судину з термостатом за допомогою трубки 5.
5. По показанню термометра на скляній судині визначте температуру киплячої води і по показанню барометра запишіть атмосферний тиск.
6. При досягненні температури води в термостаті, що перевищує на 40...45…450С початкову температуру, роз’єднайте трубку від термостата та відключите нагрівач від сіті.
7. По різниці маси води в термостаті після досвіду й до нього визначте масу конденсату.
8. При температурі кипіння води в скляній судині визначите ентальпію киплячої рідини й теплоту паротворення по таблиці водяної пари.
9. Всі ці дані занести в таблицю 4.1.
10. Обчислите ступінь сухості вологого пару по формулі (4.5)
Таблиця 4.1 - Результати вимірів і розрахункові дані
|
Атмос-ферний тиск В, бар |
Началь-на маса води m , кг |
Початко-ва темпе- ратура води t1, 0С |
Кінцева темпе-ратура води, t2, 0С |
Темпе-ратура води , що кипіть, tк, oС |
Маса кон-ден-сата, m, кг |
Енталь-пія води, що кипіть, I, кДж/кг |
Тепл. парот-воренняr, кДж/кг
|
Тепло-ємність води, Ср, кДж/(кгК) |
Х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 – термостатуйована судина; 2 - термостійка судина;
3 - електричний нагрівач; 4 - термометри; 5 - сполучна трубка
Рисунок 4.1 - Принципова схема установки