Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Томский политехнический университет
«Утверждаю»
Зам. директора ЭЛТИ по УР
____________Плотникова И.В.
«____»_______________2009 г.
Лабораторная работа
«Изучение свойств воды
и водяного пара»
ТОМСК
2009
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
1. Цель и задачи работы 3
2. Основные сведения о таблицах воды и водяного пара 3
3. Проведение работы 7
4. Требование к отчету 10
5. Контрольные вопросы 10
Список используемой литературы 10
ВВЕДЕНИЕ
Водяной пар, широко используемый в технике в качестве рабочего тела, относится к реальным газам. В реальных газах, в отличие от идеальных, заметно влияние сил взаимодействия между молекулами. Известные уравнения состояния для водяного пара и для воды настолько сложны, что инженерами непосредственно не используются, а в практике инженерных теплотехнических расчетов применяются таблицы и диаграммы воды и водяного пара, составленные по эти уравнениям.
Выполнение настоящей работы позволит студентам научиться определять по таблицам воды и водяного пара их термодинамические параметры.
1. Цель и задачи работы
Целью работы является ознакомление студентов с методикой определения параметров воды и водяного пара (реального газа) по таблицам. При этом решаются следующие задачи:
а) изучаются таблицы воды и водяного пара;
б) определяются параметры реального газа;
в) строится по найденным параметрам t-s диаграмма.
2. Основные сведения о таблицах воды и водяного пара
При подводе теплоты к воде её температура повышается и достигает температуры кипения (насыщения) ts. Вода при температуре насыщения называется кипящей. При интенсивном подводе теплоты к кипящей воде, как правило, наблюдается бурное парообразование по всему объему жидкости.
Когда последняя капля воды превращается в пар, то весь объём оказывается заполненным только паром. Такой пар называется сухим насыщенным. Двухфазная среда кипящей воды и насыщенного пара называется влажным паром.
Процесс кипения (парообразования) происходит при постоянном давлении (давление насыщения ps) и при постоянной температуре (температура насыщения ts). Такой процесс называется изобарно-изотермическим. Массовая доля сухого пара во влажном паре называется степенью сухости пара и обозначается буквой x. При x = 0 в рассматриваемом объеме находится только кипящая вода, а при x = 1 в рассматриваемом объеме находится только сухой насыщенный пар (рис. 1).
При дальнейшем подводе теплоты к сухому насыщенному пару он становится перегретым. Перегрев пара может осуществляться по любому термодинамическому процессу, но в практике наиболее часто процесс перегрева водяного пара осуществляют по изобаре (при p = const).
У воды и водяного пара, как и у любого другого вещества, есть критическое состояние, которое характеризуется критическими параметрами в точке K: температура ts = tкр = 374,15 °C; критическое давление ps = pкр= 22,129 МПа; удельный объем νкр = 0,0326 м3/кг; удельная энтальпия iкр = 2035,2 кДж/кг; удельная энтропия sкр = 4,4237 кДж/(кг·К). В этом состоянии исчезает различие в свойствах пара и воды. При температурах выше критической tкр возможно существование только перегретого пара.
Наименьшим давлением при котором ещё возможно равновесие кипящей воды и насыщенного пара, является давление, соответствующее тройной точке, – то состояние, в котором могут одновременно находиться в равновесии пар, вода и лед.
Для определения параметров воды и водяного пара используют «Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара» [1, 2] включающие в себя три вида таблиц:
1) термодинамические свойства воды и водяного пара (по температурам) в состоянии насыщения (табл. П1);
2) термодинамические свойства воды и водяного пара (по давлениям) в состоянии насыщения (табл. П2);
3) термодинамические свойства воды и перегретого пара (табл. П3).
Рис. 1. Диаграмма t-s воды и водяного пара:
x = 0 – линия кипящей жидкости; x = 1 – линия сухого насыщенного пара; Ж – область недогретой до кипения жидкости; ВП – область влажного пара; ПП – область перегретого пара; К – критическая точка; x – степень сухости пара.
По заданным термическим параметрам (температуре насыщения ts или давлению насыщения ps) с помощью первых двух таблиц можно определить термодинамические параметры находящихся на кривой x = 0, обозначаются буквами с одним штрихом. Параметры точек, находящихся на кривой x = 1, обозначаются буквами с двумя штрихами (показано на рис. 1).
По известной степени сухости пара x = const с использованием первых двух таблиц можно рассчитать параметры влажного пара (область «ВП» на рис. 1) по следующим формулам.
Удельный объем ν, м3/кг:
ν = ν''·x + ν'·(1– x ).
Удельную энтальпию i, кДж/кг:
i = i''·x + i'·(1– x ).
Удельную энтропию s, кДж/(кг·К):
s = s''·x + s'·(1– x ).
Третья таблица предназначена для определения параметров недогретой воды и перегретого пара в областях «Ж» и «ПП» (см. рис. 1). В таблице эти области отделены жирной горизонтальной чертой. Параметры состояния воды или перегретого пара определяются по известным значениям давления и температуры. Сокращенный вариант таблицы приведен в табл. П3.