4.1 Общие указания

Перед выполнением лабораторной работы изучите настоящие методические указания, соответствующие разделы работы [4]. подготовьте ответы на контрольные вопросы и заготовьте бланк отчета.

Для выполнения настоящей работы необходимо знать следующие основные положения.

Процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называют парообразованием. Парообразование, которое происходит всегда и при любой температуре, со свободной поверхности жидкости называется испарением.

Кипение - это процесс парообразования, который протекает только при определенной температуре и не только с поверхности жидкости, но и с внутренних слоев жидкости. Температура кипения зависит от давления и физических свойств жидкости, чем больше давление, тем больше температура кипения. Процесс преобразования протекает при постоянной температуре, если давление не меняется.

Переход из газообразного состоять в жидкое является конденсацией, а жидкость, полученная при конденсации пара, называют конденсатом Процесс конденсации, так же как и процесс парообразования, протекает гари постоянной температуре, если при этом давление остается постоянным.

Пар, соприкасающийся с жидкостью и находящийся в термическом с ней равновесии, называют насыщенным (пар при этом имеет максималь­ную плотность). Различают влажный насыщенный, сухой насыщенный и перегретый пар. Смесь сухого пара и высокодисперсных (мельчайших) частиц жидкой фазы, paвномерно распределенных по всей массе пара -влажный насыщенный пар Насыщенный пар, в котором отсутствуют вы­сокодисперсные частицы жидкой фазы, - сухой насыщенный пар. Пере­гретым называют пар, имеющий при данном давлении более высокую температуру, чем сухой насыщенный пар.

Массовая доля сухого насыщенного пара во влажном - это степень су­хости (X), массовая доля кипящей жидкости во влажном паре – степень влажности

(1-Х). Следовательно, X = m_сп - m_вп для кипящей жидкости при темпе­ратуре насыщения X = 0, а для сухого насыщенного пара X = 1, для влажного насыщенного пара 0 < X < 1. Состояние сухого насыщенного пара определяется одним параметром, а влажного — двумя.

Теплотой парообразования r (удельной) является количество теплоты, которое необходимо затратить на превращение единицы массы (1 кг) ки­пящей жидкости в сухой насыщенный пар. Теплота парообразования определяется давлением или температурой. С возрастанием последних она уменьшается и в критической точке равна нулю. Физический смысл теп­лоты парообразования заключается в том, что она расходуется на измене­ние внутренней потенциальной энергии (р) или на работу дисгрегации (разъединения) и на внешнюю работу расширения

где р - внутренняя теплота парообразования;

ψ - внешняя теплота парообразования.

Следовательно,

4.2 Методика проведения эксперимента

Эксперимент проводите на установке, принципиальная схема которой приведена на рис.4.1 Установка состоит из термостатированного сосуда 1, термостойкого сосуда 2, электрическое нагревателя 3, термометров 4 и соединительной трубки 5. Эксперимент проводите в такой последова­- тельности: |

1 Налейте в термостативный сосуд с помощью мерного сосуда около 1000 мл воды и плотно закройте крышку термостата, через несколько ми­нут запишите показания термометра установленного на термостате.

2 Поставьте стеклянный сосуд, заполненный на ½ водой, на нагрева­тель и включите нагреватель в сеть.

3 Занесите в таблицу начальную массу и температуру воды в термостате.

4 Когда вода начнет кипеть, соедините стеклянный сосуд с термостатом с помощью трубки 5.

5 По показанию термометра на стеклянном сосуде определите темпе­ратуру кипящей воды и по показанию барометра запишите атмосферное давление.

6 При достижении температуры воды в термостате, превышающей на

40...45 °С начальную температуру, отсоедините трубку от термостата и отключите нагреватель от сети.

7 По разности массы воды в термостате после опыта и до него опреде­лите массу конденсата

8 При температуре кипения воды в стеклянном сосуде определите эн­тальпию кипящей жидкости и теплоту парообразования по таблице водяного пара.

9 Все эти данные занести в таблицу 4.1.

10 Вычислите степень сухости влажного пара по формуле (4.5)

Таблица 4.1 - Результаты измерений и расчетные данные

4.3 Методика определения степени сухости

В основу определения степени сухости пара положен метод его кон­денсации и передачи теплоты парообразования и физического тепла воде в термостате. Имейте в виду, что процесс происходит при постоянном давлении (равном атмосферному), количество выделившегося тепла мож­но определить по формуле

(4.1)

где т_к - масса конденсата, кг;

i_x - энтальпия влажного пара, кДж/кг;

i₂ - энтальпия воды, кДж/кг.

Энтальпию влажного пара вычислите по формуле

(4.2)

где i^! - энтальпия кипящей воды, кДж/кг;

г - теплота парообразования, кДж/кг;

х - степень сухости.

Обе эти величины определите по таблице водяного пара при температуре кипения (или при атмосферном давлении). Энтальпию воды найдите по формуле

где С_р, - изобарная теплоемкость воды, которая может быть принята равной 4,19кДж/(кг.К);

t₂ - температура воды в термостате после конденсации влажного пара (в конце опыта), °С.

Считая, что все тепло, отданное паром при конденсации, аккумулируется водой, налитой в термостат, получим

:

где т_в - масса воды в термостате в начале опыта, кг;

t₁ и t₂ - температура воды в термостате соответственно до и после

конденсации, °С.

Рассматривая совместно формулы 4.1 - 4.4, можно получить тепловой баланс процесса, из которого вывести формулу для определения степени сухости влажного пара:

4.4 Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1 Титульный лист по установленной форме.

2 Название и цель работы.

3 Краткую теоретическую часть.

4 Схему опытной установки и ее описание.

5 Результаты измерений и расчетные данные ( в виде таблицы ), основные расчетные формулы.

6 Выводы о работе.

4.5 Контрольные вопросы

1 Что называется кипением, парообразованием, конденсацией и испарением?

2 Что такое насыщенный пар?

3 Какой пар. называется влажным насыщенным, сухим насыщенным и перегретым паром?

4 Дайте определение физического смысла теплоты парообразования.

5 От каких параметров зависит температура кипения?

б Что такое степень сухости и степень влажности?

7 Изобразите процесс парообразования на Рυ – диаграмме.

8 Как определяются параметры воды и сухого насыщенного пара?

9 Как определяются параметры влажного насыщенного и перегретого пара?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

Цель - выработать навыки экспериментального определения парамет­ров влажного атмосферного воздуха, расчетного и графического опреде­ления параметров влажного воздуха в процессах нагрева и сушки, по­строение процессов нагрева и сушки на Jd - диаграмме.