министерство образования и науки украины
приазовский государственный технический
университет
Кафедра теплофизики и теплоэнергетики металлургического производства
Методические указания
к выполнению лабораторной работы № 41
«Изохорный процесс для воды и водяного пара»
для специальности 6.090406
«Промышленная теплотехника»
очной и заочной форм обучения
Мариуполь, 2008
УДК 662.61+662.61(07)
Методические указания по выполнению лабораторной работы № 41 “Изохорный процесс для воды и водяного пара” по курсу “Техническая термодинамика”. Для студентов специальности 6.090406 “Промышленная теплотехника” очной и заочной форм обучения. ПГТУ, г. Мариуполь, 2008, с 21.
Приводятся основные аналитические связи между термодинамическими параметрами в процессах нагрева воды, испарения перегрева пара. Изложена методика экспериментального исследования и зависимости между давлением и температурой в двух и однофазных областях в изохорном процессе.
Составитель, доц. Р.Д. Куземко
Отв. за выпуск зав. каф. ТТМП В.А. Маслов
Лабораторная работы № 41 «Изохорный процесс для воды и водяного пара»
1. Цель работы
1.На примере изменения термодинамических свойств водяного пара изучить свойства реальных рабочих тел и процессов, совершающихся с ними.
2.Получить навыки экспериментального определения параметров состояния водяного пара в одном из термодинамических процессов.
3.Выработать умение в постановке и проведении эксперимента и в обработке экспериментальных данных.
Содержание работы
1.Экспериментально определить зависимость между давлением и температурой для воды и водяного пара в двух- и однофазных областях в процессе v = const. Провести опыт с двумя изохорами при значениях удельного объема больше и меньше критического (vх, vкр).
2.По экспериментальным данным определить удельные объемы и количество воды в сосуде, степень сухости пара.
3.Рассчитать дополнительное давление, которое возникает за счет взаимодействия молекул жидкости.
Указания по подготовке к лабораторной работе
1.Проработать раздел курса по рекомендуемой литературе.
2.Ознакомиться с настоящим методическим пособием.
3.Подготовить протоколы лабораторной работы, включив необходимый теоретический материал, расчетные формулы, схемы, графики.
2. Теоретическое введение
Термодинамические свойства пара как рабочего тела подробно изложены в учебной литературе [1-3]. В настоящем разделе представлено тезисное изложение свойств пара различных веществ.
Принятые обозначения
Т |
- температура, К; |
р |
- абсолютное давление, Па; |
v |
- удельный объем, м3/кг; |
q, h, u |
- теплота, энтальпия и внутренняя энергия, кДж/кг; |
S |
-энтропия, кДж/кг; |
r |
- скрытая теплота парообразования, кДж/кг; |
, |
- внутренняя и внешняя теплота парообразования; |
т |
- масса, кг; |
х |
- степень сухости. |
Индексы обозначают параметры:
' – воды, доведенной до состояния кипения;
" – сухого насыщенного пара;
х – влажного насыщенного пара;
А – тройной точки.
Пары различных веществ (водяной пар, фреон, аммиак и др.) находят самое широкое применение в различных отраслях народного хозяйства в качестве рабочих тел. Так как общие закономерности для паров различных веществ одинаковы, в настоящей работе рассмотрены основные закономерности для водяного пара, который обладает относительно хорошими термодинамическими свойствами: - не оказывает вредного воздействия на живые организмы, не токсичен и. по этой причине, находит наибольшее распространение во многих отраслях техники. В частности, водяной пар является основным рабочим телом в большой и малой энергетике при производстве электроэнергии и теплоты, а также широко используется как энергоноситель в теплообменниках в системах теплоснабжения, вентиляции, горячего водоснабжения, как инертный газ в черной металлургии и т.д.
Процесс преобразования воды в перегретый газ включает три стадии:
нагрев воды до температуры кипения;
испарение;
перегрев.
Дадим некоторые необходимые для понимания свойства влажного пара определения.
Испарение – парообразование, происходящее только со свободной поверхности жидкости и при любой температуре.
Кипение – парообразование во всей массе жидкости. В этом процессе температура tн и рн давление функционально связаны между собой.
Насыщенный пар – пар, который образовался в процессе кипения и находится в динамическом равновесии с жидкостью. Насыщенный пар по своему состоянию бывает сухим насыщенным и влажным насыщенным. Сухой насыщенный пар – пар, не содержащий жидкости и имеющий температуру насыщения t = tн при данном давлении рн. Влажный насыщенный пар – смесь сухого насыщенного пара с насыщенной жидкостью.
Одной из основных характеристик влажного насыщенного пара является степень сухости – отношение массы сухого т" к массе влажного насыщенного пара т' + т"
.
Очевидно, что для жидкости доведенной до состояния насыщения х = 0, для сухого насыщенного пара х = 1. Величину (1 – х) называют степенью влажности двухфазной смеси.
Перегретый пар – пар, температура которого при данном давлении больше, чем температура насыщения, t > tп.