Материал: Термодинамика. Методичка

Положение точки 3 на pv-диаграмме (рис. 2) также можно определить графическим построением. Она находится на пересечении горизонтальной прямой, проведенной через точку 2 и вертикальной прямой, проведенной через точку 4.

Обработка опытных данных

1. Рассчитать абсолютное давление газа для всех изме-

рений:

pабс. ризб. В, Па;

1 кгс/см2 = 735,6 мм рт. ст.; 750 мм рт. ст. = 105 Па = 0,1 МПа.

При определении ризб. необходимо учитывать цену деле-

m масса СО2 в капилляре, кг; l высота газа в капилляре, мм;

с постоянная капилляра, с = 8900. Результаты расчетов p и v занести в Таблицу 2.

3. На миллиметровой бумаге построить pv-диаграмму по опытным данным, выбрав масштабы по осям

p= 1МПа 2 см;

v = 0,001 м3/кг 1 см.

Используя известные параметры в критической точке К для СО2 (из Таблицы 1), нанести предполагаемые пограничные кривые АК и БК (проведенные через точки 2 и 3) (см. рис.2). Показать на диаграмме области: жидкого, влажного насыщенного и перегретого состояния вещества, обозначить как кривые кипящей жидкости (х=0) и сухого насыщенного пара (х=1).

Показать пунктирными линиями предполагаемую критическую изотерму.

48

4.Из уравнения (4) рассчитать коэффициент неидеальности z для состояния, указанного преподавателем. Для этой же точки определить коэффициент неидеальности z по z - диаграмме (рис.1). сравнить полученные результаты.

5.Рассчитать систематическую погрешность измерений

взаданной точке: давления р, барометрического давления В и температуры t:

где p, B , t абсолютные погрешности измерения значений р, В и t, соответственно.

Подробно материал к этому пункту изложен в разделе «Оценка погрешности эксперимента».

Контрольные вопросы

1.Понятия об идеальном и реальном газах.

2.Уравнения Клапейрона-Менделеева, Ван-дер-Ваальса

иприведенное уравнение состояния реальных газов.

3.Коэффициент неидеальности (сжимаемости). z - диаграмма.

4.Опыт Эндрюса. pv-диаграмма реальных газов. Объ-

яснить характер изотерм t tкр , t tкр и t tкр .

5. Области фазовых состояний вещества. Понятие о степени сухости. Характер изменения давления р и температуры t в области фазовых переходов газ жидкость.

6.Критическая точка, критическое состояние вещества.

7.Особенности критической и околокритической области состояний вещества. Перспективы применения особых свойств этого состояния в промышленности.

8.Экспериментальная установка и результаты опытов.

9.Источники погрешностей измерения. Виды погрешностей. Методика расчета.

49

Лабораторная работа № 24

Исследование кривой насыщения водяного пара

Цель работы: изучить pv- и Ts-диаграммы водяного пара, изучить процессы фазового перехода; ознакомиться с понятием теплоты парообразования и ее свойствами; ознакомиться с кривой насыщения и уравнением Клапейрона-Клаузиуса.

Задание:

1.Провести опыты по исследованию кривой насыщения воды и водяного пара, т.е. зависимость pн f tн .

2.На основе результатов измерений рассчитать величину теплоты парообразования r, ее составляющих 1 и 2 , эн-

тальпии hx, внутренней энергии их, энтропии sx при заданной преподавателем температуре tн .

3. Составить отчет о выполненной работе, который должен содержать: основы теории (кратко), схему экспериментальной установки, таблицу измерений и результаты обработки опытных данных, а также график, выполненный на миллиметровой бумаге.

Основы теории

Процессы парообразования и конденсации широко распространены в химической технологии. Важной теплофизической характеристикой при расчете процессов перегонки, выпарки, ректификации, кипения и сушки является теплота парообразования r.

Для исследования термодинамических процессов, происходящих с реальными газами, большое значение имеют pv- и Ts-диаграммы (рис. 1 и 2).

Кривые a1b1c1d1, a2b2c2d2… на pv-диаграмме соответствуют процессу расширения вещества при t = const, а кривые ab1c1f1, ab2c2f2… на Ts-диаграмме – процессу нагревания вещества при p = const.

50

p=const

f2 f1

a1 a2

На обеих диаграммах точки b1, b2,… соответствуют началу процесса парообразования и образуют нижнюю пограничную кривую – кривую кипящей жидкости (х = 0). На этих же диаграммах в точках с1, c2,… процесс парообразования завершается и данные точки образуют верхнюю пограничную кривую, соответствующую сухому насыщенному пару (х = 1). Точки d1, d2,… (рис. 1) и f1, f2,… (рис. 2) соответствуют состоянию перегретого пара, а точкb а – жидкости. Степень сухости:

х = mс.н.п. mс.н.п. , mв.н.п. mкип.ж. mс.н.п.

где mс.н.п. масса сухого насыщенного пара; mв.н.п. масса влажного насыщенного пара;

ткип.ж. масса кипящей жидкости.

На участках b1c1, b2c2,…, где происходит переход жидкости в пар, в равновесии находятся системы, состоящие из двух фаз (двух агрегатных состояний) – жидкой и парообразной, причем температура и давление этих фаз одинаковы. Линии b1c1, b2c2,… на обеих диаграммах являются одновременно изо-

51

барой и изотермой, т.е. переход жидкости в пар совершается при рн = const, tн = const.

Таким образом, на обеих диаграммах можно выделить пять характерных состояний водяного пара:

область жидкого состояния – расположена левее кривой х = 0, t tнас ;

линия кипящей (насыщенной) жидкости, х = 0, t tнас ;

область влажного насыщенного пара – двухфазное состояние, где пар и жидкость находятся в равновесии и имеют одинаковые рн и tн. Она расположена между пограничными кривыми х = 0 и х = 1, т.е. в этой области

0 < x < 1, t tнас ;

линия сухого насыщенного пара, х = 1, t tнас ;

область перегретого пара, расположенную правее кри-

где v" и v удельные объемы сухого насыщенного пара и кипящей жидкости, соответственно;

52