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 точка а – жидкости. Степень сухости:

х =  ,

где  масса сухого насыщенного пара;

 масса влажного насыщенного пара;

 масса кипящей жидкости.

Н
Ψ₁=p_н(v”- v’)
а 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. Участки b₁c₁, b₂c₂,… на обеих диаграммах являются одновременно изобарой и изотермой, т.е. переход жидкости в пар совершается при р_н = const, t_н = const.

Таким образом, на обеих диаграммах можно выделить три характерные области состояний:

• 
  область жидкого состояния – расположена левее кривой кипящей жидкости х = 0,t < t_н;
  
• 
  область влажного насыщенного пара – двухфазное состояние, где пар и жидкость находятся в равновесии и имеют одинаковые р_н и t_н. Эта область расположена между пограничными кривыми х = 0 и х = 1, т.е. в этой области 0 < x < 1;
  
• 
  область перегретого пара – расположена правее кривой сухого насыщенного пара, х = 1 ,t>t_нпри данном давлении.
  

Переход вещества из одной фазы в другую называется фазовым переходом. Вещества, находящиеся в разных агрегатных состояниях, имеют различные физические свойства. Это различие объясняется характером межмолекулярного взаимодействия.

Количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 кг жидкости для перехода её в пар в изобарно-изотермическом (

---

р_н и t_н = const) процессе называется теплотой парообразования r, кДж/кг. Она расходуется на работу расширения и на преодоление сил межмолекулярного взаимодействия :

, (1)

где  внешняя составляющая теплоты парообразования, она рассчитывается как

, (2)

где и  удельные объемы кипящей жидкости и сухого насыщенного пара соответственно;

 внутренняя составляющая теплоты парообразования.

На pv-диаграмме (рис. 1), как следует из уравнения (2), величина показана заштрихованной площадкой. На Ts-диаграмме (рис.2) заштрихованной площадкой показана величина теплоты парообразования, которая может быть рассчитана как:

, (3)

где и  энтропия кипящей жидкости и сухого насыщенного пара соответственно, ;

Т_н  температура насыщения, К.

Из pv- и Тs-диаграмм видно, что с увеличением давления р точки b₁, b₂,… на нижней пограничной кривой сближаются с точками с₁, с₂, …на верхней пограничной кривой и в критической точке они сходятся. Так, для воды критические параметры в точке К имеют следующие значения: р_кр. = 22,13 МПа, t_кр. = 374,2 С, v_кр. = 0,00326 м³/кг.

Выше критической точки К при p > p_кр. и Т > Т_кр. двухфазного состояния не наблюдается. Жидкая фаза находится под весьма большим внутренним давлением. Фактором, определяющим интенсивность межмолекулярных взаимодействий, является не давление, а температура. С ростом температуры и давления теплота парообразования

---

r уменьшается, а в критической точке r = 0, и , т.к. в этом состоянии исчезает различие между жидкостью и ее паром и процесс парообразования отсутствует.

О
Δp
пытным путем было установлено, что каждому давлению р соответствует определенная температура насыщения t_нас. (кипения) данной жидкости, являющаяся одновременно температурой насыщения пара, с которым жидкость находится в равновесии. Кривая зависимости называется кривой насыщения, рис. 3.

С
t^*_н t_н
Рис.3. Кривая насыщения

Δt


вязь между температурой и давлением насыщения выражается уравнением Клапейрона-Клаузиуса.

, (4)

где ,  удельные объемы соответственно жидкости и сухого насыщенного пара на линии насыщения при Т_нас. и р_нас., м³/кг.

Поскольку  >  , из уравнения (4) следует, что при фазовом переходе «жидкость-пар» производная всегда больше нуля, т.е. с ростом давления температура насыщения увеличивается.

Уравнение Клапейрона-Клаузиуса (4) имеет важные достоинства. Во-первых, оно устанавливает связь между калорическими и термодинамическими (р, v, Т) параметрами. Во-вторых, дает связь между параметрами жидкого ( , ) и парообразного ( , ) состояний.

Первое из этих достоинств уравнения (4) в данной работе используется для определения теплоты парообразования r по кривой насыщения, полученной по результатам измерения термодинамических параметров р_н и t_н.

---

Проведение опытов
Э
Рис.4. Схема экспериментальной установки:

1 – сосуд высокого давления; 2 – спираль электронагревателя; 3 – переключатель электронагревателя; 4 – вентилятор; 5 – переключатель вентилятора; 6 – кожух; 7 – образцовый манометр; 8 – контактный манометр, автоматически отключающий нагреватель по достижении давления 216 бар (55 дел.); 9 – милливольтметр; 10 – дифференциальная термопара.

t_нас

t_окр

220 B

220 B

3

x

1-x
кспериментальная установка, рис. 4, представляет собой замкнутый сосуд высокого давления, содержащий такое количество воды, при котором удельный объем v_x двухфазной системы «жидкость-пар» (влажного насыщенного пара) равен критическому значению в точке К:

, м³/кг, (5)

где V  внутренний объем сосуда, м³;

т  масса системы «жидкость-пар», кг;

v_кр  удельный объем системы в критической точке, м³/кг.

При изохорном (v = v_x= const) электрическом нагревании система «жидкость-пар» проходит ряд равновесных двухфазных состояний до критической точки К (на рис. 1 и 2 процесс изображен пунктирными линиями). В опыте измеряются избыточные давления манометром 7. Соответствующие температуры насыщения t_н устанавливаются по измеренным значениям э.д.с. дифференциальных термопар.
Порядок работ следующий:

1. 
   Установка включается преподавателем;
   
2. 
   Измерения начинать по достижении показания манометра 5 делений и далее через каждые 5 делений. Одновременно с показаниями манометра в таблицу 1 записывать показания э.д.с. термопары е, мВ, измеряемые милливольтметром 9.
   
3. 
   По достижении показаний манометра 50 делений показать результаты преподавателю.
   
4. 
   Определить температуру окружающей среды t_окр и атмосферное давление В. Заполнить таблицу 1.
   
5. 
   С разрешения преподавателя установку можно отключить.
   

Таблица 1

ризб.		рн, МПа	е, мВ	, С	tокр, С	tн, С	В, мм рт. ст.
делений	кгс/см2
5
10
15					, С		Дата и подпись преподавателя:
20
25
30
35
40
45
50

---

 задается преподавателем каждому студенту индивидуально.
Обработка опытных данных

1. 
   Рассчитать абсолютное давление насыщенного пара для всех точек:
   

, Па;

1 кгс/см² = 735,6 мм рт. ст.;

750 мм рт. ст = 10⁵ Па = 0,1 МПа.

2. 
   По величинам е из градуировочного графика определить значения , где .Искомая температура насыщения , С.
   

Результаты занести в таблицу 1.

3. 
   На миллиметровой бумаге по опытным данным р_н и t_н построить кривую насыщения (рис. 3), выбрав масштабы по осям
   

= 1МПа   1 см;

= 10 С  1 см.

4. 
   С помощью уравнения (4) рассчитать теплоту парообразования r при заданной температуре :
   

, кДж/кг.

Значение производной определить графически как тангенс угла наклона касательной к кривой насыщения в точке с температурой (геометрический смысл первой производной!) (рис. 3), т.е. с учетом размерностей:

, Па/град.

Точность теплоты парообразования

---

Смотрите также файлы

• Фармакология.docx

• Практическое задание 2 по дисциплине Студент в среде электронного обучения Номер раздела.docx

• Методические рекомендации по организации выполнения и защиты выпускной квалификационной работы по специальностям.doc

• Прибыль предприятия сущность, виды и методика определения.rtf

• Природноклиматические и географические факторы и их влияние на характер исторического развития России. Геополитические цели и интересы России в первой мировой войне.docx