Визначення параметрів водяної пари

Мета|ціль| роботи: Визначити залежність між тиском і температурою вологої насиченої пари, а також визначити її ступінь сухості.

Обладнання: Установка для встановлення залежності P = f (t_n) у насиченої водяної пари. Установка для визначення ступені сухості насиченої водяної пари.

Теоретична частина

Експериментальним шляхом встановлено, що кожному значенню тиску відповідає певна температура кипіння рідини, яка є одночасно температурою насиченої пари, з підвищенням тиску збільшується температура кипіння рідини. У загальному вигляді зв'язок між тиском і температурою можна виразити рівнянням P = f (t_n), де t_n – температура насичення. Якщо побудувати у P – t системі координат (рис.3.1) залежність P = f (t_n), то точки цієї кривої описують стан двофазної системи „вода – пар”. Діаграму P – t називають фазовою діаграмою.

 

 

Рис.3.1. Залежність P = f (t_n)

 

Залежність тиску від температури для фаз, що знаходяться у рівноважному стані, описується рівнянням Клайперона – Клаузіуса:

 

 

де – r - прихована теплота пароутворення, кДж/кг; v" – питомий об'єм сухої насиченої пари, м³/кг; v' – питомий об'єм рідини у процесі кипіння, м³/кг.

Величина прихованої теплоти пароутворення характеризує кількість теплоти, яку необхідно затратити, щоб перетворити 1 кг рідини у процесі кипіння в суху насичену пару за умови сталого тиску.

Волога насичена пара складається з сухої насиченої пари і краплинок киплячої рідини. Вона характеризується тиском Р або температурою t_н і ступінню сухості x.

Ступінь сухості – це відношення маси сухої насиченої пари m_с.п., що міститься у вологій насиченій парі, до маси вологої пари m_в.п:

 

Є наступні методи визначення ступеня сухості пари:

а) метод конденсації – полягає у тому, що волога насичена пара, ступінь сухості якої визначать, подається уводу і вона конденсується. Знаючи масу води m₁ і температуру t₁ до конденсації пари, масу води m₂ і температуру t₂ після конденсації, а також тиск пари, можна визначити ступінь сухості за співвідношенням:

 

де m_н – маса конденсованої пари, кг; m_в – маса води в термостаті, кг; С_в – теплоємність води, кДж/(кг∙К); t₁ і t₂ – температура води до і після конденсації пари, ⁰С; i - ентальпія киплячої води для даного тиску, кДж/кг; i₂ – ентальпія води після конденсації пари, кДж/кг;

б) сепараційний метод – виділення краплинок води з вологої насиченої пари під діею відцентрових сил.

в) електричний метод (ємнісний) – порівняно діелектричної проникливості води (ε_в = 80) і сухої насиченої пари (ε_п = 1).

г) дросельний метод полягає утому, що відбірна проба вологої насиченої пари направляється у дросельний калориметр, у якому після дроселювання переходить у стан перегрітої водяної пари. Знаючи тиск Р₂ і температуру t₂ пари після дроселювання, а також тиск вологої насиченої пари Р і вважаючи початкові і кінцеві ентальпія (i ₁= i ₂), за i- S діаграмою знаходять ступінь сухості пари x.

Порядок|лад| виконання роботи

Під час проведення лабораторної роботи необхідно виконати два завдання, а саме: Встановити залежності між тиском і температурою насиченої водяної пари і визначити ступінь сухості вологої насиченої пари.

Завдання 1.Встановлення залежності між тиском і температурою насиченої водяної пари статичним методом

Установку для встановлення залежності між тиском і температурою насиченої водяної пари показано на рис2.3.

Рис.3.2.Схема установки для встановлення залежності P = f (t_n).

1 – калориметр; 2 – електричний нагрівач; 3 – манометр; 4 – штуцер; 5 -термопара.

Вона складається з товстостінної посудини (1), ззовні котрої намотаний електричний нагрівач (2). До посудини приєднаний манометр (3), а у штуцер (4) встановлена термопара (5), яка приєднана до потенціометра (6). Посудина (1) наповнена водою так, щоб питомий об'єм води був критичним v_кр.

Після ознайомлення з установкою необхідно включити електричний нагрівач та стежити за зміною тиску і температури у посудині. Коли тиск досягне 0,1 МПа починаємо заміряти його значення через 0,2 МПа і одночасно її температуру.

Виміри робимо до величини вказаної керівником. Результати вимірювань заносимо у табл.3.1.

Таблиця 3.1

 

Результати вимірювань

 

Р,МПа
tн,^0С

За цими результатами будуємо в P-t системі координат криву залежності P = f (t_n). Приховану теплоту пароутворення r величини v' і v" знаходимо за таблицями насиченої пари, а значення похідних dp і dT знаходимо за допомогою графіку P = f (t_n). Розрахунки заносимо у табл. 3.2.

 

Таблиця 3.2.

Результати обчислення

№ з/п	Назва величини	Позначення	Розмірність	Спосіб одержання	Числові значення
1.	Питомий об'єм води	v'	м^3/кг	таблиці насиченої пари
2.	Питомий об'єм пари	v"	м^3/кг	таблиці насиченої пари
3.	Приріст тиску	dp	МПа	з графіка P = f (tn)
4.	Приріст температури	dT	^0С	з графіка P = f (tn)
5.	Прихована теплота пароутворення	r	кДж/(кг∙К

 

 

Завдання 2.Визначення ступеня сухості вологої насиченої пари методом конденсації

Установку для визначення ступеня сухості насиченої водяної пари показано на рис.3.3. Вона складається з парогенератора (1) з електричним нагрівником (2), термостата (3), заповненого водою, манометра (4) для вимірювання тиску водяної пари, термометра (5) для вимірювання температури води у термостаті та крана (6).

 

Рис.3.3. Схема установки для визначення ступеня