Исследование изохорного нагревания воды и водяного пара

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа №1

Исследование изохорного нагревания воды и водяного пара

Цель работы - исследование закономерностей фазового перехода вещества из двухфазной области в однофазную при изохорном нагревании при значениях удельного объёма меньше или больше критического.

Описание установки.

Установка состоит из толстостенного сосуда (пьезометра), имеющего постоянный объём V_п = 1 л, соединенного капилляром с вакуумным насосом, манометром и ёмкостью с деаэрированной водой для заполнения. Снаружи пьезометр снабжен электронагревателем с регулируемой мощностью. Температура внутри сосуда измеряется с помощью термопары, помещённой в металлическую гильзу, вваренную в крышку, и милливольтметра. Для снижения тепловых потерь сосуд снаружи покрыт слоем тепловой изоляции в виде мата с минеральной ватой. Схема установки показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема лабораторной установки.

Условные обозначения: 1 - пьезометр; 2 - теплоизоляция; 3 - термопара; 4 - электронагреватель; 5 - милливольтметр; 6 - образцовый манометр; 7 - капилляр; 8 - ёмкость для заполнения; 9 - вакуумный насос.

Методика проведения опытов

Перед заполнением водой пьезометр вакуумируется при комнатной температуре для удаления воздуха из него. Затем вакуумный насос отключается и вентиль к нему закрывается. Открывая вентиль, соединяющий ёмкость с деаэрированной водой и пьезометр, заполняют последний заданным количеством воды, которое определяют по изменению уровня воды в ёмкости. Необходимая масса воды рассчитывается исходя из того, что удельный объём пароводяной смеси в пьезометре v = V_п / M = const должен быть меньше или больше критического объёма v_кр = 0,003147 м³/кг. Нежелательно, чтобы удельный объём в пьезометре был близок к критическому! После заполнения пьезометр отсекается вентилями от заполняющей ёмкости и вакуумного насоса.

Запись параметров начинается от комнатной температуры. Затем включается нагреватель и запись температуры и давления производится в журнал наблюдений по форме приведенной ниже.

фазовый лабораторный изохорный вещество

Измеренные величины записываются из показаний приборов. Рассчитанные определяются следующим образом:

давление определяется по температуре из таблиц насыщенной воды (для двухфазной области, где v¹ < v < v¹¹) и таблицам свойств воды и перегретого пара при давлениях отличающихся от давления насыщения по измеренной температуре и удельному объёму;

сухость пара - Х определяется по формуле:

,

где v - фактический удельный объём; v¹ и v¹¹ - удельные объёмы насыщенной жидкости и сухого насыщенного пара, соответственно, при измеренной температуре.

Опыт проводится дважды: один раз для удельного объёма меньше критического, а другой раз для удельного объёма больше критического. В первом случае запись параметров нужно вести через 10 ^oC и нагревание продолжать до достижения давления (по манометру) 400 бар, а во втором запись вести через 20 ^oC и нагревание заканчивать при температуре 400 ^oC. Для каждого опыта составляется своя таблица. По экспериментальным значениям параметров строится график зависимости давления от температуры в сосуде. При этом на один график наносятся данные всех опытов, рассчитанные давления и кривая зависимости давления насыщения от температуры, построенная по табличным данным, как показано на рис. 2. Следует обратить внимание на то, что при v < v_кр вода постепенно заполняет весь объём пьезометра вследствие увеличения её удельного объёма - v¹ при нагревании, а при v > v_кр пьезометр заполняется паром вследствие увеличения его массы за счёт уменьшения удельного объёма сухого насыщенного пара - v¹¹ при нагревании. Следовательно, в первом случае пар, находящийся в пьезометре конденсируется, а во втором случае испаряется вода.

 Р, бар

в) Р_кр, t_кр

а) v < v_кр

б) v > v_кр

t, ^oC

Рис. 2. Зависимость давления от температуры при изохорном нагреве воды для различных опытов: а) при v < v_кр; б) при v > v_кр;

в) в двухфазной области.

Размещено на Allbest.ru