Проведение работы

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТАБЛИЦАХ ВОДЫ И ВОДЯНОГО ПАРА

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

ТОМСК

Изучение свойств воды

Лабораторная работа

Отчетный материал.

1. Технические данные измерительных приборов и оборудования.

2. Электрические схемы исследуемых выпрямителей.

3. Таблица с данными измерений.

4. Внешние характеристики выпрямителей.

5. Осциллограммы напряжений.

6. Выводы о проделанной работе.

Рис. 10.

и водяного пара»

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1. Цель и задачи работы 3

2. Основные сведения о таблицах воды и водяного пара 3

3. Проведение работы 7

4. Требование к отчету 10

5. Контрольные вопросы 10

Список используемой литературы 10

Водяной пар, широко используемый в технике в качестве рабочего тела, относится к реальным газам. В реальных газах, в отличие от идеальных, заметно влияние сил взаимодействия между молекулами. Известные уравнения состояния для водяного пара и для воды настолько сложны, что инженерами непосредственно не используются, а в практике инженерных теплотехнических расчетов применяются таблицы и диаграммы воды и водяного пара, составленные по эти уравнениям.

Выполнение настоящей работы позволит студентам научиться определять по таблицам воды и водяного пара их термодинамические параметры.

Целью работы является ознакомление студентов с методикой определения параметров воды и водяного пара (реального газа) по таблицам. При этом решаются следующие задачи:

а) изучаются таблицы воды и водяного пара;

б) определяются параметры реального газа;

в) строится по найденным параметрам t-s диаграмма.

При подводе теплоты к воде её температура повышается и достигает температуры кипения (насыщения) t_s. Вода при температуре насыщения называется кипящей. При интенсивном подводе теплоты к кипящей воде, как правило, наблюдается бурное парообразование по всему объему жидкости.

Когда последняя капля воды превращается в пар, то весь объём оказывается заполненным только паром. Такой пар называется сухим насыщенным. Двухфазная среда кипящей воды и насыщенного пара называется влажным паром.

Процесс кипения (парообразования) происходит при постоянном давлении (давление насыщения p_s) и при постоянной температуре (температура насыщения t_s). Такой процесс называется изобарно-изотермическим. Массовая доля сухого пара во влажном паре называется степенью сухости пара и обозначается буквой x. При x = 0 в рассматриваемом объеме находится только кипящая вода, а при x = 1 в рассматриваемом объеме находится только сухой насыщенный пар (рис. 1).

При дальнейшем подводе теплоты к сухому насыщенному пару он становится перегретым. Перегрев пара может осуществляться по любому термодинамическому процессу, но в практике наиболее часто процесс перегрева водяного пара осуществляют по изобаре (при p = const).

У воды и водяного пара, как и у любого другого вещества, есть критическое состояние, которое характеризуется критическими параметрами в точке K: температура t_s = t_кр = 374,15 °C; критическое давление p_s = p_кр= 22,129 МПа; удельный объем ν_кр = 0,0326 м³/кг; удельная энтальпия i_кр = 2035,2 кДж/кг; удельная энтропия s_кр = 4,4237 кДж/(кг·К). В этом состоянии исчезает различие в свойствах пара и воды. При температурах выше критической t_кр возможно существование только перегретого пара.

Наименьшим давлением при котором ещё возможно равновесие кипящей воды и насыщенного пара, является давление, соответствующее тройной точке, – то состояние, в котором могут одновременно находиться в равновесии пар, вода и лед.

Для определения параметров воды и водяного пара используют «Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара» [1, 2] включающие в себя три вида таблиц:

1) термодинамические свойства воды и водяного пара (по температурам) в состоянии насыщения (табл. П1);

2) термодинамические свойства воды и водяного пара (по давлениям) в состоянии насыщения (табл. П2);

3) термодинамические свойства воды и перегретого пара (табл. П3).

Рис. 1. Диаграмма t-s воды и водяного пара:

x = 0 – линия кипящей жидкости; x = 1 – линия сухого насыщенного пара; Ж – область недогретой до кипения жидкости; ВП – область влажного пара; ПП – область перегретого пара; К – критическая точка; x – степень сухости пара.

По заданным термическим параметрам (температуре насыщения t_s или давлению насыщения p_s) с помощью первых двух таблиц можно определить термодинамические параметры находящихся на кривой x = 0, обозначаются буквами с одним штрихом. Параметры точек, находящихся на кривой x = 1, обозначаются буквами с двумя штрихами (показано на рис. 1).

По известной степени сухости пара x = const с использованием первых двух таблиц можно рассчитать параметры влажного пара (область «ВП» на рис. 1) по следующим формулам.

Удельный объем ν, м³/кг:

ν = ν ^'' ·x + ν ^' ·(1 – x).

Удельную энтальпию i, кДж/кг:

i = i ^'' ·x + i ^' ·(1 – x).

Удельную энтропию s, кДж/(кг·К):

s = s ^'' ·x + s ^' ·(1 – x).

Третья таблица предназначена для определения параметров недогретой воды и перегретого пара в областях «Ж» и «ПП» (см. рис. 1). В таблице эти области отделены жирной горизонтальной чертой. Параметры состояния воды или перегретого пара определяются по известным значениям давления и температуры. Сокращенный вариант таблицы приведен в табл. П3.

Используя таблицы [1, 2], требуется определить параметры воды и водяного пара при заданных давлениях p₁ и p₂ (табл. 1) и построить в масштабе t-s диаграмму. Нанести на диаграмму критическую точку К. Нанести на диаграмму линии: кипящей воды x = 0; сухого насыщенного пара x = 1; постоянных давлений p₁ и p₂ и линию постоянной степени сухости x = const.

Таблица 1

Исходные данные к построению диаграммы t-s

(значения p₁ и p₂ даны в МПа; x – безразмерная величина)

Исх. дан.	Варианты
p1	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,02
p2	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0
x	0,6	0,4	0,5	0,7	0,9	0,8	0,3	0,4	0,6	0,8
Исх. дан.	Варианты
p1	0,03	0,04	0,06	0,08	0,05	0,02	0,01	0,07	0,03	0,09
p2	5,6	6,0	6,6	7,0	7,6	8,0	8,6	9,0	9,6
x	0,3	0,7	0,5	0,4	0,8	0,9	0,3	0,6	0,2	0,7

Выбор варианта исходных данных осуществляется студентом в соответствии с номером шифра в зачетной книжке.

Построение диаграммы t-s начинают с осей ординат и абсцисс (температуры t и удельной энтропии s). Температура в критической точке равна t_кр = 374,15 ºC, а энтропия в этой точке равна s_кр = 4,4237 кДж/(кг·К). Поэтому на оси ординат следует отложить температуру от 0 до 500 ºC. Удобнее для дальнейшего построения диаграммы на каждые 100 ºC оставить 5 клеток тетрадного листа. По оси абсцисс следует отложить значения энтропии s от 0 до 10 кДж/(кг·К). Удобнее для дальнейшего построения диаграммы на каждую единицу энтропии оставить 2 клетки тетрадного листа.

По значениям t_кр и s_кр наносится критическая точка К. Затем строятся нижняя пограничная кривая (линия кипящей жидкости, x = 0) и верхняя пограничная кривая (линия сухого насыщенного пара, x = 1). Для этого по таблицам воды и водяного пара по известным давлениям определяют температуру и энтропию в точках 1', 1'', 2', 2''. Все определенные по таблицам термодинамические параметры заносятся в отчет по форме табл. 2 без округлений их значений. Линии 1' – 1'' и 2' – 2'' являются изобарно – изотермическими процессами.

Таблица 2

Параметры воды и водяного пара, найденные по таблицам

Точки	p, МПа	t, ºC	ν, м^3/кг	i, кДж/кг	s, кДж/(кг·К)	x
К
1'
1''
1а
1б
1в
2'
2''
2а
2б
2в

При определении параметров воды в точках 1а и 2а необходимо задать температуры насыщения, а при определении параметров перегретого пара в точках 1б, 1в, 2б и 2в необходимо задать температуры выше (на 100-200 ºC) температуры насыщения при заданных давлениях p₁ и p₂ и по ним по третьей таблице определить требуемые параметры. Параметры в критической точке К приведены в настоящих методических указаниях и в конце таблицы 1 и 2 [1, 2].

Построение диаграммы t-s выполняется в масштабе путем нанесения соответствующих точек и соединения их, как показано на рис. 1. Для нанесения линии постоянной степени сухости
x =const необходимо линии постоянных давлений в области влажного пара 1' – 1'' и 2' – 2'' разбить каждую на 10 равных отрезков. Каждый отрезок будет соответствовать 0,1 x, и затем надо от линии x = 0 отложить требуемое число отрезков в соответствии с заданным x. Полученные точки необходимо соединить линией, исходящей из критической точки.

Дата добавления: 2015-05-06