Цель работы

Изучение зависимости между давлением и температурой веще­ства в двухфазной и однофазной областях в процессе изохорного нагревания при значениях удельного объёма меньше и больше кри­тического.

Экспериментальный стенд

Для исследования изохорного процесса водяной пар нагревается в закрытом сосуде при постоянном объёме сосуда V. При нагрева­нии масса вещества т также остается постоянной и поэтому удель­ный объём  = V/т неизменен, = const

При строгом проведении опыта следовало бы производить за­пись показаний приборов при равновесных состояниях пара в сосу­де. При этом для каждой опытной точки, регулируя мощность электронагревателя, дождаться, пока температура по всему объёму станет одинаковой и так же, как и давление, будет неизменной в течение некоторого времени. Проведение такого опыта требует длительного времени. Поэтому нагревание ведут медленно, но про­изводя одновременно измерения температуры и давления.

Во время опыта проводятся не только измерения, но и автома­тическая запись изохорных процессов в p, t — координатах.

На стенде собраны две экспериментальные установки. В левой

части стенда установка для изохорного процесса при  < _кр, а в правой – для  > _кр. Конструкция установок одинакова. На приборном щите верхняя и нижняя группы приборов относятся, соответственно, к левой и правой установкам. Запись обоих изо­хорных процессов происходит на одном двухкоординатном потен­циометре, стоящем на стенде.Схема экспериментальной установки (одной из двух) представлена на рис. 1.

Водяной пар находится в толстостенном сосуде 1, изготовленном из нержавеющей стали. Снаружи сосуд обогревается при помощи электрического нагревателя из нихромовой проволоки 2. Сосуд вместе с нагревателем покрыт асбестовой тепловой изоляцией 3 и помещен в металлический кожух 4. Для измерения температуры пара предусмотрена хромель – алюмелевая термопара 5, горячий спай которой помещен в гильзе 6, вваренной внутрь сосуда, а холодный спай находится в сосуде Дьюара с тающим льдом. ЭДС термопары подаётся через переключатель 12 на двухкоординатный автоматический потенциометр 7, величина ЭДС определяет положение каретки потенциометра на оси абсцисс.

Обработка экспериментальных данных.

1. Определить величину удельного объема для каждой изохоры.

 > _кр

Р₁ = 70 бар t₁ = 370 ^oC  = 0,03722 м³/кг

Р₂ = 65 бар t₂ = 340 ^oC  = 0,03743 м³/кг

м³/кг

 < _кр

Р₃ = 90 бар t₃ = 225 ^oC  = 0,001191 м³/кг

Р₄ = 100 бар t₄ = 225 ^oC  = 0,001190 м³/кг

м³/кг

1. Определить массу воды в каждом сосуде.

, где объем каждого сосуда равен V = 300 см³.

кг

кг

1. При давлении 1 МПа в двухфазной области рассчитать степень сухости для обеих изохор.

1. Рассчитать количество тепла, необходимое для нагревания воды и водяного пара в одной из экспериментально исследованных изохор.

Расчетные формулы:

Q = m(U₂-U₁)

u = h - p

h₁ = h^’(1 – x) + h^’’x

Рассчитаем h₁:

h₁ = 762,7(1 – 0,187) + 2777,10,187 = 1139,39 кДж/кг

u₁ = 1139,39 - 10³0,037325 = 1102,065 кДж/кг

Находим h₂ из таблиц:

h₂ = 3076,1 кДж/кг

u₂ = 3076,1 - 710³0,037325 = 2814,825 кДж/кг

Q = 0,00804(2814,825 - 1102,065) = 13,771 кДж/кг

1. Для одного из термодинамических состояний на экспериментальных изохорах вдали от кривой насыщения рассчитать величину внутреннего давления, обусловленного силами взаимодействия молекул вещества:

Расчетная формула:

Отношение определяем графически по имеющейся диаграмме р, t.

Р_вн = ( 370 + 273,15) 510⁵/30 - 7010⁵ = 3,719 мПа

Определим какова была бы величина этого давления, если бы вода и водяной пар подчинялись уравнению Ван-дер-Ваальса:

Расчетная формула:

Р_вн = 1705/0,037325² = 1,224 мПа

Определим внутреннее давление идеального газа Р_вн по уравнению Клапейрона - Менделеева:

Р = RT

мПа

Р_вн = ( 370 + 273,15) 510⁵/30 – 79,5910⁵ = 2,760 мПа

1. Рассчитаем погрешность одного из найденных в п. 1 значений удельного объёма:

Максимальная относительная погрешность определения удельного объёма может быть вычислена по формуле:

 =  = 86,3310^-6

Окончательный результат:

 = (0,037325  0,000086) м³/кг