Обработка результатов испытаний

Обработка результатов испытаний сводится к расчету удельных значений энтальпии – h (кДж/кг); энтропии – S (кДж/(кг×К)); внутренней энергии – U (кДж/кг), как для кипящей жидкости, так и для пара.

Получаемые при этом значения фиксируются в таблице 4.1.

Энтальпия, энтропия и внутренняя энергия кипящей воды (т.е. при температуре насыщения t_H) могут быть вычислены по соответствующим формулам.

Удельная энтальпия кипящей водыh' (кДж/кг) равна количеству теплоты, которое необходимо подвести к 1кг воды, взятой при 0°С, чтобы при постоянном давлении нагреть ее до температуры насыщения.

Таким образом, данный показатель зависит от ее температуры и показателя удельной теплоемкости C_p, характеризующего количество тепловой энергии необходимой для поднятия температуры 1 кг воды на 1К.

h' = С_Р× Т_Н, кДж/кг (4.4)

где теплоемкость воды С_Р = 4,2 кДж/(кг×К).

Под удельной энтропией кипящей воды S' (кДж/(кг× К)) понимают увеличение энтропии 1 кг воды, имеющей температуру 0°С, в процессе ее нагревания при постоянном давлении до кипения, данный параметр вычисляется по формуле

S' = С_Р ×ln . (4.5)

Изменение удельной внутренней энергии кипящей водыU' вычисляется согласно формуле:

U' = h' – Р×V'×10^-3, (4.6)

где P – значение давления, Па или (Н/м²),

V' – удельный объем кипящей воды при давлении Р, м³/кг.

При изменении давления от 1 атм. до 6 атм. значение V' изме­няется незначительно от 0,00104 до 0,0011 м³/кг; поэтому в расчетах по формуле (4.6) можно при­нять V' = 0,001 или 1×10^-3 м³/кг.

Удельные значения энтальпии – h′′ (кДж/кг); энтропии – S′′ (кДж/(кг×К)); внутренней энергии – U′′ (кДж/кг) насыщенного пара определяются соответствующими формулами.

Удельная энтальпия сухого насыщенного параh′′ определяется как количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 кг воды, взятой при 0°С, чтобы при постоянном давлении превратить ее в сухой насыщенный пар.

h"=h'+ r. (4.7)

где r – удельная теплота паробразования, то есть количество теплоты, необходимое для полного превращения в пар 1 кг кипящей жидкости при данном давлении кДж/кг.

При изменении давления Р от 1 до 6 атм значение r изменяется от 2260 кДж/кг до 2100 кДж/кг практически линейно и вычисляется в данной работе методом интерполяции, при определении удельной теплоты парообразования, необходимо учитывать, то, что в емкости с водой уже присутствует атмосферное давление P_Б =1 атм.

Удельная энтропия сухого насыщенного пара S′′ представляет собой увеличение энтропии 1 кг воды, имеющего температуру 0°С, в процессе ее превращения при постоянном давлении в сухой насыщенный пар

S" = S' + . (4.8)

Изменение удельной внутренней энергии сухого насыщенного параU'′ вычисляется аналогично формуле 4.6:

U' = h′' – Р×V'′, (4.9)

где V" – удельный объем сухого пара, м³/кг.

Принято считать, что при сравнительно небольших давлениях сухой пар подчиняется уравнению состояния Клапейрона, и, следовательно, удель­ный объем сухого пара можно подсчитать по уравнению:

V" = R_ВП × , (4.10)

где R_ВП – универсальная газовая постоянная водяного пара, которая численно равна работе расширения одного моля водяного пара в изобарном процессе при увеличении температуры на 1 К.

R_ВП= 0,462 кДж/(кг×К)

Таким образом, подставляя и решая выражения 4.9 и 4.10, получаем:

U' = h′' – (0,462×T_Н) (4.11)

Результаты, полученные в ходе расчета, заносятся в таблицу 4.1.

По данным полученным в ходе эксперимента построить зависимость изменения температуры кипения от давления f(P)=t в процессе нагрева и охлаждения.

Отчет

Отчет содержит:

1. Схему лабораторной установки.

2. Таблицу исходных данных и результата расчетов параметров кипящей жидкости и водяного пара.

3. Графическую зависимость изменения температуры от давления f(P)=t

Контрольные вопросы.

1. Дайте определение энтальпии и внутренней энергии.

2. Расскажите о сущности энтропии.

3. Почему при кипении жидкости температура остается постоянной?

4. Что такое теплота парообразования?