Исследование кривой насыщения водяного пара

Цель работы:

экспериментальное определение зависимости температуры кипения воды от давления в интервале температур от 50 до 100 °С и установления характера этой зависимости.

Задачи работы:

1. Изучить экспериментально зависимость температуры кипения воды от давления;

2. Знать приборы измерения, устанавливающие зависимость температуры кипения от давления.

Обеспечивающие средства

Экспериментальная установка; порядок проведения измерений и обработка результатов измерений.

Требования к содержанию отчета

Результаты лабораторной работы представить в виде протокола измерений и аналитического расчета.

4.1 Экспериментальная установка

Установка для определения температуры кипения при различных значениях давления (рисунок 5) состоит из прозрачной колбы с водой (1), установленной в нагревателе (2), краном (3) через трубки колба соединяется с ресивером (4) (ресивер – герметичный сосуд для хранения газов с давлением, отличающимся от атмосферного), в котором создается разрежение вакуум-насосом (5). Ресивер может сообщаться с атмосферой при открытом кране (6), разрежение в ресивере измеряется вакуумметром (8), температура воды в колбе – термометром сопротивления (9) и омметром (10).

Рисунок 5 – Установка для определения температуры кипения

4.2 Порядок выполнения работы

При открытых кранах (3) и (7) и закрытом кране (6) в ресивере (4) вакуум - насосом (5) создается максимально возможное разрежение. После чего кран (7) закрывается, а вакуум-насос выключается. Включается нагреватель (2) и ведется наблюдение за водой в колбе. В момент закипания фиксируют показания приборов (8) и (10) и заносят в таблицу 6.

Затем в ресивер (4) открытием вентиля (6) медленно напускается атмосфера до тех пор, пока вода в колбе не перестает кипеть. Закрывается кран (6) и продолжается нагревание воды в колбе при новом давления до закипания.

Для получения качественных результатов необходимо произвести не менее пяти измерений.

Таблица 4.1 – Протокол записи измерений

Номер измерения	, кгс/см²	Показания омметра , Ом	, ^оС	, К	В, мм рт. ст.

4.3 Обработка результатов наблюдения

По градировочной кривой показания омметра переводятся в градусы.

Абсолютное давление насыщенного пара , кПа (кипящей жидкости) подсчитывается по формуле

. (4.1)

Строят графическую зависимость температуры кипения от давления по табличным значениям, затем на график наносят точки, полученные в опыте.

С помощью уравнения Клапейрона-Клаузиса вычисляют теплоту парообразования для всех исследованных в опыте равновесных состояний

, (4.2)

где – теплота парообразования, кДж/кг;

– удельные объемы соответственно, сухого насыщенного

пара в состоянии насыщения и кипящей воды, м³/кг.

Значение каждой производной можно получить графически, как тангенс угла наклона касательной к кривой насыщения в точке, для которой определена теплота парообразования.

По табличным значениям теплоты парообразования строят кривую и здесь же пунктиром наносят табличную зависимость теплоты парообразования от температуры насыщения.

4.4 Оценка погрешности

Для изученных состояний найти относительную погрешность расхождений между расчетными в табличными значениями теплоты парообразования

. (4.3)

Сравнение кривых зависимости температуры кипения от давления между собой дает возможность вычислить величины расхождений экспериментальных данных с табличными

. (4.4)