Исследование кривой насыщения водяного пара

Цель работы: углубить знания по разделу «Реальные газы и пары»; найти графическую зависимость между температурой и давлением насыщенного пара; рассчитать на основании экспериментальных данных теплоту парообразования и выяснить степень отклонения свойств водяного пара от свойств идеального газа.

Теория рассматриваемого вопроса

Основные понятия

Во всех областях промышленного производства широко используются пары различных веществ (воды, аммиака, углекислоты и др.). Из них наибольшее распространение получил водяной пар, который как рабочее тело используется в теплосиловых установках и как теплоноситель в теплообменниках.

Водяной пар, имея высокое давление и относительно низкую температуру, близок к состоянию жидкости. Поэтому в паре нельзя пренебрегать силами взаимодействия между молекулами и объёмом самих молекул, как в идеальном газе. Следовательно, законы идеальных газов к пару не применимы и водяной пар рассматривают, как реальный газ.

Превращение воды в пар может происходить двумя способами (процессами): испарением и кипением, различными по интенсивности и характеру протекания. Испарением называется процесс образования пара только с поверхности жидкости и при любой температуре.

Кипение (парообразование) – это процесс образования пара во всей массе жидкости. Получающийся в процессе кипения пар имеет давление среды, в которой происходит процесс кипения.

Процесс, обратный парообразованию, называют конденсацией.

При парообразовании в ограниченном пространстве одновременно происходит и конденсация пара. Если скорость конденсации и парообразования одинаковы, то наступает динамическое равновесие между жидкостью и паром. Пар при этом состоянии имеет максимальную плотность и называется насыщенным паром. Следовательно, под насыщенным паром понимают пар, находящийся в термическом равновесии с жидкостью, из которой он образуется. Основным свойством этого пара является то, что он имеет одинаковую температуру с жидкостью, которая называется температурой насыщения, и одинаковое с ней давление, называемое давлением насыщения. При этом температура пара является функцией давления.

В насыщенном паре над поверхностью воды всегда находятся мелкие капельки жидкости, равномерно распределённые по всей массе пара. Механическая смесь этих капелек жидкости и сухого пара называется влажным насыщенным паром.

Массовая доля сухого пара во влажном паре называется степенью сухости и обозначается буквой x.

Массовая доля влаги в сухом паре называется степенью влажности и обозначается выражением (1 - x).

В момент испарения последней капли жидкости в ограниченном пространстве без изменения температуры и давления образуется сухой насыщенный пар, состояние которого определяется только одним параметром: или давлением, или удельным объёмом, или температурой.

Перегретым паром называется пар, температура которого вышетемпературы насыщенного пара того же давления.