41237

Свойства реальных газов и паров. Опыт Эндрюса. Диаграммы термодинамических свойств жидкостей и паров

Лекция

Физика

Известно что при нагревании жидкости испаряются. при кипении во всем объеме жидкости образуются свободные замкнутые поверхности паровые пузыри внутрь которых и происходит испарение жидкости. Изменение агрегатного состояния при кипении жидкость пар может происходить при подводе теплоты извне к жидкости. При охлаждении паров жидкости происходит конденсация: пар переходит в жидкое состояние.

Русский

2013-10-23

5.88 MB

35 чел.

Лекция №7

7.1. Свойства реальных газов и паров. Опыт Эндрюса. Диаграммы термодинамических свойств жидкостей и паров.

Известно, что при нагревании жидкости испаряются. Испарение жидкостей, вообще говоря, происходит в широком диапазоне температур. Так, например, вода, разлитая на полу, с течением времени испаряется и этот процесс протекает при комнатной температуре. Парообразование может протекать и при кипении жидкостей. Кипением называется процесс внутреннего парообразования: т.е. при кипении во всем объеме жидкости образуются свободные замкнутые поверхности (паровые пузыри), внутрь которых и происходит испарение жидкости.

Изменение агрегатного состояния при кипении (жидкость – пар) может происходить при подводе теплоты извне к жидкости. При охлаждении паров жидкости происходит конденсация: пар переходит в жидкое состояние. Из сказанного понятно, что в процессе изменения агрегатного состояния происходит изменение количеств жидкости и пара.

Можно ли скондестировать пары всех известных жидкостей? Для ответа на этот вопрос английский ученый Д.Эндрюс провел серию опытов по изотермическому сжатию известных газов. Схема опыта Д.Эндрюса представлена на следующем рисунке (рис.7.1)

 

                                                                                                                                     

Рис.7.1. Схема опыта по изотермическому сжатию СО2

Известно, что при сжатии газа, его температура повышается (см. уравнение 18 и Таблицу термодинамических процессов: при уменьшении объема температура растет). Т.о. для того, чтобы температура оставалась постоянной при сжатии газа, необходимо газ охлаждать - отводить от него теплоту.

Рис.7.2. Экспериментальные данные изотермического сжатия углекислого газа.

Если провести аналогичные экспериментальные измерения при различных температурах, то можно получить семейство кривых, показанных на рис.7.3.

                                   t3> t2> t1

 Рис.7.3. Изотермы сжатия паров углекислого газа.

Если проводить изотермическое сжатие при различных температурах то можно получить следующее распределение изотерм

Если провести ряд изотерм при различных температурах, то характерные точки излома изотерм можно объеденить одной линией, которая называется пограничной кривой.  

                       

Кроме того все поле диаграммы делиться на три характерные области:

жидкость недогретая до кипения;

жидкость + пар в состоянии насыщения;

перегретый пар (газообразное состояние).

Показанная на рисунке диаграмма называется: фазовая диаграмма термодинамических состояний жидкость-пар.

В T,s - координатах такая же диаграмма имеет вид

 

                                                                

Процесс подвода  теплоты при постоянном давлении

                                                      

Кипение - процесс внутреннего парообразования. Это означает, что при достижении некотрого уровня температуры (т.е. жидкость доходит до  определенного  энергетического уровня, при котором возможно образование свободных поверхностей  внутри  жидкости, в эти пустоты, полости происходит испарение жидкости - образуются паровые пузыри). Поэтому такое состояние жидкости называют еще состоянием насыщения.

                                

При кипении жидкости, несмотря на то что все время подводится к жидкости теплота температура остается неизменной (T = const), т.к. подводимая теплота расходуется на процесс парообразования, т.е. на перевод молекул жидкости в паровую фазу.

Термодинамические процессы реальных газов (паров) представляют с помощью термодинамических диаграмм и таблиц. Данные для этих диаграмм получают экспериментально при различных параметрах аналогично тому, как было показано в опыте Эндрюса. Затем на основании этих опытов строят T,s; h,s  или p,v - диаграммы, похожие на те, которые показаны на рисунках.  Наиболее распространенными являются h,s - диаграммы.

Термодинамические процессы реальных газов (паров) представляют с помощью термодинамических диаграмм и таблиц. Данные для этих диаграмм получают экспериментально при различных параметрах аналогично тому, как было показано в опыте Эндрюса. Затем на основании этих опытов строят T,s; h,s  или p,v - диаграммы, похожие на те, которые показаны на рисунках.  Наиболее распространенными являются h,s - диаграммы.


Сжатие жидкости

Окончание конденсации

Процесс конденсации (T,p = const)

Начало конденсации

Сжатие газа

Отвод теплоты от газа

p

v’- удельный объем

конденсата (кипящая жидкость)

Начальные параметры:

p0= 98кПа =0,98 бар

T0= 293 К  (20ºС)

v0= 0,0561 м3/кг

v”-удельный объем

сухого насыщенного пара

p1= p2 =5733кПа =

=57,33 бар

v

v

p

p3 =9807 кПа =

=98,07 бар

v”=0,00526 м3/кг

v’ =0,00126 м3/кг

v =0,00118 м3/кг

p

v

Если провести огибающую линию через точки, соответствующие состояниям кипящей воды и сухого насыщенного пара, то получим кривую, которая называется – пограничная кривая.

Пограничная кривая создает 3 основные области на диаграмме:

I – жидкость, не догретая до кипения.

II -  влажный насыщенный пар.

III – перегретый пар.

t1

t2

t3

Пограничная кривая

Выводы:

- при сжатии газа (до начала конденсации)

объем изменяется намного сильнее, чем при сжатии жидкости (после окончания конденсации);

- при повышении температуры сжатия участок конденсации сокращается: разность удельных объемов пара (v’’) и жидкости (v) стремится к нулю; (v’’ - v) 0

 

v’

v’’

Пограничная кривая

Критическая точка (для воды:

pк=22,115 Мпа, Тк=647,27 К)

Жидкость не догретая до кипения

Жидкость + пар

Перегретый пар

К

Линия кипящей жидкости или

левая (нижняя) пограничная

Линия сухого насыщенного пара или правая (верхняя)

пограничная кривая

Обычно процесс парообразования происходит при постоянном давлении т.е. изобарно.

Изобарный процесс изображается линией p = const. (на диаграмме 1-2-3-4)

К

x кг сухого насыщенного пара + (1 - x) кипящей воды

К

Начальная температура

жидкости (холодная жидкость)

Температура

кипения

жидкости при заданном давлении

Окончание процесса кипения жидкости

Перегрев пара

1 кг сухого насыщенного пара

1 кг кипящей жидкости

с.н.п.

В.н.п.

Кипящая вода

Т.о. при температуре насыщения рабочее тело (вода, водяной пар) может находится в состоянии кипящей жидкости (обозначение к.в.), влажного насыщенного пара (в.н.п.) и сухого насыщенного пара (с.н.п.).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34300. Смерть как биологическое явление 114 KB
  Интенсивность смертности мужчин в зависимости от их возраста Швеция На неизменяемость скорости старения в конкретной популяции людей в течение XX в. несмотря на существенное повышение жизненного уровня указывают например данные об абсолютном возрастном приросте интенсивности смертности мужчин Швеции с 1900 по 1980 г. Швеция: 1 интенсивность смертности мужчин в возрасте 40 лет 2 то же в возрасте 30 лет 3 скорость старения мужчин в возрастном интервале 30 40 лет Сделанное заключение хорошо согласуется с теми изменениями которые...
34302. Анализируя динамику затрат живого и прошлого труда по мере рационалистического развития технологического 29.5 KB
  Анализируя динамику затрат живого и прошлого труда по мере рационалистического развития технологического процесса установлено что уменьшение суммы живого и прошлого труда происходит только до определенного предела. Дальнейшее увеличение затрат прошлого труда фактически не будет обеспечивать увеличение производительности труда а будет лишь увеличивать стоимость выпускаемой продукции и становится экономически нецелесообразным. Как определить этот предел эту границу переход к которой фактически будет означать топтание на месте даже при...
34303. Динамика развития реального технологического процесса 34 KB
  Динамика развития реального технологического процесса кривая ломанная линия Она описывает реальную динамику развития производительности от вооруженности. Точка 37 произошло изменение в развитии технологического процесса и прошел этап эвристического развития У увеличивается У1 до У2. Недостаток совершенного развития 24 дальше 45 резкое повышение производительности труда.
34304. Эволюционный путь развития технологических процессов 22.5 KB
  Эволюционный путь развития технологических процессов Использование в производстве рационалистических решений совершенствующих вспомогательные ходы технологического процесса представляет собой эволюционный путь его развития. Сущность технических решений обеспечивающих эволюционный путь развития технологических процессов заключается в замене движений человека на подобные движения механизмов на вспомогательных элементах процесса. На современном этапе развития техники практически любой вид движения возможно осуществить известными механизмами....
34305. Революционный путь развития технологических процессов 29 KB
  Революционный путь развития технологических процессов Использование в производстве эвристических технических решений совершенствующих рабочие ходы технологического процесса представляет собой революционный путь его развития. Во 2ом варианте после перехода на технологию с более высоким уровнем не происходит одновременного снижения затрат живого и прошлого труда на единицу продукции а даже возможно временное повышение их что казалось бы позволяет сделать вывод об отсутствии какоголибо развития но если проследить за дальнейшим эволюционным...
34306. Модели и методы оценки технологических процессов 23.5 KB
  Модели и методы оценки технологических процессов В настоящее время можно выделить три основных подхода к изучению научнотехнического развития прва описанию технологий и их развития: экономический подход технократический или пифагорский подход системный подход. В рамках экономического подхода развивалось направление связанное с решение задач планирования научнотехнического развития прва для обеспечения заданного необходимого прироста объема выпуска продукции использование так называемых балансовых методов планирования. С целью...
34307. Понятие о системах технологических процессов 24 KB
  Понятие о системах технологических процессов. Система это целое составленное из отдельных частей ке находятся в тесном отношении между собой . Технологическая система это совокупность взаимосвязанных предметов производства исполнителей и направлено на выполнение отдельных операций и процессов в целом. Между операцией в технологическом процессе и системах можно считать условленным так как они имеют опред.
34308. Исторические этапы развития систем технологий 27.5 KB
  В своем развитии системы технологических процессов прошли ряд исторических этапов. Однако сознательная организация системы технологических процессов произошла в средневековье. Впервые организованная система технологических процессов проявила себя в цехах ремесленников. По структуре цехи ремесленников представляли собой систему параллельных технологических процессов.