Алынған мәліметтер бойынша қысымнан ра қайнау температурасының тәуелділігінің tн (ылғалды қаныққан будың температурасы) және түсініктеме беру

Алынған мәліметтер бойынша қысымнан р_а қайнау температурасының тәуелділігінің t_н (ылғалды қаныққан будың температурасы) және түсініктеме беру.

4. 
   Бақылау сұрақтары:
   

1. 
   Ылғалды қаныққан бу дегеніміз не?
   
2. 
   Құрғақ қаныққан бу дегеніміз не?
   
3. 
   будың құрғақтылық дәрежесі анықтамасы және физикалық мәні.
   
4. 
   Будың пайда болу жылулығы дегеніміз не?
   

Ылғалды қаныққан будың құрғақтық дәрежесін анықтау

Мақсаты: сулы будың құрғақтылық дәрижесін анықтаудың тәжірибелік әдісімен танысу,сонымен қатар оның көрсеткіштерін диаграмма мен сулы будың кестесі көмегімен анықтау.

1. Кіріспе

Су сұйықтық агрегат күйінде жұмыс денесі ретінде жылуды механикалық жұмысқа айналдыру кезінде пайдасы шамалы. Тұрақты қысым кезінде бу қазандарда су ең алдымен буға айналады. Тұрақты қысым кезінде будың пайда болу үрдісін қарастыру үшін,тұрақты күшпен қамтамасыз етемін цилиндірдегі поршень астына 0 ^оС-гі 1кг су орнатылған. Жылутехникалық қондырғыларда алынатын қысымды су сығылмайтын болғандықтан, оның меншікті көлемін v = 0,001 м³/кг тең деп аламыз.Осы шарттардағы су жағдайын а нүктесі деп аламыз(6.1 сур.).

Суды цилиндрдерде астынан жылу беру арқылы қыздырамыз. Поршенге салмақты өзгертпесек (қысымды), онда температураның жоғарлауы меншікті көлемнің және энтропияның өсуіне әкеледі. Қысымға тәуелді кейбір температурада жылу беруге қарамастан температура өсуі тоқталады. Су қайнай және булана бастайды. Қайнау кезіндегі су күйін а’ нүктесі деп белгілейміз.

Кейінгі жылу беруде су саны азаяды. Ал бу саны үлкееді. Жұмыс денесінің меншікті көлемі және энтропиясы өте тез үлкееді. Цилиндрге берілген жылудың саның үлкейте отырып,судың толық буға айналуына қол жеткізуге болады. Осы шарттардағы жұмыс денесінің күйін а” нүктесі деп белгілейміз.

Бу пайда болу үрдісінде а’ және а” нүктелерінің арасында жұмыс денесі бір кезде екі агрегаттық күйде болады: сұйық және бу тәріздес. Жұмыс денесімен алынатын әр көлемде өзінің су және бу саны болвады. Осы күйлерде сұйықтық және бу динамикалық тепе-теңдікте болады. Осы жағдайда молекулалар бір уақытта сұйықтықтан ұшып кетсе,соншама молекула будан сұйыққа қайтып келеді. Сумен динамикалық тепе-теңдікте болған буды қаныққан немесе қанығатын деп атайды.

а’

Қаныққан бу көлемінің изотермиялық азаюы, оның бөліктерінің конденсациялауына әкеледі,ал будың жалпы саны азаяды. Бірақ оның тығыздылығы мен қысымы өзгермейді. Керісінше, көлемнің изотермияляқ үлкеюі қосымша судың булануына әкеледі, бұл жағдай сбу санының үлкеюіне себеп болады. Бірақта,көлемнің төмендеуінен, оның тығыздылығы және қысымы өзгеріссіз қалады.

Ылғалды будағы құрғақ будың массалық бөлігін құрғақтылық дәрежесі Х деп атайды. Ылғалды будағы су бөлігін ылғалдылық дәріжесі деп атайды,ол 1-Х тең.

Қанығу қысымы мен температурасы әлі болса да ылғалды будың күйін анықтамайды. Қосымша көрсеткіш ретінде құрғақтық дәрижесін Х қолданады.

Егер қайтадан 0 ^оС – де алынған 1 кг суды оданда жоғары қысымда цилиндрдегі поршеннің астына орнатсақ, онда меншікті көлем v = 0, 001 м³/кг тең болады. р – v (6.1, а суреті) координаттарында жаңа күйі b нүктесі анықталады,ондағы абциссасы а нүктесіндегі абциссамен теңеседі. Т –s координаттарында (6.1, б суреті) а және b нүктелері теңеседі,өйткені әр түрлі қысымда 0 ^оС температурасында су энтропиясын 0-ге тең қылып алады.

Судың қысымы жоғарлаған сайын, ол оданда жоғары температурада қайнайды. Қайнау кезіндегі көлемі және энтропиясы үлкееді. Осы күйді b’ деп белгілейміз. Қайнап жатқан суға жылуды беруден басқа цилиндрде ылғалды бу пайда болады, сол бу сосын құрғақ буға айналады. Бұл күйді b”нүктесі деп балгілейміз. Графикте b” нүктесі а” нүктесінен солға қарай жатыр, өйткені қаныққан будың тығыздылығы температура жоғарлаған сайын үлкейеді,ал меншікті көлем мен энтропия кемейді.

Егер әр жағдайда будың пайда болу үрдісін одан да жоғары қысымда қарастырсақ, онда 0 ^оС температурасындағы судың күйін сиппаттайтын нүктелері, ордината осіне параллель р – v тура 1 координатасында,ал Т – s координатасында ордината осінде жатқан а нүктесімен ұйқасады. Су қайнауының күйіне қатысты нүктелер төменгі шектік сызықты 2 құрастырады, ал құрғақ будың күйін сипаттайтын нүктелер жоғарғы шекаралық қисықты 3 құрастырады. Төменгі шекаралық қисықта барлық нүктелер жұмыс денесінің күйін сипаттайды, ол үшін құрғақтылық дәрежесі Х = 0,сондықтан оны қисық құрғаққа тең Х = 0 деп атайды.Осыған қатысты жоғарғы шектік қисығы құрғақтыққа Х = 1 тең болады.

Кейбір қысымдарда бір және екі штрихті нүктелері үйлеседі (К нүктесі), бұл жағдай кейбір қысымдарда сұйыққа айналу кезінде өтетін тура сызықтық аймақтың болмауы. К нүктесінде сұйық және құрғақ бу бірдей көсеткештерге ие болады. Бұл нүктені ауыспалы деп, ал осы нүктеде жұмыс денесін сипаттайтын барлық көрсеткіштерді – ауыспалмалы деп атайды. Су үшін ауыспалы көрсеткіштер: р_аус = 22,129 Мпа, Т_аус = 647,31 К, v_аус = 0,00326 м³/кг.

Егер тұрақты қысымда құрғақ буға жылу беруді жалғастырсақ,онда оның температурасы,меншікті көлемі және энтропиясы үлкееді. Изобаралық жылу беру графигі тура р – v координатталарында, абцисса осіне параллель бейнеленеді, ал қисық -Т – s координатасында, логарифімге жақын бейнеленеді.

Будың температурасы мен меншікті көлемі құрғақ будан жоғары болған жағдайды қызып кеткен деп атайды. Қызып кеткен бу көлемінің изотермиялық өзгерісі оның қысымының өзгеруіне әкеліп соғады. Ол болып жатқан кеңістікті қанықтырмайды,бұл жағдайды қанықпаған деп атайды.

Жоғарғы және төменгі шектік қисықтар р > р_аус. ( 6.1 сур.,а) кезінде диаграмманы үш бөлікке бөледі: сол жақ төменгі шектік қисықтан – сұйық күйінің аймағы, он жақ жоғарғы шектік қисықтан – будың қызып кеткен аймағы, ал олардың арасы – ылғалды будың аймағы.

парды өткізгеннен кейінгі калометрдегі судың энтальпиясы келесі теңдеу арқылы анықталады:

Ылғалды қаныққан будың энтальпиясы i_x келесі формуламен анықталады:

Бумен берілген Q_Б жылудың саның жылу балансының теңдігінен анықтауға болады:

мұнда Q_С – сумен қабылданған жылу саны, Дж;

Калометрдегі сумен қабылданған жылу саны келесі жолмен анықталады:

Калометрдің қабырғаларын қыздыруға жұмсалған жылу саның келесі формуламен анықтайды:

(6.2), (6.5), (6.6) теңдіктерін есепке ала отырып, (6.1)теңдігін жылу балансының теңдігіне қоямыз:

3. 
   Зертханалық қондырғыны сипаттау
   

Зертханалық қондырғы бу қайнатқыштан 1, қыздырғыштан 2, қуаттылығы ЛАТ-мен 3 реттелетін құралдардан тұрады. Қайнатқыш құралында 7 сақтандырғыш клапыны орнатылған, 8 краны булы қыздырғыш пен атмосфераның ара байланысын анықтау үшін орнатылған. Атмосфералық қысымды р_о өлшеу үшін барометрді 4, ал қоршаған ортаның температурасын t_о өлшеу үшін – 5 термометрді қолданамыз. Булы қайнатқышқа 1 жылу алмастыратын (конденсатор) жылу алмастырғыш қосылған, осы құрал 11 буды тасылмайдатын 11 өңешімен байланысқан. Конденсациалған ылғалды будың массасын 12 мензуркасы арқылы анықтаймыз, соның ішіндегі тәжірибе кезіндегі сұйықтың өзгеру деңгейі арқылы.

Сурет 6.3. - Зертханалық құбырдың сызбасы

4. 
   Жұмыстың орындалу тәртібі
   

1. 
   Құралдар мен тәжірибе қондырғының сызбасымен танысу.
   
2. 
   5 термометр және 4 барометрді өлшеп,көрсеткіштерін жазып алу.
   
3. 
   Булы қайнатқыш құралындағы 1 су көлемін өлшеуіш таяқшасы көмегімен өлшеу, оның көлемі 50-70 % болу керек.
   
4. 
   8 шүмегін ашып ,яғни булы қыздырғыш пен атмосфераның ара қатынасын хабарлау.
   
5. 
   3 ЛАТР-ды қосу және қуаттылықты 200 В деңгейінде орнату.
   
6. 
   Буды алмастыратын 11 түтікшесінде бу ағынның пайда болған жағдайда, қуаттылықың деңгейін төмендету керек.
   
7. 
   Ылғалды будың конденсаты 12 мензуркасында жиналады, керекті санына (50 г) жеткен кезде қондырғы жүйеден сөндіріледі.
   

5. 
   Нәтежелерді өңдеу
   

1. 
   р_Н қысымынан арқылы 6.1 кестесенің көмегімен i' қайнай суының энтальпиясын, құрғақ қаныққан будың энтальпиясын i'', жасырылған бу жылулығын r, қайнау суының меншікті көлемін v', құрғақ қаныққан будың меншікті көлемін v'', қайнау суының энтропиясын s', құрғақ қаныққан будың энтропиясын s''.
   

6.1кестесі

2. 
   (6.8) формуласы арқылы құрғақтық дәрежесін х анықтау.
   
3. 
   (6.3) формула арқылы i_x мәнін есептеу.
   
4. 
   Ылғалды қаныққан будың меншікті көлемін келесі формула арқылы анықтау:
   

5. 
   Ылғалды қаныққан будың энтропиясын s_x келесі формула арқылы анықтау:
   

6. 
   Ылғалды қаныққан будың ішкі энергиясын u_x келесі формула арқылы есептеу:
   

6. 
   Бақылау сұрақтары:
   

1. 
   Будың пайда болу үрдісі неде қорытындылады?
   
2. 
   Қаныққан бу дегеніміз не?
   
3. 
   Құрғақ бу дегеніміз не?
   
4. 
   Ылғалды бу дегеніміз не?
   
5. 
   Қызып кеткен бу дегеніміз не?
   
6. 
   Будың құрғақтық жәрежесі.
   
7. 
   Ауыспалы нүктесі.
   
8. 
   Ылғалды қаныққан будың құрғақтылық дәрежесін х тәжірибелік түрде анықтау әдістемесінің маңызы неде?