PARA WODNA:

1. Narysować krzywe przejścia w układzie p-T dla wody. Nazwać krzywe oraz obszary, zaznaczyć pkt potrójny i pkt krytyczny.

2. Zdef krzywą parowania w układzie p-T.

Krzywa parowania – przejście z fazy ciekłej do gazowej. Rozpoczyna się w punkcie potrójnym, a kończy w punkcie krytycznym. Dalsze podgrzewanie pary otrzymanej na linii parowania prowadzi do przegrzania pary.

Jeżeli do zamkniętego naczynia z wodą będziemy dostarczać energię cieplną, to w miarę jej dopływu temperatura wody będzie rosła, aż do momentu kiedy jej wzrost ustanie – mimo dalszego podgrzewania. Przy tym objętość zawartości naczynia zacznie szybko rosnąć, czyli rozpocznie się parowanie cieczy, a więc przechodzenie cieczy w stan lotny. Można odróżnić dwa rodzaje parowania; powierzchniowe i wrzenie.

3. Def pkt potrójnego i pkt krytycznego.

Punkt krytyczny wody (temperatura krytyczna wody) to temperatura, powyżej której faza lotna wody staje się gazem. W stanie krytycznym ciepło parowania oraz napięcie powierzchniowe wody są równe zeru. By skroplić wodę w temperaturze powyżej krytycznej trzeba obniżyć jej temperaturę.

Parametry:

• ciśnienie krytyczne: Pkr = 22,115 MPa

• temperatura krytyczna: Tkr = 647,3 K

• gęstość: ρkr = 317,8 kg/m3

Punkt potrójny - to stan w jakim dana substancja może istnieć w trzech stanach skupienia równocześnie w równowadze termodynamicznej. Punkt ten określony jest przez temperaturę i ciśnienie punktu potrójnego. Na diagramie fazowym, ukazującym zależności ciśnienia od temperatury stanów równowagi faz, jest to punkt przecięcia krzywych równowagi fazowej substancji odpowiadający stanowi równowagi trwałej trzech stanów skupienia (ciało stałe, ciecz, gaz).Punkt potrójny jest wielkością charakterystyczną dla danej substancji, podawany jest w opisach substancji. Punkty potrójne niektórych substancji są używane jako wzorce skali temperatur. Niektóre substancje nie mają punktu potrójnego, ponieważ nie występują we wszystkich trzech stanach skupienia. Przyczyną tego może być rozkład tych substancji w temperaturze mniejszej od temperatury przejścia fazowego, niezależnie od ciśnienia.

4. W jakich warunkach przy izobarycznym ogrzewaniu ciało stałe przechodzi bezpośrednio w stan gazowy? Zaznacz tę przemianę na wykresie krzywych przejścia.

Sublimacja –bezpośrednie przejście ciała stałego do stanu gazowego, może zachodzić w każdej temperaturze, w której może istnieć równocześnie stan stały i gazowy danej substancji.

Ogrzewanie pod stałym ciśnieniem substancji znajdującej się w stanie określonym przez położenie punktu A przeprowadza układ w kierunku punktu B kolejno przez trzy fazy: stałą, ciekłą i gazową. Kiedy jednak proces ogrzewania rozpoczyna się w punkcie C wówczas przejście do stanu gazowego (punktu D) odbędzie się z pominięciem fazy ciekłej (sublimacja).

5. W jakich warunkach można skroplić gaz przez izotermiczne sprężanie? Zaznacz przemianę na wyk krzywych przejścia.

Skraplanie gazu - Proces skraplania pary wodnej jest w stanie zachodzić przez jej sprężanie izotermiczne, chłodzenie pod stałym ciśnieniem, rozprężanie. Skraplanie gazu jest w stanie pojawiać

się tylko w temperaturze mniejszej niż jego temperatura krytyczna. Jeżeli temperatura gazu jest większa niż krytyczna, to trzeba go po sprężeniu ochłodzić.

DODATKOWO OPIS TEGO I WYŻEJ NA WYKRESIE JEST ZAZNACZONE.

W punkcie A rozpoczyna się skraplanie, czyli tworzenie się fazy ciekłej. Para nienasycona, będąc w fazie gazowej, wskutek sprężania zwiększa swą gęstość i w punkcie A osiąga gęstość pary nasycanej w temperaturze , czyli staje się parą nasyconą. Dalsze zmniejszanie objętości powoduje skraplanie pary nasyconej. Proces ten odbywa się wzdłuż prostej AD, przy stałym ciśnieniu. Przy zmniejszeniu się objętości na odcinku coraz więcej gazu ulega skropleniu. W naczyniu współistnieją wtedy dwie fazy - ciecz i para nasycona. W punkcie D cały gaz ulega skropleniu i następuje gwałtowny wzrost ciśnienia, ponieważ ściśliwość cieczy jest wielokrotnie mniejsza od ściśliwości gazów.

Fakt, że w punkcie A rozpoczyna się skraplanie nie oznacza, że odcinek krzywej AB jest dla gazu nieosiągalny. Proces skraplania rozpoczyna się na istniejących zwykle w gazie niejednorodnościach, które są centrami kondensacji. Jeśli proces sprężania przeprowadzany jest ostrożnie a gaz nie zawiera zanieczyszczeń możliwe jest przemieszczenie się do punktu B. Gaz w takim stanie nazywamy parą przesyconą. Analogicznie do efektu powstawania pary przesyconej możliwe jest przejście w odwrotnym kierunku - od punktu D do punktu C. Uzyskujemy wtedy stan cieczy przegrzanej. Stany te są stanami metastabilnymi. Oznacza to, że wystarczy niewielkie zaburzenie, aby wyprowadzić ciecz lub gaz z takiego stanu. Następuje wtedy gwałtowna kondensacja (w przypadku pary przesyconej) lub wrzenie cieczy (w przypadku cieczy przegrzanej). Proces skraplania bądź wrzenia rozpoczyna się na występujących niejednorodnościach, a następnie obejmuje cała objętość.

6. Fazy izobarycznego parowania wody.

Izobaryczny proces parowania.

1. punkt pęcherzyków, punkt cieczy nasyconej

1-2 . para nasycona (mokra), para mokra

2. punkt rosy, para sucha

2). . Para nasycona to gaz (np.para wodna) w równowadze z cieczą, z której powstała.

Para ta ma największe możliwe dla danej temperatury ciśnienie i gęstość. Ciśnienie pary nasyconej jest niezależne od objętości. Zmniejszanie objętości w stałej temperaturze powoduje skraplanie pary, a stan równowagi w dalszym ciągu istnieje. Zwiększanie objętości powoduje wyparowanie cieczy bez obniżenia ciśnienia pary nasyconej.

3). Temperatura punktu rosy jest temperaturą powietrza wilgotnego, do której można je schłodzić bez wydzielania się z niego wilgoci, czyli do uzyskania przez to powietrze stanu nasycenia.

Para sucha to para nie zawierająca cząsteczek cieczy

7. Def stopnia suchości pary wodnej

Stopień suchości pary wodnej - Parametr określający zawartość cieczy w parze.mokrej. Stosunek masy pary nasyconej suchej Gp do całkowitej masy masy pary nasyconej mokrej.

x= Gp/G

Gp – masa pary nasyconej suchej

G – masa całego układu

x = {m_{c} over m_{p} + m_{c}}

gdzie: mp - masa fazy gazowej (pary nasyconej suchej)

mc - masa fazy ciekłej w parze mokrej.

8. Zdef entalpię parowania. Od czego zależy? W jakich warunkach jest równa zero?

Ciepło jakie trzeba dostarczyć w celu odparowania 1 mola cząsteczek w warunkach stałego ciśnienia i stałej temperatury nosi nazwę entalpii parowania cieczy.

Równa jest zeru gdy Tw= 273 K = 20 C, ciśnienie p= 01, MPa

9. Zdef parę nasyconą mokrą. Podać wzór na oblicz objętości właściwej pary nasyconej mokrej

Para mokra - to mieszanina pary nasyconej i cieczy nasyconej. Ma temperaturę równą temperaturze parowania cieczy przy danym ciśnieniu, czyli temperaturze nasycenia.

v= v’ = x( v” – v’ )

10. Na wykresie p-v wody narys przebieg izobar, izochor, izoterm oraz lini stałej wartości stopnia suchości pary wodnej. Zaznaczyć obszar cieczy, pary wodnej nasyconej mokrej i pary przegrzanej oraz pkt krytyczny.

IZOBARA=IZOTERMA

W obszarze pary nasyconej wilgotnej przemiana izobaryczna jest jednocześnie przemianą izotermiczną, gdyż podczas izobarycznego parowania stała temperatura utrzymuje się dopóty, dopóki ostatnia kropla cieczy nie odparuje. W obszarze pary przegrzanej przemianę izobaryczną przedstawia odcinek prostej (odcinek 3-4)

IZOCHORA

Przemianę izochoryczną przedstawia poniższy rysunek, ponieważ podczas tej przemiany V=const, więc praca bezwzględna L_1-2=0. ciepło przemiany izochorycznej zostaje zużyte jedynie na powiększenie energii wewnętrznej.Jak widać na rysunku w obszarze pary przegrzanej przemiana izochoryczna 3-4 jest podobnie jak przemiana 1-2 odcinkiem linii prostej.

IZOTERMA - IZOBARA

W obszarze pary nasyconej wilgotnej izoterma pokrywa się z izobarą, więc wszystkie zależności podane dla przemiany izobarycznej w tym obszarze pary przegrzanej przedstawia odcinek 3-4 na wykresie p-v.

ADIABATA

Przebieg przemiany adiabatycznej pary wodnej na wykresie p-v przedstawia rys, jest to przemiana odwracalna, bez wymiany ciepła z otoczeniem, czyli

q_1,2=0 ; Δq=0 ;Δs=0

Na wykresie pracy przemiany adiabatycznej 1-2 i 3-4 są krzywymi wykładniczymi, zarówno w przypadku pary nasyconej, jak i przegrzanej. Podczas adiabatycznego rozprężania praca jest wykonywana kosztem energii wewnętrznej czynnika. l_1-2=u₁-u₂

11. Na wykresie T-s wody narys linie stałych wartości temp, obj właściwej, ciśnienia oraz stopnia suchości pary wodnej. Zaznaczyć obszar cieczy, pary wodnej nasyconej mokrej, pary przegrzanej oraz punkt krytyczny.

Przemiany pary wodnej –

wykres T-s

􀁺 Linia graniczna:

􀁺 Linia wody wrzącej

􀁺 Punkt krytyczny

􀁺 Linia pary suchej

nasyconej

􀁺 Rejony (obszary):

􀁺 Obszar cieczy

􀁺 Obszar pary mokrej

􀁺 Obszar pary przegrzanej

􀁺 Temperatura i ciśnienie

nasycenia

12. Na wykresie T-s wody przedstawić entalpię właściwą pary przegrzanej.

13. Na wykresye i-s wody narys przebieg izobar, izochor, izoterm oraz linii stałej wartości stopnia suchości pary wodnej. Zaznaczyć obszar cieczy, pary wodnej nasyconej mokrej i pary przegrzanej oraz pkt krytyczny.

14. Na wykresie T-s naszkicować przemianę 1-2

a)izochorycznego przejścia od pary wodnej nasyconej mokrej do pary przegrzanej

b) izobarycznego przejścia od wody w punkcie pęcherzyków do pary wodnej nasyconej suchej

c) izochorycznego ochładzania pary wodnej przegrzanej

d) izobarycznego ogrzewania pary wodnej nasyconej mokrej

15. Na wykresie i-s wody przedstawić w obszarze pary wodnej nasyconej mokrej przemianę:

a) izobaryczną

b)izochoryczną

c) izotermiczną

16. Na wykresie i-s wody naszkicować przemianę 1-2:

a) izentropowego wzrostu objętości

b) izentalpowego wzrostu objętości

c) izotermicznego skraplania pary wodnej nasyconej mokrej bez przechadzania skroplin

d) izobarycznego przejścia od pary wodnej przegrzanej do pary nasyconej mokrej

e) izochorycznego przejścia od pary wodnej nasyconej mokrej do pary przegrzanej

17. Jak zmienia się stopień suchości pary wodnej nasyconej mokrej podczas izentropowego rozprężania? Przedstawić przemianę na wykresie T-s wody.

18. Przedstawić na wykresie T-s oraz i-s przemianę 1-2:

a) adiabatycznego, nieodwracalnego rozpężania pary wodnej

b) adiabatycznego, nieodwracalnego sprężania pary wodnej.