Внимание! При установке заданных давлений в котле, нужно помнить, что показания манометра умножаются на 10. (см. шкалу манометра).

10. Измеряется давление воздуха в сосуде Р_{изб 3}.

11. Опыт повторяется 3-4 раза.

12. Результаты замеров заносятся в таблицу наблюдений 4.1.

Таблица наблюдений 4.1.

(1 мм.рт.ст=133 Па)

Обработка результатов опыта:

Расчет показателя К производится в следующей последовательности:

Абсолютное давление воздуха в точке 1:

Абсолютное давление воздуха в точке 2:

Абсолютное давление воздуха в точке 3

Показатель адиабаты:

(31)

Если отношения давлений Р₁/P₂ и Р₁/P₃ мало отличаются от единицы, необходимо логарифмы этих отношений разложить в ряд, в результате чего после некоторых преобразований выражение (31) примет вид:

(32)

По рассчитанным величинам К для каждого опыта определяется сред­нее значение показателя адиабаты для воздуха.

Отчет по работе:

Отчет по работе должен включать следующие пункты:

1. Титульный лист.

2. Наименование и цель работы.

3. Схему опытной установки.

4. Таблицу наблюдений.

5. Обработку результатов опыта.

6. Оценку погрешности определения показателя адиабаты.

7. Выводы.

Лабораторная работа № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ СУХОСТИ ВОДЯНОГО ПАРА

Цель работы:

Целью работы является ознакомление с одним из методов эксперимен­тального определения степени сухости водяного пара, а также закреп­ление и углубление знаний по разделу курса "Водяной пар".

Задание:

Экспериментально определить степень сухости влажного водяного пара, а также определить его параметры с помощью h, s - диаграммы и расчетным путем с помощью таблиц водяного пара.

Теоретические основы метода:

Состояние влажного насыщенного пара определяется двумя величинами - давлением (или температурой) и степенью сухости.

Массовая доля сухого пара во влажном паре называется степенью сухости и обозначается через x:

(33)

где М˝ - масса сухого насыщенного пара во влажном паре;

М¢ - масса насыщенной жидкости во влажном паре.

Массовая доля жидкости во влажном паре называется степенью влажности и обозначается через y = М¢ / (М˝ +М¢). Очевидно у=1-х. Для сухого пара х=1, для воды (жидкости) х=0. Следовательно, началу процесса паро­образования соответствует степень сухости х=0, завершению про­цесса парообразования, т.е. состояния сухого насыщенного пара, соот­ветствует степень сухости х=1. В процессе парообразования х постепенно увеличивается от 0 до 1.

Под степенью сухости пара х понимают массовую долю сухого насы­щенного пара во влажном паре.

В основу экспериментального определения степени сухости влажного пара положен метод конденсации пара. Проходя через холодную воду, налитую в калориметр, влажный пар конденсируется и отдает воде коли­чество теплоты Q, равное:

где m_n - масса сконденсировавшегося пара, кг;

h_x – энтальпия влажного пара, Дж/кг;

h₂ - энтальпия воды в калориметре после пропуска пара, Дж/кг.

Энтальпия влажного пара зависит от его степени сухости и может быть определена как:

где h^’ - энтальпия жидкости при температуре насыщения, Дж/кг (прил. 1);

r - теплота парообразования, Дж/кг (прил. 1).

Энтальпия воды h₂ мажет быть определена по формуле:

где c_в - удельная теплоемкость воды, равная 4,19·10³ Дж/(кг К);

Т₂ - температура воды в калориметре после конденсации пара, К.

Количество теплоты, аккумулированной в калориметре, можно найти
из выражения:

где m_в - масса воды в калориметре до конденсации пара, кг;

T ₁ - температура воды в калориметре до конденсации пара, К.

Подставив значение Q из выражения (34) в уравнение (37), найдем величину h_x. Подставив далее найденное значение h_x в (35), полу­чим расчетную формулу для определения степени сухости:

(38)

Формула (38) положена в основу метода определения, степени сухости влажного пара.

Описание установки:

Экспериментальная установка (рис. 8) состоит из калориметра 5, во внутренний сосуд которого заливается вода. В крышке калориметра имеются два отверстия для установки термометра 4 и подвода пара. Пар в калориметр подается из котла 1 через вентиль 2. Давление пара измеряется манометром 3.

Проведение опыта:

Взвешиванием на технических весах определяется масса пустого ка­лориметра m_к. Затем калориметр наполняется водой на 2/3 его объема. Определяется масса калориметра с водой m_к1. С помощью термометра из­меряется, температура воды Т₁ в калориметре, после чего в калори­метр под уровень воды подается пар, пока температура воды не повысится до Т₂=333...353 К(t₂= 60…80 °С). При этом давление пара в котле поддерживают постоянным. По окончании пропуска пара вода в ка­лориметре тщательно перемешивается, измеряется её температура Т₂ и определяется масса калориметра с горячей водой m_к2.

Результаты наблюдений заносятся в таблицу наблюдений 5.1.

Таблица наблюдений 5.1.

Обработка результатов опыта:

1. Из таблиц водяного пара (прил. 1) по абсолютному давле­нию Р_абс находятся численные значения величин h^’ и r. По формуле (36) подсчитывается h₂.

2. Определяется масса воды в калориметре m_в и масса сконденсировавшегося пара m_n из соотношений:

3. По формуле (38) c использованием соотношений (39) и (40) находится численное значение степени сухости пара x.

4. По диаграмме h, s определяются энтальпия h_x и энтропия
s_x влажного пара и сравниваются с расчетными h_x и s_x, полученными по формулам:

где s’ берется по таблицам (прил. I), а T_s - температура насыщения при давлении Р_абс.

В - барометрическое давление.

В технических расчетах принимают величину барометрического давления В = 745 мм. рт.ст. (1 мм рт.ст. = 133 Па).

1004 и 1929 Дж/(кг К) - теплоемкости воздуха и перегретого пара; 2,5·10⁶ Дж/кг - теплота парообразования;

Психрометр Августа отличается от описанного выше только тем, что в нем отсутствует принудительное движение воздуха и чаще применяются спиртовые термометры.

Гидрометрический метод определения влажности воздуха с помощью во­лосяного гигрометра основан на свойстве волоса изменять свои размеры в зависимости от влажного воздуха.

Волосяной гигрометр (рис. 10) состоит из пучка обезжиренных волос 1, один конец которого закреплен неподвижно, а другой обертывается вокруг валика 2 и натягивается грузом 3. На валике 2 закрепляется стрелка, которая перемещается по шкале, проградуированной в % относительной влажности воздуха. При повышении влажности воздуха волосы удлиняются, Груз опускается и поворачивает стрелку вправо. При понижении влажности воздуха длина волоса сократится, груз поднимется вверх и повернет стрелку влево.

Проведение опыта:

1. Специальной пипеткой увлажняют батист 4 на ртутном шарике мок­рого термометра 3 аспирационного психрометра (рис. 9). Далее ключом заводят пружину вентилятора 2 психрометра. Через 2-3 мин после нача­ла работы вентилятора записывают в таблицу наблюдений 6.1. показания сухого и мокрого термометров аспирационного психрометра.

2. В таблицу наблюдений 6.2. записывают показания сухого и мокрого термометров психрометра Августа.

3. В таблицу наблюдений 6.2. заносят показания волосяного гигрометра.

Обработка результатов опыта:

1. По показаниям термометров t_c и t_м аспирационного психрометре на диаграмме h, d находится точка А, соответствующая состоянию влажного воздуха в лаборатории, так, как показано на рис. 11. Последовательность нахождения точки А такова: по изотерме, соответствующей температуре мокрого термометра t_м доходят до линии φ = 100 %. Из точки пересечения этих линий по линии t_м=const (линия посто­янной истинной температуры мокрого термометра) доходят до изотермы, соответствующей температуре сухого термометра t_c. Получают точку А. По точке А находят относительную влажность воздуха φ, энтальпию (значение линии энтальпии, проходящей через точку А). Опуская точку А по вертикали вниз, находят температуру точки росы t_р, парциальное давление пара P_n, и влагосодержание (см. рис. 11). Все данные заносят в таблицу наблюдений 6.1.

Таблица наблюдений 6.1.

По аспирационному психометру

tc, оС

tм, оС

tр, оС

Pn, бар

ρn,

ρн,

h, h,d

h, фор

φ, h,d %

φ, табл %

φ, гр. %

d h,d

d фор

Примечание

В=…мм рт.ст.

(1 мм рт.ст = 133 Па)