- •Техническая термодинамика. Лабораторная работа №1. Определение термодинамических характеристик воды и водяного пара.
- •Описание установки.
- •Лабораторная работа № 2 Определение теплоёмкости воздуха при атмосферном давлении.
- •Изохорная массовая теплоёмкость воздуха по уравнения Майера составляет
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №3 Исследование изохорного процесса
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4 Градуирование термопар
- •Лабораторная работа №5
- •Описание установки
- •Контрольные вопросы
- •Определение коэффициента теплопроводности методом плиты (метод двух образцов)
- •Описание установки
- •Выполнение работы и обработка результатов исследование
- •Контрольные вопросы
Описание установки.
Влажный пар, необходимый для проведения опыта, изготавливается в стеклянном выпаривателе 2 (рис.13), который находится на электроплитке. Пар транспортируется резиновым шлангом 4 в погружённый в воду змеевик 7, где он конденсируется. Образованный конденсат стекает и сборник 8 и охлаждается ниже температуры насыщения . Отвод тепла от пара и конденсата протсходит до воды 6, в кторую погружены змиевик 7 и сборник конденсата 8. На дне сборника есть пробковый кран10, предназначенный для выпуска конденсата с целью измерения его количества. Конденсатосборник соединяется с атмосферой с помощью трубы, что обеспечивает конденсацию пара при атмосферном давлении, которое измеряется барометром и определяет температуру насыщения.
Выделенная во время конденсации и переохлаждения теплота принимается водой, налитой в колбу 6. Температура воды измеряется ртутным термометром 9. Во время исследования вода перешивается мешалкой 11, которая приводится в действие электродвигателем 12. Всю систему размещают в посудине 5 с двойными стенками. Таким образом, посудина 5 будет калориметром, который обеспечивает минимальные потери теплоты и высокую точность измерения.
рис.13 Схема установки для определения степени сухости пара.
Выполнение работы.
Для проведения экспериментальных исследований отдельные элементы лабораторной установки должны быть подготовлены заранее. Воду наливают в стеклянный выпариватель 2 выше половины его высоты на включённую плитку1. Потом запускают электромешалку и через 3-5 минут измеряют начальную температуру воды в посудине 6 термометром 9. Через 2-3 минуты после начала кипения воды в выпаривателем его соединяют со змеевиком резиновым шлангом. В результате выделенной паром и конденсатом теплоты температура воды в посудине 6 поднимается. После того, как температура воды становится на 18-20°С выше, чем начальная (18 … 20), разъединяют выпариватель и змеевик и замеряют температуру воды в посудине 6 термометром 9 через каждые 30 секунд. Сначала показания термометра увеличиваются, а потом уменьшаются. Конечная температурабудет равняться наибольшему из показаний термометра. После выключают электроплитку и останавливают работу электродвигателя. Для определения массы конденсатаизымают из установки змеевик 7 со сборником 8, открывают кран 10 и сливают конденсат в измерительную колбу и измеряют объём конденсатаVк. После завершения опыта выливают воду с посудины 6 и собирают установку.
Обработка результатов опыта.
В данной экспериментальной установки для определения степени сухости применяют калориметричный метод. Масса влажного пара , которая попадает в змеевик равна массе образованного конденсата. Считается, что конечная температура конденсата равна температуре водыв посудине 6 в конце опыта. Неизвестную величину степени сухостиопределяют из уравнения теплового баланса теплообменного процесса, осуществлённого в змеевике. Уравнение теплового баланса – это равенство между количеством теплоты, которая отдаётся паром при конденсациии конденсатом при охлаждениии количеством теплоты, которая принимается охлаждающей водойи металлическими частями установки (змеевик, посудина, мешалка).
где - масса соответственно змеевика, посудины и мешалки, кг;
- удельные теплоёмкости указанных частей, (Дж/кг К).
Водяной параметр установки W определяется равенством
.
Окончательно уравнение теплового баланса имеет вид:
(1.10).
Таким образом расчётная формула для определения степени сухости имеет вид:
, (1.11)
где - масса воды, которую наливают в посудину, кг;
и - температуры воды, измеренной термометром в начале и в конце опыта;
- масса сконденсированного пара, измеренная при удалении воды из змеевика и сборника конденсата, кг;
- теплота парообразования, которую определяют с помощью таблиц на линии насыщения при их барометрическом давлении, кДж/кг.
Результаты измерений и расчётов необходимо внести в таблицу 1.
Контрольные вопросы.
1. Какие процессы происходят в колбе и змеевике? Условия осуществления этих процессов.
2. Изобразить на диаграммах водяного пара в P-v, T-s и i-s координатах состояния пар при выходе из колбы и конденсата в сборнике, используя опытные данные.
3. Изобразить на диаграммах водяного пара в P-v, T-s и i-s координатах процессы, которые происходят в колбе и змеевике.
4. Что такое степень сухости пара? Чему равна степень сухости пара в этой работе? Что показывает численное значение степени сухости пара?
5. Перечислите основные состояния воды и покажите их на диаграммах.
6. В каких границах изменяется степень сухости?
7. Что такое влажный пар? Что такое теплота парообразования?
8. Что представляет собой водяной параметр установки?
9. Сформулируйте и запишите уравнение теплового баланса при конденсации пара в змеевике.
Таблица І
№ п/п |
Наименование |
Размерность |
Числовое значение | |
1 |
Барометрическое давление |
бар |
| |
мм. рт. ст. |
| |||
2 |
Температура насыщения пара при атмосферном давлении, ts |
оС |
| |
3 |
Масса води в калориметре, Mв |
кг |
2.5 | |
4 |
Водяной параметр калориметра, W |
кг |
0.27 | |
5 |
Начальная температура води в калориметре, t1 |
оС |
| |
6 |
Конечная температура води в калориметре, t2 |
оС |
| |
7 |
Масса конденсата, Mк |
кг |
| |
8 |
Средняя теплоёмкость води |
кДж/(кг К) |
4,19 | |
9 |
Теплота парообразования, r |
кДж/кг |
| |
10 |
Степень сухости пара, x |
|
| |
11 |
Энтальпия кипящейводи, |
кДж/кг |
| |
12 |
Энтальпия сухого насыщенного пара, |
кДж/кг |
| |
13 |
Энтропия кипящей води, |
кДж/(кг К) |
| |
14 |
Энтропия сухогонасыщенного пара, |
кДж/(кг К) |
|