2. Методика

В основу методики экспериментального определения степени сухости х влажного насыщенного пара положен метод конденсации пара. Через холодную воду, налитую в калориметр, пропускается влажный пар, который при конденсации отдает воде количество теплоты Q_п, Дж:

Q_п = m _вл (i _{x –} i ₂ ), (6.1)

где m _вл - масса влажного насыщенного сконденсировавшегося пара, кг;

i_x - энтальпия влажного насыщенного пара, Дж / кг.

I₂ - энтальпия воды в калориметре после пропуска пара, Дж / кг.

Энтальпия воды в калориметре после пропуска пара определяется по формуле:

(6.2)

где - средняя удельная изобарная теплоемкость воды, Дж/(кг·К), С_р = 4187 Дж/(кг·К).

t₂ – температура воды в калориметре после конденсации пара, ^оС.

Энтальпия влажного насыщенного пара i_x определяется по формуле:

i_x = i’ + r· x, (6.3)

где r – теплота парообразования, Дж/кг

Количество теплоты, отданное паром, Q_П можно определить также из уравнения баланса теплоты:

Q_П = Q_B + Q_КАЛ + Q_ТП, (6.4)

где Q_B – количество теплоты, воспринятой водой, Дж;

Q_КАЛ – количество теплоты, идущее на нагревание стенок и деталей калориметра, Дж;

Q_ТП – тепловые потери в окружающую среду, которыми пренебрегаем из-за их малости, Дж.

Количество теплоты, воспринятое водой в калориметре, определяется следующим образом:

, (6.5)

где т_в – первоначальная масса воды в калориметре, кг;

t₁ – первоначальная температура воды в калориметре, ^оС.

количество теплоты, идущее на нагрев стенок калориметра, определяется по формуле:

Q_КАЛ = с (t₂ – t₁), (6.6)

где с – постоянная калориметра, Дж/К (с = 400 Дж/К).

Подставим (6.1) с учетом (6.2), (6.5), (6.6) в уравнение теплового баланса:

. (6.7)

Подставим преобразованное уравнение (6.3) в (6.7) и после несложных преобразований получим:

. (6.8)

4. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из парового кипятильника 1, нагревателя 2, напряжение питания которого регулируется ЛАТРом 3. на кипятильнике установлен предохранительный клапан 7. кран 8 необходим для сообщения парового кипятильника с атмосферой. Для измерения атмосферного давления р_о имеется барометр 4, а для измерения температуры окружающей среды t_о – термометр 5. К паровому кипятильнику 1 подключен пароводяной теплообменник 6 (конденсатор), который снабжен входным 10 и выходным 11 патрубками для ввода и вывода соответственно охлаждающей воды. Масса сконденсировавшегося влажного пара определяется с помощью мензурки 12 по изменению уровня жидкости в ней за время опыта.

Рисунок 6.3 - Лабораторная установка «Определение степени сухости влажного насыщенного пара»

5. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с приборами и схемой лабораторной установки.

2. Измерить и записать показания термометра 5 и барометра 4.

3. Проверить при помощи мерной палочки количество воды в паровом кипятильнике 1, оно должно быть 50 – 70 % его объема.

4. Открыть кран 8, т.е. сообщить паровой кипятильник с атмосферой.

5. Включить ЛАТР 3 и установить напряжение питания 200 В.

6. При появлении струи пара в кране 8 открыть кран 10 для ввода охлаждающей воды.

7. Конденсат влажного пара собирается в мензурке 12, при достижении необходимого количества (40 г) установка отключается от сети.