Порядок проведения измерений

До начала проведения измерений необходимо заготовить журнал наблюдений по форме, представленной в таблице виртуального документа.

Экспериментальное исследование процесса истечения состоит в измерении действительного расхода водяного пара при постоянном давлении в камере перед соплом р₁ и различных давлениях среды в камере за соплом, т.е. при различных отношениях давлений , начиная от наименьшего и кончая β

Проведение опыта на установке заключается в измерении параметров пара на входе в сопло, давления в минимальном сечении и в камере за соплом, а также времени заполнения конденсатом тарированной емкости.

В виртуальной версии начальные параметры эксперимента задаются автоматически по заданным значениям номеров группы и бригады (№ своей бригады студент должен знать). Вместе с тем ему необходимо ознакомиться с проводимыми приготовлениями к началу опыта.

Поскольку в опытах при различных режимах необходимо иметь давление пара на входе в установку одинаковым, то перед началом опытов с помощью вентиля 1 установить давление пара примерно на 0,1-0,2 кг/ меньше максимального, чтобы на случай падения давления в паровой линии можно было, открывая вентиль 3, восстановить давление пара.

Для проведения первого опыта полностью открыть вентиль 7. Это будет соответствовать минимальному значению

Первый опыт можно начинать после того, как установится стационарный режим истечения, главным критерием которого будет являться постоянство температуры пара на входе в установку и давлений , и

Виртуальный опыт проводится в следующем порядке:

1. Заполнить ячейки в жёлтом поле. Ввести № группы и бригады, атмосферное давление, соответствующее данным гидрометцентра на день выполнения работы. Индивидуальные данные: коэффициент сопла (ξ) и массу конденсата в мерной ёмкости (k).

2. Установить избыточное давление на 2-й строке выше начального (давления на первой строке), ближайшее к нему, округлённое до десятых долей (например: р_{ср 1} = 0,23 ат; р_{ср 2} = 0,3 ат).

3. Продолжить заполнение таблицы, увеличивая давление на 0,2 ат. Закончить заполнение столбца, если давление р_ср окажется меньше давления р₂.

4. Установить начало отсчёта τ = 0. Время заполнения ёмкости введётся автоматически.

Таким образом, измеряя время заполнения τ тарированного объема при известной постоянной расходомера, определяется действительный расход водяного пара , кг/с, по формуле:

,

(6.1.1)

где -объем емкости-расходомера; плотность воды при атмосферном давлении и комнатной температуре; τ-время заполнения емкости – расходомера, с; постоянная емкости – расходомера, г (задаётся преподавателем; перевести в систему Si).

После измерения расхода в журнал записываются измеряемые параметры , , . Запись измеряемых величин вести по форме журнала наблюдения (см. табл.1).

Обработка результатов измерений

После окончания всех измерений приступить к обработке полученных опытных данных. Обработку опытных данных провести в следующей последовательности.

1. Рассчитать абсолютные давления и заполнить свободные ячейки в соответствие с рассчитанными величинами

2. Вычислить энтальпию полного адиабатного торможения по формуле:

(6.1.2)

,

где определяется из уравнения неразрывности , считая, что параметры состояния потока пара , измеряются в цилиндрической камере диаметром =25 мм. По величине и , определяем параметры полного адиабатного торможения – давление и температуру .

3. Построить график зависимости = ( ).

Определить давление кризиса течения с помощью графических построений по результатам измеренных значений давлений. В начале на координатную сетку нанести экспериментальные точки всех измеренных состояний, приведенных к системе СИ, как показано на рисунке 6.1.2. Из графика = ( ) найти как среднее арифметическое значение точек , лежащих на горизонтальной прямой (все точки с давлением р < р₀ ∙ 0,546). При этом усредненном давлении на графике нанести горизонтальную линию. Далее наносим предварительно прямую линию и находим отклонения от нее остальных точек . Принимая количество точек, лежащих на этой линии (n), найти среднее отклонение, как: и сместить всю наклонную линию по вертикали на величину . На пересечении горизонтальной и наклонной линии определить точку кризиса течения.

Рис. 6.1.2 Зависимость давления пара на выходе из сопла от давления среды за соплом Построить график зависимости действительного расхода пара от от β, как показано на рисунке 6.1.3.

Рис. 6.1.3 Зависимость массового расхода от

4. Рассчитать коэффициент расхода μ для двух режимов течения:

μ =

(6.1.3)

при β > (дозвуковой режим течения) давление на выходе из сопла будет равно давлению среды в камере за соплом ;

при β < режим течения). Для определения коэффициента расхода μ теоретический массовый расход водяного пара m_τ, кг/с, рассчитать по уравнению неразрывности:

,

(6.1.4)

где – площадь выходного сечения суживающего сопла, ;

– удельный объем водяного пара в выходном сечении сопла, ;

- теоретическая скорость истечения на выходе из сопла, .

Скорость истечения из сопла в обратимом процессе, , рассчитывается по формуле:

(6.1.5)

где – энтальпия полного адиабатного торможения на входе в сопло, ; – энтальпия водяного пара в выходном сечении сопла (в обратимом процессе истечения), .

5. Рассчитать коэффициенты скорости φ = w_2д/w₂ для двух режимов течения:

при β > (дозвуковой режим течения)

при β < режим течения).

Действительный процесс истечения (с учетом трения) находим методом последовательного подбора, используя уравнения:

	(6.1.6)
,	(6.1.7)

где – энтальпия водяного пара на выходе из сопла (в действительном процессе истечения), ; – действительный расход водяного пара через сопло (для выбранного режима), ; – удельный объем водяного пара в выходном сечении сопла (в действительном процессе истечения), .

Выходная скорость должна получиться одинаковой при расчете по уравнениям (9) и (10) (Различие полученных значений скорости не должно превышать 1,5 м/с). Нахождение действительной скорости выполняется в несколько приближений. В первом приближении к температуре, соответствующей расчетной энтальпии (h₂) добавляется 2^оС – для этого состояния находятся h_2д и v_2д первого приближения. Если расхождение скоростей превышает 1,5 м/с, то аналогично выполняется второе приближение и т.д. После нахождения действительной скорости истечения определяем скоростной коэффициент . В критическом режиме течения скорость в обратимом процессе равна местной скорости звука - а

(6.1.8)

После нахождения действительной скорости истечения пара определяется скоростной коэффициент сопла:

(6.1.9)

Процессы в протоколе для расчета коэффициента расхода и коэффициента скорости задает преподаватель.

6. По результатам проведенных расчетов построить h – s диаграмму, как показано на рисунке 6.1.4.

Критический режим течения	Докритический режим течения
Рис. 6.1.4 h – s диаграмма режимов истечения водяного пара из суживающегося сопла