Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Топливо и теория горения. Лабораторный практикум
.pdf
11
Холодная вода через запорное устройство (вентиль) В1 поступает
Р и с. 2. Схема установки ПГ-2:
1 – ручка газового блокировочного крана; 2 – кнопка электромагнитного
клапана
Т4
Т3
р2
р3
Газ
T2
T5
p1
K2
B2
B1
1
2
G1
G2
p4
p6
T1
p5
p1
p2
h
h
г
t
г
h
q
h
υ
в
t
в
t
г
t
г
t
t
г
в водомер G1 и далее через водогазогорелочный блок подается в
теплообменник водонагревателя. Давление и температура холодной
воды измеряются соответственно образцовым пружинным манометром р1 и термоэлектрическим термометром Т1 типа ТХК, а давление и
температура горячей воды измеряются аналогичными приборами – р5
и Т5.
Температура дымовых газов на входе в теплообменник (в топке)
измеряется термоэлектрическим термометром Т2 типа ТХА, а на выходе из теплообменника – Т3 типа ТХА. Разрежение в дымоходе измеряется микроманометром р2 типа ММН, а расход дымовых газов –
трубкой Пито-Прандтля с микроманометром р6. Барометрическое
давление и температура окружающей среды измеряются соответственно барометром и лабораторным ртутным термометром.
До выполнения работы необходимо изучить устройство ВПГ-23-
В1 и инструкцию по его эксплуатации.
12
Порядок проведения опыта
)(Δ
ввв
ttt
г
t
г
t
в
t
в
t
1г
V
2г
V
1в
V
2в
V
1. Проверить наличие тяги в дымоходе по микроманометру р2.
При разрежении в дымоходе менее 1,96 Па водонагреватель не работает.
2. Открыть запорные устройства К1 и К2 на газопроводе перед
водонагревателем и В1 на трубопроводе холодной воды.
3. Повернуть ручку 1 газового блокировочного крана на приборе
по часовой стрелке до упора.
4. Нажать кнопку 2 электромагнитного клапана и зажечь запаль-
ную горелку. По истечению 10÷60 с отпустить кнопку электромагнитного клапана. При этом пламя запальной горелки не должно погаснуть.
5. Нажать ручку 1 газового блокировочного крана в осевом на-
правлении и повернуть ее по часовой стрелке до упора. При этом запальник должен работать, а основная горелка не должна еще зажигаться.
6. Открыть вентиль В2 отбора горячей воды, должна включиться
основная горелка. Регулирование степени нагрева воды можно производить как величиной ее отбора, так и изменением расхода газа.
7. Краном К2 установить номинальное давление газа перед ос-
новной горелкой р
=2940 Па (при работе на сжиженном газе).
ном
8. Изменяя расход воды вентилем В2, достичь перепада темпера-
тур воды
=45÷50 ºС.
9. В установившемся режиме снять показания всех измеритель-
ных приборов, смонтированных на установке: hг, h и hυ; по манометрам р3, р4 и р6; р1 и р2 – по манометрам р1, р5, tг,
термометрам Т4, Т2, Т3, Т1 и Т5;
,
и
,
,
и
,
– по газовому
– по
счетчику G2 и водомеру G1 за промежуток времени Δτ≥ 5 мин.
10. Измерить барометрическое давление ра и температуру окру-
жающей среды tс. Выключить водонагреватель.
11. Результаты измерений записать в табл. 2.
12. Проделать аналогичные опыты при давлениях газа перед ос-
новной горелкой 1500 Па и 2500 Па.
Обработка результатов измерений
1. Привести действительные значения высот столбов рабочих жидко-
стей манометров р3, р4 и р6 к нормальным условиям по формуле (3.11) [1].
13
Результаты измерений при испытании ВПГ-23
№
опыта
h
г
, м вод. ст.
h, м вод. ст.
h
υ
, м вод. ст.
р1,
Па
р2,
Па
tг,
ºС
г
t
,
ºC
г
t
,
ºC
в
t
,
ºC
в
t
,
ºC
ΔV
г
=V
г2
– V
г1
, м
3
ΔV
в
=V
в2
– V
в1
, м
3
)ρρ(c0 ghр
c
ρ
c
га
овоздс
15,273
15,273
101325
ρρρ
tрр
г
p
о
ρ
Δτ
1г2г
VVV
Δτ
в12в
в
VVG
SG
д.гд.гд.г
υρ
д.г
ρ
д.г
υ
д.г
υ
д.г
ρ
д.г.0
ρ
г
t
г
впга
н
15,273
15,273
101325
)(
t
ррр
VV
вп
ρ
ра=… Па; tc=… ºС.
Таблица 2
2. Подсчитать избыточные давления рг и р
манометрами р3 и р4 по формуле (3.1) [1]
, Па, измеряемые
ном
. Плотность
среды (воздуха) над рабочей жидкостью в U-образных манометрах
р3 и р4 для условий опыта равна
.
Здесь
– давление газа у счетчика (рис. 2);
– плотность воз-
духа при нормальных физических условиях, кг/м3 (см. табл. П1 Приложения).
3. Определить расходы газа V, м3/с, воды Gв, кг/с, и дымовых га-
зов G
, кг/с, для условий опыта
д.г.
;
Здесь
и
– соответственно плотность, кг/м3, и средняя
;
.
скорость движения, м/с, дымовых газов в газоходе; S – сечение газохода, м2.
определяется по формуле (4.2) [1]:
=
·273,15·(ра + р
)/(101325(273,15 +
д.г
)).
4. Привести расход газа к нормальным условиям
,
где
– парциальное давление водяных паров, содержащихся в газе
(см. табл. П4).
5. Определить тепловую мощность водонагревателя по формуле
(1), производительность – по формуле (3) и КПД – по формуле (.4).
14
6. Вычислить значение среднего температурного напора
ср
Δt
2/)ΔΔ(Δ
мδср
ttt
мδ
Δ/Δ tt
)Δ/Δ(/)ΔΔ(Δ
мδмδср
ttnttt
мδ
Δ/Δ tt
)Δ/(
срп
tFQk
№
опыта
рг,
Па
р
ном
,
Па
Gг,
кг/с
Gв,
кг/с
N,
кВт
Vн,
нм3/с
Qп,
кВт
Δtср,
ºС
k,
Вт/(м2·К)
η, % Δр,
МПа
:
при
при
<2;
≥2.
7. Вычислить значение коэффициента теплопередачи k, Вт/(м2·К)
,
где F – расчетная поверхность теплообмена водонагревателя, м2.
8. Определить гидравлическое сопротивление Δр, Па. Δр=р1 – р2.
9. Результаты вычислений записать в табл. 3.
10. По результатам экспериментальных исследований построить
графики изменения k, Qп и η в зависимости от давления перед горелкой.
Таблица 3
Результаты вычислений по работе 2
Контрольные вопросы к лабораторной работе 2
1. Какими показателями характеризуется работа проточного газового
водонагревателя?
2. Объясните устройство ВПГ-23-В1.
3. Изложите порядок пуска ВПГ-23-В1.
4. Для каких целей смонтирован на лабораторной установке измери-
тельный прибор р2?
5. Объясните устройство и принцип действия основной горелки ВПГ-
23-В1.
6. Что такое средний температурный напор, коэффициент теплопере-
дачи? Каков физический смысл этих величин?
7. Как определяется момент выхода установки на стационарный ре-
жим?
8. Назовите источники погрешностей при экспериментальном опре-
делении производительности водонагревателя.
теплопроизводительности?
лась относительная среднеквадратическая погрешность измерения Qп?
9. Какие измерения вносят наибольшие погрешности в определении
10. Для каких целей, наряду с максимальной погрешностью, вычисля-
15
Лабораторная работа 3
р
в
Q
р
н
Q
)(
с
в
с
н
QQ
)(
г
в
г
н
QQ
Определение теплоты сгорания газа калориметром Юнкерса
Содержание работы
1. Изучение устройства и принципа действия газового калори-
метра Юнкерса.
2. Экспериментальное определение теплоты сгорания сжиженно-
го углеводородного газа с помощью калориметра Юнкерса.
Общие сведения
Важнейшей характеристикой топлива является его теплота сгорания. Различают высшую и низшую теплоту сгорания Высшей теп-
лотой сгорания топлива
называют все количество теплоты, выде-
ленное при сгорании 1 кг твердого или жидкого, или 1 м3 (при нормальных условиях) газообразного топлива при конденсации водяных
паров, содержащихся в продуктах сгорания, в жидкость. На практике,
как правило, не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации водяных паров и поэтому введено понятие низшей теплоты
сгорания
. Ее величину получают, вычитая из высшей теплоты
сгорания теплоту парообразования влаги как содержащейся в топливе, так и образовавшейся при его сжигании.
Теплоту сгорания обезвоженного (сухого) топлива называют теплотой сгорания сухой массы топлива и обозначают
, а обезвоженного и обеззоленного топлива – теплотой сгорания горючей
массы топлива и обозначают
. Для сравнения тепловой цен-
ности различных топлив введено понятие «условное топливо», теплота сгорания которого равна 29,308 МДж/кг (7000 ккал/кг).
Теплоту сгорания топлива определяют экспериментально калориметрическим способом при помощи калориметрической бомбы
(для твердого и жидкого топлива) или газового калориметра (для газообразного топлива).
Принцип действия газового калориметра основан на том, что теплоты выделяемая горящим газом, непрерывно воспринимается потоком воды. Если пренебречь потерями теплоты с уходящими дымовыми газами в окружающую среду и химической неполнотой сгорания газа, то вся теплота, выделившаяся при сгорании газообразного
16
топлива будет полностью затрачивается на нагревание воды.
тн
р
в
QVQ
р
в
Q
т
Q
р12т
)( сttМQ
21
, tt
)(5,0
21ср
ttt
п
Q
п
р
в
р
н
QQQ
н
п
2500VmQ
, (5)
где
ревшего газа, приведенное к нормальным условиям, м3;
– высшая теплота сгорания газа, кДж/м3; Vн – количество сго-
– теплота,
выделившаяся при сгорании топлива и поглощенная водой в калориметре, кДж.
, (6)
где М – масса воды, прошедшей через калориметр за время опыта, кг;
– температура воды, входящей в калориметр и выходящей из не-
го, ºС; ср – теплоемкость воды, кДж/(кг· ºС) при средней температуре
.
Низшая теплота сгорания меньше высшей на величину скрытой
теплоты парообразования (теплоты конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах)
, кДж/м3.
; (7)
, (8)
где m – количество сконденсировавшихся водяных паров, кг, при
сжигании Vн, м3, газа; 2500 – теплосодержание водяного пара, кДж/кг.
Описание экспериментальной установки
Экспериментальная установка (рис. 3) состоит из газового калори-
метра Юнкерса I, счетчика расхода газа II, инжекционной лабораторной
горелки III и баллона с газом IV. На баллоне установлен регулятор давления «Балтика», который снижает давление газа до 3±0,3 кПа.
Газ, теплота сгорания которого определяется, из баллона IV через
регулятор давления (на рис. 3 не показан) и запорное устройство К1
поступает в газовый счетчик II и далее через запорное устройство К2
подается к газовой горелке III. Давление и температура газа у счетчика измеряется соответственно U-образным жидкостным манометром
р1 и лабораторным ртутным термометром Т3. Давление газа перед
горелкой устанавливается краном К2 и измеряется U-образным манометром р2.
17
Продукты сгорания, образовавшиеся при горении газа, поднима-
Р и с. 3. Схема калориметрической установки:
I – газовый калориметр Юнкерса, II – счетчик расхода газа, III – инжекционная лабораторная горелка, IV – баллон с газом; 1 – цилиндр; 2,
5 – трубочки; 3 – камера; 4 – приемник; 6 – сливная воронка; 7 –
заслонка; 8 – трубка
T1
T3
T2
p2
p1 2 6 1 5
7 3 4
8
III
I
IV
K1
K2
T4
B1
H
t
д.г
t1
t2
t3
hг
А1
Δh II
ются внутри цилиндра 1 и поступают вниз по трубочкам 2 в камеру 3,
отдают теплоту воде, а затем через трубку с заслонкой 7 выходят в ат-
мосферу. Температура уходящих дымовых газов t
измеряется тер-
д.г
мометром Т4, ее желательно поддерживать на 1–4 ºС ниже температуры окружающей среды. Это позволяет в расчетах пренебречь потерями теплоты в окружающую среду и с уходящими дымовыми газами.
Холодная вода по шлангу от водопроводного крана поступает в
приемник 4, затем в калориметр по трубочке 5. Обтекая трубочки 2,
вода нагревается и поступает в сливную воронку 6, откуда с помощью сливного шланга или двухходового крана (на рис. 3 не показан)
может направляться в мерный сосуд (во время опыта) или в сливную
18
воронку (до опыта). Температура входящей в калорифер воды изме-
р
в
Q
ряется термометром Т1, а выходящей – Т2. С помощью крана В1 устанавливается требуемый расход воды.
Стабильность режима поддерживается постоянными расходами
газа и воды. Разность показаний термометров Т1 и Т2 следует поддерживать в пределах 10÷12 ºС. Такой перепад обеспечивает необходимую точность измерения разности температур, а также снижает потери
в окружающую среду. Вследствие низкого значения температуры воды, проходящей через калориметр и температуры отходящих газов водяные пары из продуктов сгорания выпадают (конденсируются). В
этом случае определяется высшая теплота сгорания газа
, кДж/м3.
Порядок проведения опыта
1. Открыть вентиль В1 и наполнить калориметр водой. Вода
должна вытекать непрерывной струей из сливного шланга.
2. Проверить герметичность газовых часов. Для этого закрыть
выпускной кран К2 при открытом впускном – К1, после колебаний
стрелка должна остаться в прежнем положении.
3. Закрыть воздушные регулировочные заслонки на горелке. От-
крыть кран К1 и осуществить продувку всего газового тракта, выпустив первые порции газа (2 оборота счетчика) в атмосферу.
4. Зажечь горелку и, открывая воздушные заслонки, отрегулиро-
вать количество первичного воздуха так, чтобы пламя сделалось прозрачным.
5. Ввести горелку в калориметр, установить ее по центру так,
чтобы пламя не касалось стенок. Добиться установившегося режима
работы установки: t1=const; t2=const; Δt=10÷12 ºС; t
– (1÷4) ºС; из
д.г=tв
трубки 8 равномерно капает конденсат.
6. В момент прохождения стрелкой газового счетчика целочис-
ленного значения одновременно направить сливной шланг в предварительно взвешенный мерный сосуд, а под трубку 8 подставить мерную колбочку.
7. Во время проведения опыта записывать показания термомет-
ров Т1, Т2, Т3, Т4 и манометров р1, р2. Продолжительность опыта –
два полных оборота стрелки счетчика (сгорание 10 л газа).
8. В момент завершения выбранного интервала времени (прохо-
ждение 2-го оборота стрелкой счетчика) одновременно прекратить
19
сбор воды и конденсата (конденсат можно собирать в течение боль-
№ опыта
h
г
, м вод. ст.
h
ном
, м вод. ст.
1
t
,
ºС
2
t
,
ºС
V
,
м3
M,
кг
m
,
кг
рг,
Па
р
ном
,
Па
Vн,
м3
р
в
Q
,
кДж/м
3
р
н
Q
,
кДж/м3
gtt
hhhh
0
)ρρ(c0 hgр
c
ρ
с
га
вс
15,273
15,273
101325
293,1ρρ
tрр
г
p
с
в.пгa
н
15,273
15,273
101325
)(
t
рpp
VV
в.п
р
шого количества оборотов газовых часов, например 6).
9. Измерить температуру воздуха в помещении tв, ºС и баромет-
рическое давление ра, Па.
10. Определить массу воды и конденсата, а при необходимости
произвести усреднение температур и давления газа за время опыта.
11. Опыт по п.п. 6÷10 повторить три раза. Результаты измерений
записать в табл. 4.
Таблица 4
Результаты работы ТГ-2
tв= … ºС; ра= … Па.
Обработка результатов измерений
1. Привести действительные значения высот столбов рабочей
жидкости h
и h
г
U-образных манометров р1 и р2 к нормальным ус-
ном
ловиям по формуле (3.11) [1]:
.
2. Подсчитать избыточные давления газа рг и р
, Па, измеряе-
ном
мые жидкостными манометрами р1 и р2, по формуле
. Плотность
среды (воздуха) над рабочей жидко-
стью в U-образном манометре для условий опыта равна
,
где
– давление газа у счетчика II (рис. 3);
3. Привести действительный объем V, м3 сгоревшего газа к нор-
мальным условиям:
,
где
– парциальное давление водяных паров, содержащихся в га-
зе, определяется по температуре tг (см. табл. П4 Приложения).
20
4. Определить высшую теплоту сгорания газа для каждого опыта,
нp12
p
в
/)( VсttМQ
н
р
в
р
н
/2500 VmQQ
р
в
Q
р
н
Q
3
1
.3/
i
i
QQ
используя формулы (5), (6):
.
5. Подсчитать низшую теплоту сгорания газа по формуле (7)
.
6. Определить среднее арифметическое (истинное) значение
и
по результатам трех измерений по формуле:
Контрольные вопросы к лабораторной работе 3
1. Объясните устройство и принцип работы лабораторной установ-
ки.
2. Как учитываются в настоящей работе потери теплоты с уходя-
щими дымовыми газами?
3. Объясните наличие в дымовых газах водяных паров. Как рассчи-
тывается теплота, выделяющаяся при конденсации водяных паров?
4. Почему в уравнении теплового баланса не учитывают теплопо-
тери в окружающую среду?
5. Выведите формулу приведения объема сожженного газа к нор-
мальным физическим условиям.
6. Какие измерения называются техническими? Чем отличаются
технические измерения от точных?
7. Объясните устройство и принцип действия газовых часов.
8. Зачем измеряют температуру газа в газовых часах?
9. Назовите основные причины, вызывающие химическую непол-
ноту сгорания газообразного топлива. Каковы способы их устранения?
10. Почему измерение физических величин в настоящей работе
производят в установившемся режиме? Как определяется установившееся состояние?
11. Выведите формулу для определения максимальной абсолютной
погрешности измерения высшей теплоты сгорания газа?
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]