sbornik_lab_po_TOT

Сухой термометр показывает температуру окружающего воздуха. Мок-

рый термометр обернут кусочком тонкой гигроскопической ткани, свобод-

ной конец которой свернут жгутом и опущен в расширенную часть изогнутой трубки с дистиллированной водой. С поверхности мокрого термометра про-

исходит непрерывное испарение влаги, интенсивность которого зависит от влажности воздуха. Чем суше воздух, тем быстрее испарение со смачиваемо-

го термометра и этим ниже его показания, так как воздух, затрачивая теплоту на испарение влаги, охлаждает резервуар термометра. По разности показаний сухого и мокрого термометров, пользуясь специальной таблицей, прилагае-

мой к прибору, определяют относительную влажность воздуха (g в (%).

Продолжительность наблюдений 10... 15 минут.

Аспирационный психрометр (рисунок 15) более точный прибор по срав-

нению со статистическим. Его показания не зависят от колебаний скорости движения окружающего воздуха, потому что резервуары термометров, за-

ключенные в двойные трубчатые оправы, во время измерения омываются принудительным потоком воздуха с постоянной скоростью. Поток создается аспирато- ^ ром (вентилятором).

За 5 минут до начала наблюдений смачивают дистиллированной водой б мокрого термометра с помощью резинового баллончика с кибиткой, прила-

гаемой к прибору. Смочив водой термометр, заводят ключом аспиратор и в течении 4 минут после его пуска регистрируют показания сухого и мокрого термометров.

Относительную влажность воздуха находят по разности показаний термометров, используя пси-

хрометрическую таблицу данного психрометра или же определяют по диа-

грамме H,d- влажного воздуха.

Гигрометр. Гигрометр (рисунок 16) работает на принципе деформации обезжиренного волоса, зависящий от влажности воздуха. При повышении влажности волос удлиняется, и стрелка прибора перемещается вправо, при

22

понижении влажности волос укорачивается, стрелка отходит влево.

Шкала прибора имеет 100 делений, соответствующей относительной влаж-

ности воздуха.

Волосяной гигрометр позволяет определять относительную влажность воз духа при температуре и ниже -10°С.

1.4 Измерение расхода и скорости движения вещества

Расход измеряется в единицах, производных от массы (кг/с, кг/ч) или от объема (м3/с, м3/ч).

Для определения мгновенного расхода жидкости газа или пара применя-

ют дроссельный и скоростной метод измерения. Средний расход вещества определяют при помощи мерных баков весов, различных счетчиков.

Дроссельный метод измерения. Этот метод предполагает установку на прямом участке трубопровода какого либо дроссельного прибора-

диафрагмы, сопла, сопла Вентури (рисунок 17), создающего некоторое суже-

ние поперечного сечения.

Рисунок 17 Дроссельные приборы для измерения расхода: а - диафрагма; б -

сопло; в - сопло Вентури В сужающем устройстве скорость движения потока увеличивается,

вследствие чего по закону Бернулли происходит падение давления. Измеряя перепад давлений в сужающем устройстве можно рассчитать расход измеряе-

мой жидкости, газа и пара.

Приборы для измерения скорости движения вещества. Для определе-

ния средней скорости потока применяются, пневмометрические трубки, на-

порные трубки, анемометры, кататермометры.

23

Измерение скорости с помощью пневметрической трубки сводится к измерению динамического давления Рд (скоростного напора), равного разно-

сти полного Рп и статистического Рст давлений.

Полное давление можно измерить посредством открытой трубки Пито,

поставленной навстречу потоку, а статистическое - при помощи трубки или отверстия в трубопроводе, направленных перпендикулярно потоку. Если обе трубки присоединить к противоположным концам дифманометра, по раз-

ность уровней жидкости р (рисунок 18) в нем покажет значение динамиче-

ского давления.

где р - плотность рабочей жидкости в дифманометре, кг/м ; рср - плотность среды в дифманометре над рабочей жидкостью, кг/м3.

При помощи двойной пневмометерической трубки (рисунок 19) можно из-

мерять динамическое давление в любой точке поперечного сечения потока.

Приемником полного давления в нем является осевое отверстие 1, а - стати-

стического давления радиальные отверстия 2.

Скорость движения воздуха, в приточных и вытячиных отверстиях возду-

ховодов, а также скорости свободных потоков в помещениях можно изме-

рить анемометрами (рисунок 20) и кататермометрами (рисунок 21).

24

Расходомеры. Принцип работы водосчетчиков (механических, тахометриче-

ских) состоит в подсчете количества вращений крыльчатки, находящейся внутри счетчика, и вращающейся под давлением потока воды. Механизм счетчиков, отвечающих за точность показаний, расположен в отдельной час-

ти, которая изолирована от попадания в него воды.

Водосчетчики по принципу действия можно разделить

на тахометрические (в основе работы лежит помещенная в поток жидкости турбинка или крыльчатка, которая связана со счетным механизмом), вихре-

вые, ультразвуковые, электромагнитные (используются в промышленности)

— отличаются от тахометрических наличием электронных устройств и от-

сутствием подвижных частей. По конструктивному исполнению они подраз-

Стандартные приборы учёта холодной воды работают при температуре

40 °C, приборы учёта горячей воды при температуре до 90 °C, уровень дав-

ление воды в них равен 1 МПа. Водосчетчики используются с целью учёта количества расходы воды в квартирах и на предприятиях. Соответственно в зависимости от мощности систем отопления и водоснабжения счетчики бы-

вают индивидуальные и промышленные. Водосчетчики исправно пока-

25

зывают точные показания при температуре до 60 °C и относительной влажности воздуха до 98%.

Рисунок 19.1 Расходомер воды

Приборы для непосредственного измерения расхода вещества. Для из-

мерения расхода газов или прозрачных жидкостей применяются ротаметры

(рисунок 22), являющийся расходомером обтекания. Перепад давления в нем,

сохраняется постоянным, а расходное поперечное сече-

26

расход вещества за данное время. Жидкость или газ приводят в движе-

ние поршень или овальные шестерни (у счетчиков жидкости) и роторы (у счетчиков газа), ко-

торые кинетически связанны с суммирующим счетным механизмом прибора.

2 Порядок выполнения работы

-изучить различные способы измерения параметров состояния термоди-

-ознакомиться с приборами, установленными на лабораторных установ-

ках и стендах;

-оформить отчет.

3 Содержание отчета

Отчет о работе должен содержать краткое изложение цели работы, на-

чертить схемы и описать принцип работы приборов.

4 Контрольные вопросы и задания

1.Какие основные параметры измеряют при контроле над работой тепло-

технического оборудования?

2.Что собой представляют температура и давление?

3.Назовите приборы для измерения температуры.

4.Расскажите принцип действия стеклянных жидкостных термометров.

5.Расскажите принцип действия дилатометрических термометров.

6.Расскажите принцип действия манометрических термометров.

7.Расскажите принцип действия термометров сопротивления.

8.Расскажите принцип действия термоэлектрических термометров.

9.Расскажите принцип действия жидкостных манометров.

10.Расскажите принцип действия деформационных манометров.

11.Расскажите принцип действия грузопоршневых манометров.

27

12.Расскажите принцип действия электрических манометров.

13.Расскажите принцип действия психрометра.

14.Расскажите принцип действия гигрометра.

15.Назовите приборы для измерения расхода и скорости движения веще-

ства.

Лабораторная работа №2 «Исследование процесса парообразования в закрытом объеме»

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.Определить зависимость между температурой и давлением водяного пара в процессе его образования в закрытом объеме.

2.Сравнить полученные фактические зависимости давления и темпера-

туры водяного пара с зависимостями, полученными по уравнению состояния Менделеева-Клайперона для изохорного процесса.

3. Определить по полученным значениям температуры и давления па-

раметры водяного пара с помощью компьютерной программы «Н-S диаграм-

ма V1.5.1».

2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Вода и водяной пар широко применяется в энергетике, промышленно-

сти и агропроизводстве (в системах отопления и горячего водоснабжения,

для выработки электрической энергии, для выработки различных видов про-

дукции, обеззараживания и очистки поверхностей).

Промежуточное состояние вещества между состоянием реального газа и жидкостью принято называть парообразным или просто паром. Превраще-

ние жидкости в пар представляет собой фазовый переход из одного агрегат-

ного состояния в другое. При фазовом переходе наблюдается скачкообразное изменение физических свойств вещества. Примерами таких фазовых перехо-

дов является процесс кипения жидкости с появлением влажного насыщенно-

го пара и последующим переходом его в лишенный влаги сухой насыщенный пар или обратный кипению процесс конденсации насыщенного пара.

28

Водяной пар является реальным рабочим телом и также может находится в трех состояниях: влажного насыщения, сухого насыщения, и в перегретом состоянии. В каждом из указанных состояний пар описывается рядом параметров состояния: температура ( в том числе и температура на-

сыщения tн), давление p, удельный объем υ, степень сухости x, энтальпия h и

энтропия s.

При проведении технико-экономических расчётов для подбора обору-

дования в теплоэнергетике и других отраслях, и моделирования тепловых процессов, необходимы надёжные проверенные данные о теплофизических свойствах воды и водяного пара в широкой области давлений и температур.

Следовательно для правильного расчета необходимо знать зависимости между давлением и температурой и удельным объемом водяного пара. Ука-

занная зависимость определяется термическим уравнением состояния.

Уравнения состояния реальных газов сложны, поэтому в теплотехниче-

ских расчетах предпочитают использовать специальные таблицы, диаграммы и пакеты прикладных программ для ЭВМ.

Объясняется это тем, что вода представляет собой вещество, свойства которого весьма отличны от свойств большинства других веществ планеты Земля. В силу того, что вода в изобилии встречается во всех местах земного шара и является самой распространенной в природе жидкостью в основу ряда единиц измерения(например, объем 1 кг воды принят за единицу объема – литр; температура замерзания воды при атмосферном давлении принята за начало отсчета шкалы температур – 0 0С).

Многолетнее международное сотрудничество в области исследования свойств воды и водяного пара, позволило разработать и внедрить междуна-

родные нормативные материалы, содержащие уравнения для описания раз-

личных свойств, в специальные таблицы. На основании этих уравнений, со-

ответствующих требованиям Международной системы уравнений для науч-

ного и общего применения (The IFC Formulation for Scientific and Generale Use), были составлены и опубликованы подробные таблицы теплофизиче-

ских свойств воды и водяного пара, которые широко применяются в практи-

ке инженерных теплотехнических расчётов. Данные, полученные путём рас-

29

чёта по международным уравнениям, были приняты и в СССР, и получили определение таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара. В

них также включили данные по динамической вязкости.

Ещё в 1904 году немецкий теплофизик Рихард Молье разработал спе-

циальную диаграмму для упрощения и облегчения решений практических задач по теплотехнике, в которой в координатах энтальпии (h) и энтропии (s)

графически отображаются сведения из таблиц состояний. В 1906 году в Бер-

лине была издана его книга «Новые таблицы и диаграммы для водяного па-

ра». Впоследствии такая диаграмма получила название Диаграмма Молье. В

СССР некоторое время было принято название I-S диаграмма, а в настоящее время - H-S диаграмма.

H-S диаграмма водяного пара обладает рядом важных свойств: по ней можно быстро определить параметры пара и разность энтальпий в виде от-

резков, наглядно изобразить адиабатный процесс (например, адиабатное дросселирование водяного пара), и решать другие задачи (рисунок 1).

Рисунок 1. Н-S диаграмма водяного пара.

Диаграмма водяного пара состоит из ряда характерных кривых, описы-

вающих идеальные процессы, протекающих в газах (изобары p=const, изо-

термы t=const, изохоры υ=const), ряд кривых, обозначающих степень сухости водяного пара.

Изобара - изолиния, построенная методом объединения точек по зна-

чениям энтальпии и энтропии, соответствующих определённому давлению.

Изобары не имеют изломов при пересечении пограничных кривых. Семейст-

30

во изобар в области насыщения представляет собой пучок расходящихся прямых, начинающихся на нижней и оканчивающихся на верхней погранич-

ной кривой. Чем больше давление, тем выше лежит соответствующая изоба-

ра. Переход изобар из области влажного насыщенного в область перегретого пара происходит без перелома на верхней пограничной кривой.

Изотерма - изолиния, построенная методом объединения точек по значе-

ниям энтальпии и энтропии, соответствующих определённой температуре.

Изотермы пересекают пограничные кривые с изломом и, по мере удаления от верхней пограничной кривой, асимптотически приближаются к горизон-

тали.

Изохора - изолиния, построенная методом объединения точек по значени-

ям энтальпии и энтропии, соответствующих определённому объёму. Изохоры на H-S-диаграмме в области перегретого пара, всегда проходит круче, чем изобары, и это облегчает их распознавание на одноцветных диаграммах.

Степень сухости - это параметр, показывающий массовую долю насы-

щенного пара в смеси воды и водяного пара. Значение x=0 соответствует во-

де в момент кипения (насыщения). Значение х= 1, показывает, что в смеси присутствует только пар. При нанесении соответствующих точек в коорди-

натах «H-S», взятых из таблиц насыщения справочников свойств воды и во-

дяного пара, при их соединении получаются кривые, соответствующие опре-

делённым степеням сухости. В таком случае, линия х=0 является нижней по-

граничной кривой, а х=1 - верхней пограничной кривой. Область, заключён-

ная между этими кривыми, является областью влажного пара. Область ниже кривой х=0, которая стягивается практически в прямую линию (не показана),

соответствует воде. Область выше кривой х=1 - соответствует состоянию пе-

регретого пара.

Любая вертикальная прямая обозначает адиабатный процесс.

В области влажного насыщенного пара изотермы совпадают с кривыми изобарами, так как парообразование происходит при постоянном давлении и при постоянной температуре. На верхней пограничной кривой направление изотермы меняется и в области перегретого пара изотермы отклоняются вправо и не совпадают с изобарами. Практически применяется часть диа-