sbornik_lab_po_TOT

31

граммы, которая смещена вправо от критической точки «К» (точка «К» характеризует такое состояние, при котором стираются различи между свой-

ствами воды и водяного пара). Точка К имеет параметры: pкр = 22,136 МПа; vкр = 0,00326 м3/кг; tкр = 374,15 °С.

С развитием современной электронно-вычислительной техники и появ-

лением доступных компьютеров и приложений, большое распространение получили H-S-диаграммы в электронном виде. Такие диаграммы представ-

ляют собой обычный оконный интерфейс с полями для ввода исходных дан-

ных, графическими функциональными клавишами, и полем ответов.

Одной из наиболее распространенных программ является программа

«Диаграмма HS для воды и водяного пара V2.1».Программа позволяет опре-

делять недостающие параметры состояния пара по вводимым известным. В

отличие от графической интерпретации H-S диаграммы электронная про-

грамма исключает погрешности при определении параметров состояния, но менее наглядна.

3 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 2.

Установка представляет собой закрытую емкость, оснащенную электро-

нагревателем спирального типа. Для контроля за процессом парообразования в закрытой емкости установка оснащена электронным измерителем темпера-

туры с хромель-копелевой термопарой и механическим манометром. Фикса-

ция затрат энергии на процесс парообразования осуществляется ваттметром.

Для сброса избыточного давления пара в установке установлен предохрани-

тельный клапан.

32

Рисунок 2. Схема лабораторной установки: 1-корпус; 2-емкость закры-

тая; 3-капсула термопары; 4-хромель-копелевая термопара; 5-клапан предо-

хранительный; 6-манометр;7-трубка манометра; 8-воронка расширительная;

9-вентиль; 10-ТЭН; 11-измеритель температуры; 12-ваттметр; 13-

выключатель; 14-электрокабель

4.ПОДГОТОВКА УСТАНОВКИ К РАБОТЕ

4.1Ознакомьтесь с устройством установки.

4.2Откройте вентиль расширительной воронки и удерживая предохра-

нительный клапан в открытом положении, заполните емкость дистиллиро-

ванной водой на 30 мм выше уровня спирали электронагревателя. Контроль уровня воды осуществляется по метке в расширительной воронке.

Во избежание получения ожогов категорически запрещается откры-

вать вентиль во время работы установки

4.3 Закрыть вентиль и проверить его на наличие течи. При необходимо-

сти устранить неисправность вентиля (выполняется учебным мастером).

подключить электрокабель установки к электрической сети.

4.4 Проверить работоспособность предохранительного клапана (лег-

кость хода иглы). Работу продолжить только при исправном клапане, в

противном случае – отключить установку от сети. Устранить причину не-

исправности (выполняется учебным мастером).

33

4.5 Подключить у электрокабель установки к электрической сети.

4.6 Повторить пункты 4.3 и 4.4.

5 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

5.1Запишите технические характеристики измерительных приборов в таблицу 7.1

5.2Включить установку выключателем и снять показания температуры

идавления с интервалом 0,25 МПа, показания ваттметра. Время изменения давления фиксируется секундомером. Атмосферное давление измеряется ба-

рометром в начале эксперимента. Результаты занести в таблицу 7.2.

5.3Выключить установку и отключить электрокабель от сети.

5.4Сбросить давление пара с помощью предохранительного клапана

(выполняется учебным мастером).

5.5 Обработайте результаты эксперимента.

6 ЗАДАНИЕ ПО РАБОТЕ

6.1 По полученным экспериментальным данным построить график за-

висимости P0i ф f (T0i ф )

6.2 По уравнению состояния Менделеева –Клайперона для изохорного процесса определить теоретические значения температуры для соответст-

вующих экспериментально заданных значений давлений пара.

6.3 Построить график теоретической зависимости давления пара от его температуры как для идеального газа P0i f (T0i )

6.4 С помощью прикладной программы определить параметры водяно-

го пара по полученным экспериментальным данным.

6.5 Определить в каком интервале давлений затраты энергии на про-

цесс парообразования максимальны.

7 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

Согласно заданию необходимо данные приборов и их показания в про-

цессе эксперимента заносятся соответственно в таблицы 7.1 и 7.2.

Согласно зафиксированным показаниям приборов построить график

фактической зависимости абсолютного давления пара от абсолютной темпе-

ратуры P0i ф f (T0i ф ) .

35

На основании полученных экспериментальных данных необходимо определить затраты энергии на процесс парообразования в каждом интервале давлений и за общее время эксперимента.

Затраты энергии Qi на процесс парообразования в і-ом интервале дав-

лений в кДж определяется по зависимости

i 1

Расчет зависимости давления пара от температуры как для идеального газа для каждого контрольного значения избыточного давления пара

(0,25...2,00 МПа – по манометру) следует определять по уравнению состоя-

ния Менделеева-Клайперона

где P0i - абсолютное давление пара ,Па;

Vi -объем пара, м3;

Rп -газовая постоянная водяного пара, Дж/(кг∙К);

T0i - абсолютная температура пара, К

В свою очередь, абсолютное давление водяного пара в Па определяется по формуле

36

где ti -температура пара для каждой контрольной точки избыточ-

ного давления, 0С.

относительная погрешность эксперимента рассчитывается по формуле

где Рб -абсолютная погрешность барометра;

Ри -абсолютная погрешность манометра;

Т -абсолютная погрешность измерителя температуры;

Рб , Ри , Т -пределы измерения барометра, манометра, измерителя тем-

пературы соответственно.

По рассчитанным параметрам водяного пара необходимо построить график теоретической (как для идеального газа) зависимости абсолютного

С помощью компьютерной программы «Н-S диаграмма V1.5.1» (рабо-

чее окно программы представлено на рисунке 3) определить значения по экс-

периментально полученным величинам давления и температуры не менее важные характеристики водяного пара: энтальпия, удельный объем, степень сухости, энтропия, температура насыщения.

37

Рисунок 3 Общий вид рабочего окна программы «Н-S диаграмма V1.5.1»

Согласно представленному рисунку в программе приняты следующие условные обозначения:

P - абсолютное давление (МПа); t - температура (0С);

h - удельная энтальпия (кДж/кг);

s - удельная энтропия (кДж/(кг∙К)); v - удельный объем (м3/кг);

x - степень сухости;

ts - температура насыщения (0С);

h' - удельная энтальпия кипящей воды (кДж/кг);

h'' - удельная энтальпия сухого насыщенного пара (кДж/кг); v' - удельный объем кипящей воды (м3/кг);

v'' - удельный объем сухого насыщенного пара (м3/кг); s' - удельная энтропия кипящей воды (кДж/(кг∙К));

s'' - удельная энтропия сухого насыщенного пара (кДж/(кг∙К));

точка "0" - начальная точка процесса расширения (сжатия) пара;

точка "1t" - конечная точка расширения (сжатия) в идеальном процессе;

38

точка "1" - конечная точка расширения (сжатия) в реальном процессе с заданным к.п.д.;

H0=h0-h1t;

H=h0-h1.

Описание представленной программы гласит:

«Программа позволяет определять теплофизические параметры рабочей сре-

ды в одной или двух точках. Точку "0" возможно задать тремя парами пара-

метров: P0, t0; P0, h0 или P0, x0. Точка "1t" может задаваться тремя способа-

ми посредством задания числового значения одного из параметров P1, h1t

или x1t. Вариант расчета определяется выбором параметров из ниспадающих списков.

Если заданы числовые значения параметров только для точки "0", а третье поле пустое, то теплофизические свойства рабочей среды определяются только для точки "0". Поле "К.п.д. процесса" не используется.

Если заданы числовые значения параметров для точек "0" и "1", то происхо-

дит вычисление теплофизических свойств рабочей среды в точках "0", "1t", "1" и кроме того определяются значения теоретического и реального тепло-

перепадов. В этом случае поле "К.п.д. процесса" должно быть заполнено.

Значение к.п.д. процесса можно задавать в долях (0,0 - 1,0) или в процентах

(0,0 - 100,0 (знак процента не ставится)). Минимальное значение к.п.д., при котором возможен расчет, составляет 0,1 (10%).

При заполнении полей ввода необходимо обращать внимание на то какой де-

сятичный разделитель используется в системе (для русифицированной ОС

Windows по умолчанию десятичным разделителем является запятая, для анг-

лоязычной - точка). При использовании неверного десятичного разделителя,

а также при вводе в поля недопустимых символов (все кроме цифр и деся-

тичного разделителя) или при не заполнении необходимого для расчета поля появляется сообщение об ошибке.

Перемещение по полям ввода и кнопкам кроме как при помощи мыши может осуществляться клавишей "Tab" в прямом направлении и "Shift" + "Tab" в

обратном.

39

Запуск расчета осуществляется нажатием кнопки "Определить парамет-

ры" или клавиши "Enter". Для выхода из программы нажмите кнопку "Вы-

ход" или клавишу "Esc"».

По результатм работы с программой запишите значения всех парамет-

ров водяного пара для контрольных точек эксперимента (для всего обозна-

ченного диапазона давлений 0,25...2,00 МПа). Результаты занести в таблицу

7.3.

Таблица 7.3 Параметры водяного пара

8 СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет выполняется в тетради. Он должен содержать в себе принципи-

альную схему установки, ведомость испытаний, требуемые расчеты и графи-

ки, выполненные карандашом, выводы по работе. Оформленный отчет пре-

доставляется преподавателю.

9 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1.Объясните понятие энтальпии, удельной энтальпии.

2.Что характеризует степень сухости пара.

3.Назовите виды состояния водяного пара.

40

4. Объясните как пользоваться Н-S диаграммой.

5.Объясните понятия «сублимация» и «десублимация»

6.Объясните различия между идеальными и реальными газами.

7.Объясните понятие температуры насыщения и от каких параметров она зависит.

8.Объясните понятие теплоемкости и от каких параметров она зависит

икак влияет на энергоемкость процесса парообразования.

9.Объясните понятие удельной теплоты парообразования.

10.Почему линии изобар и изохор на Н-S диаграмме в области насы-

щенного пара совпадают?

11. Чем отличается процесс кипения от процесса испарения?

Лабораторная работа №3

«Определение отношения теплоемкостей воздуха»

Определение показателя адиабаты для воздуха

Клеман и Дезорм в 1819 г. предложили и осуществили следующий метод изме-

рения отношения теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при по-

стоянном объеме для газов

(1)

Предположим, что газ находится в закрытом сосуде при давлении выше атмосфер-

ного. Температура газа равна температуре окружающей среды T*. Пусть это состоя-

ние будет обозначено как состояние 1 и в этом состоянии газ будет характеризовать также и объем.

Состояние 1: Р1 T*, V1 (точка 3, рис.1).

Если теперь быстро сбросить давление, т. е. открыть кран, соединяющий полость сосуда с атмосферой на короткое время, то часть газа выйдет из сосуда. В результа-

те установится состояние 2, при котором все параметры газа изменятся.

Состояние 2: Р*, T2, V2 (точка 4, рис.1).