Описание установки.

Влажный пар, необходимый для проведения опыта, изготавливается в стеклянном выпаривателе 2 (рис.13), который находится на электроплитке. Пар транспортируется резиновым шлангом 4 в погружённый в воду змеевик 7, где он конденсируется. Образованный конденсат стекает и сборник 8 и охлаждается ниже температуры насыщения . Отвод тепла от пара и конденсата протсходит до воды 6, в кторую погружены змиевик 7 и сборник конденсата 8. На дне сборника есть пробковый кран10, предназначенный для выпуска конденсата с целью измерения его количества. Конденсатосборник соединяется с атмосферой с помощью трубы, что обеспечивает конденсацию пара при атмосферном давлении, которое измеряется барометром и определяет температуру насыщения.

Выделенная во время конденсации и переохлаждения теплота принимается водой, налитой в колбу 6. Температура воды измеряется ртутным термометром 9. Во время исследования вода перешивается мешалкой 11, которая приводится в действие электродвигателем 12. Всю систему размещают в посудине 5 с двойными стенками. Таким образом, посудина 5 будет калориметром, который обеспечивает минимальные потери теплоты и высокую точность измерения.

рис.13 Схема установки для определения степени сухости пара.

Выполнение работы.

Для проведения экспериментальных исследований отдельные элементы лабораторной установки должны быть подготовлены заранее. Воду наливают в стеклянный выпариватель 2 выше половины его высоты на включённую плитку1. Потом запускают электромешалку и через 3-5 минут измеряют начальную температуру воды в посудине 6 термометром 9. Через 2-3 минуты после начала кипения воды в выпаривателем его соединяют со змеевиком резиновым шлангом. В результате выделенной паром и конденсатом теплоты температура воды в посудине 6 поднимается. После того, как температура воды становится на 18-20°С выше, чем начальная (18 … 20), разъединяют выпариватель и змеевик и замеряют температуру воды в посудине 6 термометром 9 через каждые 30 секунд. Сначала показания термометра увеличиваются, а потом уменьшаются. Конечная температурабудет равняться наибольшему из показаний термометра. После выключают электроплитку и останавливают работу электродвигателя. Для определения массы конденсатаизымают из установки змеевик 7 со сборником 8, открывают кран 10 и сливают конденсат в измерительную колбу и измеряют объём конденсатаV_к. После завершения опыта выливают воду с посудины 6 и собирают установку.

Обработка результатов опыта.

В данной экспериментальной установки для определения степени сухости применяют калориметричный метод. Масса влажного пара , которая попадает в змеевик равна массе образованного конденсата. Считается, что конечная температура конденсата равна температуре водыв посудине 6 в конце опыта. Неизвестную величину степени сухостиопределяют из уравнения теплового баланса теплообменного процесса, осуществлённого в змеевике. Уравнение теплового баланса – это равенство между количеством теплоты, которая отдаётся паром при конденсациии конденсатом при охлаждениии количеством теплоты, которая принимается охлаждающей водойи металлическими частями установки (змеевик, посудина, мешалка).

где - масса соответственно змеевика, посудины и мешалки, кг;

- удельные теплоёмкости указанных частей, (Дж/кг К).

Водяной параметр установки W определяется равенством

.

Окончательно уравнение теплового баланса имеет вид:

(1.10).

Таким образом расчётная формула для определения степени сухости имеет вид:

, (1.11)

где - масса воды, которую наливают в посудину, кг;

и - температуры воды, измеренной термометром в начале и в конце опыта;

- масса сконденсированного пара, измеренная при удалении воды из змеевика и сборника конденсата, кг;

- теплота парообразования, которую определяют с помощью таблиц на линии насыщения при их барометрическом давлении, кДж/кг.

Результаты измерений и расчётов необходимо внести в таблицу 1.

Контрольные вопросы.

1. Какие процессы происходят в колбе и змеевике? Условия осуществления этих процессов.

2. Изобразить на диаграммах водяного пара в P-v, T-s и i-s координатах состояния пар при выходе из колбы и конденсата в сборнике, используя опытные данные.

3. Изобразить на диаграммах водяного пара в P-v, T-s и i-s координатах процессы, которые происходят в колбе и змеевике.

4. Что такое степень сухости пара? Чему равна степень сухости пара в этой работе? Что показывает численное значение степени сухости пара?

5. Перечислите основные состояния воды и покажите их на диаграммах.

6. В каких границах изменяется степень сухости?

7. Что такое влажный пар? Что такое теплота парообразования?

8. Что представляет собой водяной параметр установки?

9. Сформулируйте и запишите уравнение теплового баланса при конденсации пара в змеевике.

Таблица І

№ п/п	Наименование	Размерность		Числовое значение
1	Барометрическое давление	бар
		мм. рт. ст.
2	Температура насыщения пара при атмосферном давлении, ts	оС
3	Масса води в калориметре, Mв	кг		2.5
4	Водяной параметр калориметра, W	кг		0.27
5	Начальная температура води в калориметре, t1	оС
6	Конечная температура води в калориметре, t2	оС
7	Масса конденсата, Mк	кг
8	Средняя теплоёмкость води	кДж/(кг К)		4,19
9	Теплота парообразования, r	кДж/кг
10	Степень сухости пара, x
11	Энтальпия кипящейводи,	кДж/кг
12	Энтальпия сухого насыщенного пара,	кДж/кг
13	Энтропия кипящей води,	кДж/(кг К)
14	Энтропия сухогонасыщенного пара,	кДж/(кг К)