23209 (1)

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. В сужающем устройстве скорость движения пото-

ка увеличивается, вследствие чего по закону Бернулли происходит падение давления. Измеряя перепад давлений в сужающем устройстве можно рассчи-

тать расход измеряемой жидкости, газа и пара.

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

сопло; в - сопло Вентури

Приборы для измерения скорости движения вещества. Для опреде-

ления средней скорости потока применяются, пневмометрические трубки,

напорные трубки, анемометры, кататермометры.

Измерение скорости с помощью пневмометрической 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.

Рисунок 18. Схема измерения динамического давления в трубопроводе: 1 и 2-трубки полного и статического давления;3-дифференциальный мано-

метр

Рисунок 19 Двойная пневмометрическая трубка: 1и 2-осевое и ради-

альное отверстие

При помощи двойной пневмометрической трубки (рисунок 19) можно измерять 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 выточных отверстиях воз-

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

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

Рисунок 20 Анимометры: а-чашечный; б-крыльчатый; 1-

полусферическая чашка; 2-счетный механизм; 3-крыльчатка

Рисунок 21 Катотермометры; а-цилиндрический; б-шаровой; 1-нижний резервуар; 2-капилярная трубка; 3-верхний резервуар

Расходомеры. Принцип работы водосчётчиков (механических, тахо-

метрических) состоит в подсчете количества вращений крыльчатки, находя-

щейся внутри счетчика, и вращающейся под давлением потока воды. Меха-

низм счетчиков, отвечающих за точность показаний, расположен в отдельной части, которая изолирована от попадания в него воды.

Водосчетчики по принципу действия можно разделить на тахометриче-

ские (в основе работы лежит помещенная в поток жидкости турбинка или крыльчатка, которая связана со счетным механизмом), вихревые, ультразву-

ковые, электромагнитные (используются в промышленности) — отличаются от тахометрических наличием электронных устройств и отсутствием под-

вижных частей. По конструктивному исполнению они подразделяются на раздельные и компактные. По количеству обслуживаемых трубопроводов счетчики воды делятся на одноканальные, двухканальные и многоканальные.

Стандартные приборы учёта холодной воды работают при температуре

40 0C, приборы учёта горячей воды при температуре до 900C, уровень давле-

ние воды в них равен 1 МПа (рисунок 22). Водосчетчики используются с це-

лью учёта количества расходы воды в квартирах и на предприятиях. Соот-

ветственно в зависимости от мощности систем отопления и водоснабжения счетчики бывают индивидуальные и промышленные. Водосчетчики исправно показывают точные показания при температуре до 60 0C и относительной влажности воздуха до 98%.

Рисунок 22 Расходомер воды

Приборы для непосредственного измерения расхода вещества. Для

измерения расхода газов или прозрачных жидкостей применяются ротаметры

(рисунок 23), являющийся расходомером обтекания. Перепад давления в нем сохраняется постоянным, а расходное поперечное сечение ротора, витающе-

го в потоке измерения среды, изменяется прямопропорционально расходу.

Рисунок 23 Принципиальная схема ротаметра: 1-стеклянная трубка, 2-

ротор

В зависимости от расхода ротор устанавливается ,на определенный вы-

соте в стеклянной конической трубке, расширяющейся к верху трубки рота-

метра. Шкала ротаметра предварительно тарируется, а на цилиндрическом пояске ротора делаются косые прорези для его центрирования в трубке.

Расход жидкости измеряются также при помощи расходомеров. Вра-

щение крыльчатки или винтовой вертушки передается на счетчик прибора,

показывающий расход жидкости (м3/ч).

Для измерения расхода жидкости или газа применяются объемные рас-

ходомеры, показывающие суммарный расход вещества за данное время.

Жидкость или газ приводят в движение поршень или овальные шестерни (у

счетчиков жидкости) и роторы (у счетчиков газа), которые кинетически свя-

занны с суммирующим счетным механизмом прибора.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

-изучить различные способы измерения параметров состояния термоди-

намических систем;

-ознакомиться с приборами, установленными на лабораторных установках и стендах;

-оформить отчет.

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

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

чертить схемы и описать принцип работы приборов.

5.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.

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.

Водяной пар является реальным рабочим телом и также может нахо-

дится в трех состояниях: влажного насыщения, сухого насыщения, и в пере-

гретом состоянии. В каждом из указанных состояний пар описывается рядом параметров состояния: температура ( в том числе и температура насыщения tн), давление p, удельный объем υ, степень сухости x, энтальпия h и энтропия s.

При проведении техник-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 со-

трудничество в области исследования свойств воды и водяного пара, позво-

лило разработать и внедрить международные нормативные материалы, со-

держащие уравнения для описания различных свойств, в специальные табли-

цы. На основании этих уравнений, соответствующих требованиям Междуна-

родной системы уравнений для научного и общего применения (The IFC

Formulation for Scientific and Generale Use), были составлены и опубликованы подробные таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара, которые широко применяются в практике инженерных теплотехнических расчётов.

Данные, полученные путём расчёта по международным уравнениям, были приняты и в СССР, и получили определение таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара. В них также включили данные по динамиче-

ской вязкости. Ещё в 1904 году немецкий теплофизик Рихард Молье разрабо-

тал специальную диаграмму для упрощения и облегчения решений практиче-

ских задач по теплотехнике, в которой в координатах энтальпии (h) и энтро-

пии (s) графически отображаются сведения из таблиц состояний. В 1906 году в Берлине была издана его книга «Новые таблицы и диаграммы для водяного

пара». Впоследствии такая диаграмма получила название Диаграмма Молье.

В СССР некоторое время было принято название I-Sдиаграмма, а в настоя-

щее 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, изохорыυ=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-

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-

граммы, которая смещена вправо от критической точки «К» (точка «К» ха-

рактеризует такое состояние, при котором,стираются различи между свойст-

вами 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-