Экспериментальная часть

В рабочей тетрадке написать отчет. Теоретическую и экспериментальную часть переписываем полностью. Заполняем таблицу 2, в которую уже внесены полученные данные. Проводим расчеты, заканчиваем выводом. В выводе сравните КПД двух видов топлив.

 

Лабораторная работа

Определение КПД нагревателя и скорости выгорания топлива

Цель работы: ознакомиться с методикой определения КПД нагревателя и скорости выгорания различных видов жидкого топлива, изучить особенности горения жидких видов топлив и рассчитать КПД нагревателя на различных видах жидких топлив.

Основные понятия и определения

Горение – сложный, быстро протекающий химический процесс, сопровождающийся выделением тепла и света.

Горение жидкостей имеет свои специфические особенности. Во-первых, горение горючего вещества происходит в смеси паров горючего вещества с кислородом воздуха над поверхностью жидкой фазы. Во-вторых, жидкость как таковая имеет относительно невысокую температуру в процессе горения паров. В-третьих, лимитирующей стадией горения является скорость испарения жидкости, а продолжение или прекращение горения зависит от соотношении скорости испарения топлива (υ_исп) и скорости его горения (υ_гор). Если соблюдается условие υ_исп < υ_гор, то процесс протекает как вспышка – процесс неустойчивого, быстро прекращающегося горения. Если υ_исп = υ_гор  или υ_исп > υ_гор , происходит стабильное или интенсивно развивающееся горение.

Температура вспышки – наименьшая температуре горючего вещества, при которой пары над его поверхностью способны вспыхивать при контакте с открытым источником огня. Устойчивого горения не возникает, все ограничивается быстрым сгоранием газопаровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением.

Горение паров над жидкостью является турбулентным диффузионным горением.

Концентрационные пределы могут быть выражены через температуру (при атмосферном давлении). Значения температуры жидкости, при которых концентрация насыщенных паров в воздухе над жидкостью равна концентрационным пределам распространения пламени, называются температурными пределами распространения пламени (воспламенения) (нижним и верхним соответственно – НТПРП и ВТПРП).

Температура воспламенения – наименьшая температура вещества, при которой пары над поверхностью горючего вещества выделяются с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение. Воспламенение соответствует пламенному горению вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления.

Температура самовоспламенения соответствует наименьшей температуре горючего вещества, при нагреве до которой происходит резкое увеличение скорости экзотермической реакции, приводящее к возникновению пламенного горения и/или взрыва.

С температурой кипения связана такая характеристика жидкостей, как скорость выгорания.

Скорость выгорания – это линейная скорость уменьшения высоты слоя жидкости при ее горении со свободной поверхности в единицу времени.

Скорость тепловыделения – количество энергии в форме теплоты, которое выделяется в единицу времени в единице объема реактора.

Горение жидкого топлива всегда сопровождается испарением топлива и горением его паров. В жидком виде топливо, как правило, не окисляется кислородом. В результате сгорает только та его часть, которая успела испариться.

 

 

Экспериментальная часть

 

Приборы и реактивы: горелка, колба с водой, термометр, штатив, секундомер.

                                        термометр

 

                                                           колба с водой

 

 

                                                  горелка

 

                     

 

Рис.1. Схема установки

 

Порядок выполнения работы

1. В горелку диаметром 4 см заливаем 5 мл горючей жидкости;

2. В колбу наливаем 200 мл дистиллированной воды;

3. Закрепляем колбу с водой над горелкой, устанавливаем термометр и измеряем температуру (Т₁);

4. Зажигаем горелку и включаем секундомер;

5. После полного выгорания топлива секундомер останавливаем, и время горения (  заносим в таблицу 2;

6. Измеряем температуру воды после нагревания (Т₂);

7. Полученные результаты заносим в таблицу и проводим расчеты.

 

Скорость выгорания топлива (г/(см^2.с)) рассчитываем по формуле:

,

где  – объем горючей жидкости (мл),  – плотность топлива (г/мл),  – площадь сечения горелки (см²),  – продолжительность выгорания топлива (с).

КПД нагревателя вычисляем по формуле:

 ,

где  – тепло, приобретенное водой от нагревателя (кДж),  – теплота сгорания топлива (кДж).

= m_воды^. с_воды(Т₂ - Т₁),

где m_воды – масса воды в колбе, с_воды – теплоемкость воды (4,2 10^-3 кДж/(г^.К).

= Δq_m,

где Δq_m – теплота сгорания топлива (кДж/г).

 

 

Таблица 1

Свойства жидких видов топлив

№ п/п	Название топлива	Удельная теплота сгорания Δqm (кДж/г)	Плотность топлива  (г/см3)
1	Бензин	47	0,702
2	Керосин	46	0,780
3	Ацетон	31	0,791
4	Этиловый спирт	29	0,789

 

Опыт повторяется для каждого вида топлива. Исходные данные и полученные результаты заносим в таблицу:

Таблица 2

Исходные, экспериментальные и расчетные данные

№ п/п	Топливо			Вода			Расчетные данные
	Название	, мл	, с	mводы, г	Т1,оС	Т2,оС	, г/(см2.с)	, %
1	Этиловый спирт		720		22	81
2	Ацетон		648		22	93

 

Вывод: