Экспериментальная установка и порядок проведения работы

 

На рисунке 6 представлено схематическое изображение экспериментальной установки. Ниже приводится ее описание и порядок выполнения опыта.

Управление парогенератором (5) осуществляется посредством щита управления (18). Для автоматического контроля и индикации уровня воды в парогенераторе используется прибор САУ-М7Е (16) с тремя датчиками уровня (10) (верхний, промежуточный, нижний).

Для поддержания требуемой температуры в парогенераторе используется двухканальный измеритель-регулятор 2ТРМ1 (17). Данный прибор служит для индикации температуры воды в колбе (1), а также индикации и поддержания требуемой температуры влажного пара в парогенераторе (5) посредством включения электронагревателя (11). Определение температуры осуществляется посредством термометров сопротивления ТСМ-50М (2, 9).

 

    Порядок выполнения опыта

 

1 Включить питание щита (18), нажав кнопку «Пуск» (12).

2 По индикаторам уровня прибора САУ-М7Е (16) проверить уровень воды в парогенераторе (5). Начало опыта возможно только при заполнении водой парогенератора выше промежуточного уровня. В случае необходимости добавить в парогенератор воды через заливное отверстие (6).

3 Закрыть пробку заливного отверстия (6) и шаровый кран (7). Переключателем (14) включить электронагреватели парогенератора. Сигнализацией о включении электронагревателей служит лампочка «Нагрев» (15).

    4 Взвешиванием определить массу пустой колбы (1) – m_к, а также на 2/3 заполненной водой из водопровода m_к1. Измерить температуру воды в колбе t₁.

    5 При достижении в парогенераторе давления 0,4 бар (8), направив трубку подачи пара (4) в пол, соблюдая осторожность, открыть кран (7) и продуть паропровод от остатка конденсата. Закрыть колбу (1) пробкой (3) и открыть кран (7), так отрегулировать расход пара, чтобы давление в парогенераторе оставалось постоянным на протяжении всего опыта, но не превышало 0,4 бар.

    6 Опыт заканчивать рекомендуется при достижении температуры воды в колбе 50-60 °С. Желательно при проведении опыта через определенные промежутки времени записывать показания манометра (8) в таблицу 8. Например, через каждые 10 °С повышения температуры воды в колбе.

    7 Окончание опыта. Выключить электронагреватели переключателем (14), обесточить щит управления, нажав на кнопку «Стоп» (13). Не закрывая кран (7), соблюдая осторожность вынуть пробку (3) из колбы так, чтобы трубка подачи пара (4) не касалась воды. После чего закрыть кран (7), измерить температуру воды t₂ и определить массу колбы со сконденсировавшимся паром – m_к2.

 

 

    8 Результаты измерений занести в таблицу 5.1.

 

Таблица 5.1 – Опытные данные

Номер опыта	mк, кг	mк1, кг	mк2, кг	t1, °С	t2, °С	ри, бар	B, мм рт. ст.	ра, кПа

 

1 – колба; 2, 9 – термометр сопротивления; 3 – пробка; 4 – трубка;

5 – парогенератор; 6 – заливное отверстие; 7 – шаровый кран;

8 – манометр; 10 – датчики уровня; 11 – электронагреватель;

12, 13 – кнопки; 14 – переключатель; 15 – лампочка;

16 – САУ-М7Е; 17 – 2ТРМ1; 18 – щит управления

Рисунок 6 – Схема установки для определения степени сухости пара

 

      Обработка результатов опыта

 

    Состояние влажного пара однозначно характеризуется давлением р либо T_s и степенью сухости – x. Давление и температура взаимосвязаны и легко определяются соответствующими приборами (манометр, термометр). Степень сухости x влажного пара определяется методом его конденсации. Пар пропускают через холодную воду калориметра. Он конденсируется и отдает воде количество теплоты Q, кДж, равное

 

                             (5.1)

 

где m_п – масса сконденсировавшегося пара, кг;

h_x – энтальпия влажного пара, кДж/кг;

h_в – энтальпия воды после пропуска пара, кДж/кг.

 

.                               (5.2)

 

    Энтальпия влажного пара h_x, кДж/кг, зависит от степени сухости и определяется по формуле

 

                       (5.3)

 

где  – энтальпия жидкости при температуре кипения, кДж/кг (таблица Е.1);

r – теплота парообразования, кДж/кг (таблица Е.2).

    Энтальпия воды в калориметре h_в, кДж/кг, определяется по выражению

                              (5.4)

 

где c_в – теплоемкость воды, кДж/(кг·°К), c_в=4,19 кДж/(кг·°К);

t₂ – температура воды в калориметре после конденсации пара, °С.

Количество теплоты, аккумулированной в калориметре, находится из выражения

                         (5.5)

 

где m_в – масса воды в калориметре до конденсации пара, кг;

t₁ – температура воды в калориметре до конденсации пара, °С.

 

.                       (5.6)

 

    Из уравнений (5.1) – (5.6) получим расчетную формулу для определения степени сухости влажного пара

 

.               (5.7)

 

    По формуле (5.7) находим значение степени сухости влажного пара; по h, s -диаграмме и паровым таблицам определяем параметры полученного пара и заносим их в таблицу 5.2.

    В р, u и Т, s -диаграммах изображаем схематично процесс получения влажного пара.

 

Таблица 5.2 – Расчетные значения

Параметры	Размерность	Численная величина по h,s-диаграмме	Численная величина по паровым таблицам
ра	кПа
t	°С
T	°К
ux	м3/кг
hx	кДж/кг
sx	кДж/(кг·°К)
ux	кДж/кг
rx	кДж/кг
x	-

 Примечание: параметры u_x, h_x, s_x, u_x, r_x рассчитываются с использованием данных таблицы Е.1.

 

 Контрольные вопросы

 

1 Что называется паром?

2 Как происходит процесс превращения жидкости в пар?

3 Как происходит процесс конденсации?

4 Виды водяного пара.

5 Каковы основные и тепловые характеристики состояния водяного пара?

6 Графическое изображение в р, u; Т, s и h, s - координатах основных термодинамических процессов водяного пара.

7 Работа с h, s-диаграммой и таблицами термодинамических свойств водяного пара для состояния насыщения.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

2 часа