Учебное пособие 1820

ОСОБЕННОСТИ СОБЛЮДЕНИЯ ПРАВИЛ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ДАННОЙ РАБОТЫ

Категорически запрещается подавать напряжение на нагреватель калорифера при неработающем вентиляторе.

2.4. Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ ПАРООБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ ВОДЫ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ Закрепление знаний по разделу "Водяной пар", исследова-

ние зависимости скрытой теплоты парообразования для воды от температуры, построение кривой насыщения для воды и определение значений удельного объема сухого насыщенного пара.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Любое реальное вещество в зависимости от его параметров может находиться в виде газообразной (паровой), жидкой и твердой фазы и при изменении параметров переходить из одной фазы в другую. Этот процесс носит название фазового перехода. Рассмотрим процесс перехода от жидкой к газообразной (паровой) фазе. Это процесс происходит за счет подвода тепла извне. Количество тепла, необходимое для превращения 1 кг кипящей воды в сухой насыщенный пар при P = const, называется скрытой теплотой парообразования. С ростом давления, при котором происходит фазовый переход, величина скрытой теплоты парообразования уменьшается и в критической точке обращается в ноль.

Процесс парообразования происходит при определенной температуре, которая называется температурой насыщения. Зависимость между давлением и температурой насыщения па-

60

ра может быть представлена в P – t – диаграмме в виде некоторой линии, называемой кривой насыщения. Каждой точке кривой насыщения соответствует состояние равновесия жидкой и паровой фаз. Выше кривой вещество находится в жидкой фазе, а ниже в состоянии паровой фазы. Оканчивается кривая насыщения критической точкой. Для фазовых переходов справедливо уравнение Клапейрона-Клаузиуса, которое для случая перехода жидкой фазы в газовую имеет вид

где Рн и Тн – давление и температура насыщения, Па, К; r – скрытая теплота парообразования, кДж/кг; '', '– удельные объемы сухого насыщенного пара и кипящей жидкости, м3/кг.

Это уравнение широко используется для вычисления термодинамических свойств веществ в области фазовых переходов. В частности в области низких давлений уравнение (2.46) используется для определения удельных объемов сухого насыщенного пара т.к. непосредственное экспериментальное определение их крайне затруднительно

построив кривую насыщения и экспериментально определив величину скрытой теплоты парообразования для определенного давления, по уравнению (2.47) можно рассчитать значение '' . Величиной ' в области низких давлений можно пренебречь в силу ее малости по сравнению с ''.

61

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Принципиальная схема установки для измерения скрытой теплоты парообразования воды при различных давлениях представлена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Принципиальная схема установки

В паровом котле 1 с электрическим нагревателем 2 происходит испарение воды. Давление пара в котле определяется по манометру М1, а расход регулируется вентилем В2. Для подсушки и небольшого подогрева пара на выходе из котла имеется электрический пароперегреватель 3. Далее пар поступает в конденсатор 4, где он конденсируется за счет отвода теплоты к охлаждающей воде. Расход охлаждающей воды регулируется вентилем В1. Давление пара перед конденсатором измеряется манометром М2. Расходы охлаждающей воды и конденсата измеряются мерными стаканами. Измерение температуры

62

осуществляется термопарами градуировки ХК в комплекте с потенциометром КСП–4 (на схеме не показан) или ПП–63.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

Ознакомившись со схемой установки и ее элементами включить тумблер "Сеть", при этом должна загореться контрольная лампочка. Включить тумблер Вк1 и латром Л1 подать напряжение на нагреватель котла. Открыть вентиль В1 и отрегулировать и расход охлаждающей воды 200 г/мин. Включить тумблер Вк2 и латром Л2 подать напряжение на пароперегреватель. При достижении давления в котле 2 атм. открыть вентиль В2. После того, как поток конденсата стабилизируется за 20 с набрать конденсат в мерный стакан и измерить температуру пара на выходе из котла (t1), перед конденсатором (t2), температуру конденсата (t3), температуру охлаждающей воды на входе (t/в ) и выходе (tв// ) из конденсатора, давление пара

перед конденсатором. Результаты измерений занести в протокол наблюдений (табл. 1).

Таблица 2.7

Протокол наблюдений

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТОВ

1. Определяют расход охлаждающей воды

где mв – масса воды в мерном стакане, кг; – время, за которое набралась вода в стакан, с.

2. Определяют расход конденсата:

где mк – масса конденсата в мерном стакане, кг; – время, за которое набрался конденсат в стакан, с.

3.Определяют значение энтальпии перегретого пара из

приложения 6 (hпп = f(P2, t2)), а энтальпии сухого насыщенного пара и кипящей воды из приложения 5 (h// = f(P2) и h/ = f(P2)).

4.Определяют энтальпию конденсата

где св = 4,19 кДж/кг К – теплоемкость воды.

5. Скрытая теплота парообразования определяется из уравнения теплового баланса установки

Gкr Gк hпп h Gк h hк Qпот Gвcв tв// tв/ , (2.51)

где Gк, Gв – расходы конденсата и охлаждающей воды, кг/с; hпп, h//, h/, hк – энтальпия перегретого пара, сухого насыщенного пара, кипящей воды и конденсата соответственно, кДж/кг; Qпот – потери теплоты в окружающую среду, кВт.

Следовательно,

Величиной Qпот в пределах точности эксперимента можно пренебречь.

6.По уравнению (2.47) производят расчет удельных объемов сухого насыщенного пара.

7.Определяют абсолютную погрешность

8. Определяют относительную погрешность:

r

rтабл

Результаты расчетов сводят в табл. 2.8.

Таблица 2.8

Протокол результатов

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Чем отличается пар от газа?

2.Дайте определение сухого насыщенного пара, влажного насыщенного пара, перегретого пара.

3.Дайте определение степени сухости и степени влажности водяного пара.

65

4.Как изображаются основные процессы водяного пара на

P–v, T–s и h–s диаграммах?

5.Что такое скрытая теплота парообразования?

6.Как определяются параметры сухого насыщенного па-

ра?

7.Как определяются параметры влажного насыщенного

пара?

8.Как определяются параметры перегретого пара?

9.Покажите в диаграмме h–s процесс дросселирования водяного пара.

10. В чем преимущества диаграммы h–s водяного пара перед диаграммой T–s?

66

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Одним из обязательных элементов изучения курса «Техническая термодинамика» является выполнение практических занятий, которые включают в себя упражнения (решение примеров, задач) и лабораторные работы. Целью практических занятий является более прочное и глубокое усвоение студентом фактического материала и теоретических положений курса, а также приобретение им расчетных и экспериментальных навыков.

Накопленный опыт при изучении данного пособия и его дальнейшее использование при выполнении курсового проектирования способствует успешной подготовке бакалавров.

67

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Зависимость коэффициента от температуры воздуха

0,39

0,37

0,35

0,33

0,31

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ГРАДУИРОВОЧНАЯ ТАБЛИЦА термопары хромель-копель при температуре свободных

концов 0 С по ГОСТу 3044-45 (градуировка ХК)

68

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

h – d – диаграмма влажного воздуха, В = 745 мм.рт.ст.

69