3. Определение теплоты сгорания жидкого топлива
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Цель работы: экспериментальное и расчетное определение высшей и низшей теплоты сгорания керосина.
3.1. Основные понятия
Высшей теплотой сгорания Qрв называется количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы массы или объема топлива при условии, что образующиеся при сгорании водяные пары конденсируются и возвращается их теплота конденсации Qкон.
В большинстве эксплуатирующихся котлов газообразные продукты сгорания не охлаждаются до температуры точки росы и, следовательно, теплота конденсации теряется. Количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы топлива за вычетом теплоты конденсации водяных паров, называется низшей теплотой сгорания Qрн.
Теплота сгорания жидкого топлива может быть определена экспериментально путем сжигания пробы топлива в калориметре и расчетным путем по формуле Д.И. Менделеева.
Общий вид установки для определения теплоты сгорания жидкого топлива показан на рис.1. В комплект установки входят калориметр Юнкерса, лампа газификации, мензурка для сбора конденсата, прецизионные весы для определения количества сожженного топлива и счетчик количества воды, прошедшей через калориметр.
В качестве жидкого топлива в лабораторной работе используется керосин, состав и теплота сгорания которого представлены в табл. 1.
Таблица 1
Состав и теплота сгорания керосина
Наименование топлива |
Ср |
Нр |
Ор+Nр |
Sр |
Aр |
Wр |
Qрн, МДж/кг |
Керосин |
86,0 |
13,7 |
0,1 |
0,2 |
0 |
0 |
43,0 |
3.2. Принцип действия и устройство калориметра
В камеру сгорания калориметра (см. рис.1) непрерывно подается жидкое топливо из баллона лампы газификации под действием сжатого воздуха. Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива, передается воде, циркулирующей внутри калориметра. Количество сжигаемого топлива определяется с помощью прецизионных весов. Количество воды – с помощью счетчика.
Калориметр устанавливается в помещении без сквозняков. Его вертикальное положение обеспечивается установочными винтами 35.
Вода из водопроводной сети подается в напорный сосуд 2. Часть воды через регулировочный кран 5 поступает во внутрь калориметра, другая часть – через край переливной чаши и штуцер 4 вытекает в сливную воронку 33. Нагретая в калориметре вода выходит в сосуд с переливной воронкой 9 и оттуда в сливную воронку 33. Количество прошедшей через калориметр воды учитывается счетчиком СВК-15, позволяющем производить отсчет показаний с точностью 0,0001 м3/ч.
Для переключения водяного потока служит кран 10, а для отвода воды – штуцеры 11 и 12. Температура воды до и после калориметра измеряется платиновыми термосопротивлениями 15 и 16 в комплекте со вторичным прибором 2ТРМ0.
Топливо под давлением воздуха подается из баллона 24 лампы газификации к горелке 25, испаряется; пары через сопло выходят в камеру сгорания 17 калориметра и сгорают. Продукты сгорания топлива первоначально поднимаются вверх по камере сгорания, затем опускаются вниз по трубкам 18 и выходят наружу через выхлопной штуцер 19. Термометр 21 служит для измерения температуры уходящих газов, заслонка 20 – для регулирования режимов горения.
Рис. 1. Схема установки для определения теплоты сгорания жидкого топлива:
1-корпус калориметра, 2-напорный водораспределительный сосуд, 3-штуцер для подачи воды, 4-штуцер для отвода воды, 5-регулировочный кран, 6-водоопускная труба, 7-водяная рубашка, 8-смеситель, 9-сосуд с переливной воронкой, 10-кран для переключения отвода воды, 11-штуцер для отвода воды в измерительный сосуд, 12-штуцер для отвода воды в канализацию, 13-спускной кран, 14-трубка для удаления воздуха, 15 и 16-термометры для измерения температуры охлаждающей воды на выходе и входе, 17-камера горения, 18-трубка для пропуска газов, 19-выпуск уходящих газов, 20-заслонка для регулирования режимов горения, 21-термометр для измерения температуры уходящих газов, 22-штуцер для отвода конденсата, 23-мензурка для сбора конденсата, 24-баллон лампы, 25-горелка, 26-манометр, 27-штуцер для заливки топлива, 28-чашка для гирь, 29-прецизионные весы, 30-противовес, 33-сливная воронка, 34-зеркало, 35-установочные винты
Водяные пары, образующиеся при горении топлива, конденсируются по мере охлаждения продуктов сгорания. Конденсат стекает вниз и вытекает через штуцер 22 в измерительную мензурку 23. Выступающая из верхней крышки трубка 14 служит для удаления воздуха при заполнении калориметра водой. Спускной кран 13 на днище калориметра во время работы должен быть закрытым.