3. Описание экспериментальной установки

Опыты по измерению температуры кипения при различных давлениях пара проводятся на установках ТД2-1 и ТД2-2, размещенных на стенде «ПУ».

Установки имеют одинаковую конструкцию и различаются объемом воды в котлах и мощностью электронагревателей.

Установка, схема которой изображена на рис. 2.3, представляет собой цилиндрический котел небольшого объема. Внутри котла размещены нагреватели ЭН.

1 - котел; 2 - указатель уровня; 3 - воздушный клапан; 4 - предохранительный клапан; 5 - термометр; 6 - манометр; 7 - штуцер; ЭН - электронагреватель Рисунок 2.3 - Схема экспериментальной установки

На крышке котла размещены: термометр 5 и манометр 6, которые измеряют температуру и давление пара в котле; воздушный клапан 3 для выпуска воздуха из котла; предохранительный клапан 4, ограничивающий давление пара в котла; штуцер, закрытый пробкой. Через штуцер производится заполнение котла водой. Уровень воды в котле контролируется указателем 2.

2.4 Подготовка и выполнение опыта

Подготовка к опыту:

• изучить установку. Определить цену деления манометра и термометра;

• изучить инструкцию, имеющуюся на стенде «ПУ» и действовать в соответствии с ее требованиями;

• по указателю 2 определить уровень воды в котле, который должен быть не ниже отметки «СУ». Долив котла водой выполняет лаборант до начала занятий;

• получить от преподавателя интервал давлений, в пределах которого будет проводиться опыт;

• записать в таблицу измерений (таблица 2.1) барометрическое давление.

Выполнение опыта:

• открыть клапан 3;

• включить нагреватель. Порядок включения указан в инструкции;

• при достижении воды в котле 95-97 ⁰С, закрыть клапан 3 и наблюдать по манометру повышение давления пара в котле. Когда оно станет равным 0,5 кгс/см², записать в таблицу 2.1 значение давления и соответствующую величину температуры по термометру 5. Далее, через каждые 0,5-1,0 кгс/см², записать 5-6 значений давления и температуры;

• по окончании всех записей выключить нагреватель, руководствуясь инструкцией;

• предъявить преподавателю заполненную таблицу измерений.

Таблица 2.1 В = мм рт.ст

Давление Р1м кгс/см2
Температура ts, 0С

5. Обработка результатов опыта

Обработка результатов опыта включает:

• построение кривой насыщения в координатах Р, Т;

• определение теплоты парообразования, энтальпии и энтропии воды и пара на линии насыщения и сравнение их с табличными значениями;

• построение графиков зависимости указанных выше параметров от давления (или температуры насыщения).

Кривую насыщения строят на листе миллиметровой бумаги в крупном масштабе, при этом сперва на поле графика проставляют опытные точки, а затем по лекалу проводят плавную кривую. По оси давлений следует откладывать абсолютные значения давлений, а по оси Т - температуру в градусах Цельсия или Кельвина.

При расчете теплоты парообразования входящие в формулу (2.4) величины Р/Т_s, Т_s, v^ и v^ находятся следующим образом.

Производная Р/Т_s заменяется отношением конечных разностей Р/Т_s. В результате расчетная формула определения теплоты парообразования приобретет вид

. (2.7)

Рисунок 2.4

На кривой насыщения (рис. 2.4) намечают 5-6 значений температуры Тs и по графику определяют соответствующие им значения давлений. Затем задаются разностью Тs = 1-3 0С, откладывают ее по обе стороны от принятой температуры Тs. Проектируя эту разность на ось Р, находят соответствующую разность давлений Р.

При этом следует иметь в виду, что если при построении кривой насыщения за единицу давления принят мегапаскаль, то в формулу (2.7) надо ввести множитель 10³, чтобы результат получился в килоджоулях на килограмм.

Удельный объем v^ воды в широком интервале изменяется незначительно, поэтому при расчетах его можно принять постоянным и равным 0,001 м³/кг.

Удельный объем пара v^ существенно зависит от давления и уменьшается с его повышением. Значения v^ приводятся в таблицах термодинамических свойств воды и водяного пара. В интервале 0,1...2,0 МПа объем может быть определен по эмпирической формуле

v^ = 0,196Р^-0,94, (2.8)

где Р - абсолютное давление, МПа, которое находится по кривой насыщения по принятой температуре Т_s.

Энтальпия и энтропия воды и пара находятся по формулам (2.2)...(2.6). Значения теплоемкости с_рm определяется по таблице 2.2.

Таблица 2.2

ts, 0С	100	110	120	130	140	150	160	170	180	190
срm, кДж/кгК	4,22	4,23	4,25	4,26	4,28	4,32	4,34	4,37	4,42	4,46

Результаты расчетов рекомендуется выполнять по форме таблицы 2.3.

Таблица 2.3

Определяемая	Источник или	Числовое значение
величина	формула	1	2	3	4	5	6
Температура насыщения Тs, К	Принята
Разность температур Тs, К
Абсолютное давление Р, МПа	Кривая насыщения
Разность давлений Р, МПа
Удельный объем пара v, м3кг	0,196Р-0,94
Теплота парообразования r, кДж/кг	*
То же, табличные значения rт, кДж/кг	Таблицы свойств воды и водяного пара
Относительное отклонение	r = |r - rт|/rт
Теплоемкость воды срm, кДж/(кгК)	Таблица 2.2
Энтальпия воды h, кДж/кг	срmts
Энтальпия пара h, кДж/кг	h + r
То же, табличное значение hт (iт), кДж/кг	Таблицы свойств воды и водяного пара (приложение А)
Относительное отклонение	| h - hт|/ hт
Энтропия воды s, кДж/(кгК)
Энтропия пара s, кДж/(кгК)
То же, табличное значение s, кДж/(кгК)	Таблицы свойств воды и водяного пара (приложение А)
Относительное отклонение	|s - sт|/ sт

_______________________

^*Множитель 10³ вводится, когда Р измерено в МПа.