3 Описание эксперементальной установки

Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 2.

Установка представляет собой закрытую емкость, оснащенную электронагревателем спирального типа. Для контроля за процессом парообразования в закрытой емкости установка оснащена электронным измерителем температуры с хромель-копелевой термопарой и механическим манометром. Фиксация затрат энергии на процесс парообразования осуществляется ваттметром. Для сброса избыточного давления пара в установке установлен предохранительный клапан.

Рисунок 2. Схема лабораторной установки: 1-корпус; 2-емкость закрытая; 3-капсула термопары; 4-хромель-копелевая термопара; 5-клапан предохранительный; 6-манометр;7-трубка манометра; 8-воронка расширительная; 9-вентиль; 10-ТЭН; 11-измеритель температуры; 12-ваттметр; 13-выключатель; 14-электрокабель

4. Подготовка установки к работе

4.1 Ознакомьтесь с устройством установки.

4.2 Откройте вентиль расширительной воронки и удерживая предохранительный клапан в открытом положении, заполните емкость дистиллированной водой на 30 мм выше уровня спирали электронагревателя. Контроль уровня воды осуществляется по метке в расширительной воронке.

Во избежание получения ожогов категорически запрещается открывать вентиль во время работы установки

4.3 Закрыть вентиль и проверить его на наличие течи. При необходимости устранить неисправность вентиля (выполняется учебным мастером).

подключить электрокабель установки к электрической сети.

4.4 Проверить работоспособность предохранительного клапана (легкость хода иглы). Работу продолжить только при исправном клапане, в противном случае – отключить установку от сети. Устранить причину неисправности (выполняется учебным мастером).

4.5 Подключить у электрокабель установки к электрической сети.

4.6 Повторить пункты 4.3 и 4.4.

5 Порядок выполнения работы

5.1 Запишите технические характеристики измерительных приборов в таблицу 7.1

5.2 Включить установку выключателем и снять показания температуры и давления с интервалом 0,25 МПа, показания ваттметра. Время изменения давления фиксируется секундомером. Атмосферное давление измеряется барометром в начале эксперимента. Результаты занести в таблицу 7.2.

5.3 Выключить установку и отключить электрокабель от сети.

5.4 Сбросить давление пара с помощью предохранительного клапана (выполняется учебным мастером).

5.5 Обработайте результаты эксперимента.

6 Задание по работе

6.1 По полученным экспериментальным данным построить график зависимости

6.2 По уравнению состояния Менделеева –Клайперона для изохорного процесса определить теоретические значения температуры для соответствующих экспериментально заданных значений давлений пара.

6.3 Построить график теоретической зависимости давления пара от его температуры как для идеального газа

6.4 С помощью прикладной программы определить параметры водяного пара по полученным экспериментальным данным.

6.5 Определить в каком интервале давлений затраты энергии на процесс парообразования максимальны.

7 Обработка результатов опыта

Согласно заданию необходимо данные приборов и их показания в процессе эксперимента заносятся соответственно в таблицы 7.1 и 7.2.

Таблица 7.1 Технические параметры приборов

Вид прибора	Параметры прибора
	Тип	Марка	Пределы измерения	Единицы измерения
Барометр
Ваттметр
Измеритель температуры
Манометр
Секундомер

Таблица 7.2 Результаты наблюдений

Параметр	Значения
Избыточное давление пара, МПа	0,25	0,50	0,75	1,00	1,25	1,5	1,75	2,00
Атмосферное давление, МПа
Температура пара, 0С
Потребляемая ТЭНом мощность, кВт
Время прироста давления пара, с

Согласно зафиксированным показаниям приборов построить график фактической зависимости абсолютного давления пара от абсолютной температуры .

На основании полученных экспериментальных данных необходимо определить затраты энергии на процесс парообразования в каждом интервале давлений и за общее время эксперимента.

Затраты энергии на процесс парообразования в і-ом интервале давлений в кДж определяется по зависимости

(1)

где -показания ваттметра в і-ом интервале давлений, Вт;

-время прироста давления в і-ом интервале, с.

Затраты энергии за все время опыта определяется по зависимости

(2)

Расчет зависимости давления пара от температуры как для идеального газа для каждого контрольного значения избыточного давления пара (0,25...2,00 МПа – по манометру) следует определять по уравнению состояния Менделеева-Клайперона

(3)

где - абсолютное давление пара ,Па;

-объем пара, м³;

-газовая постоянная водяного пара, Дж/(кг∙К);

- абсолютная температура пара, К

В свою очередь, абсолютное давление водяного пара в Па определяется по формуле

(4)

где - избыточное давление водяного пара, Па;

- атмосферное давление. Па.

Абсолютная температура пара определяется по выражению

(5)

где -температура пара для каждой контрольной точки избыточного давления, ⁰С.

относительная погрешность эксперимента рассчитывается по формуле

(6)

где -абсолютная погрешность барометра;

-абсолютная погрешность манометра;

-абсолютная погрешность измерителя температуры;

, , -пределы измерения барометра, манометра, измерителя температуры соответственно.

По рассчитанным параметрам водяного пара необходимо построить график теоретической (как для идеального газа) зависимости абсолютного давления пара от абсолютной температуры . График необходимо построить в той же координатной плоскости, что и график .

С помощью компьютерной программы «Н-S диаграмма V1.5.1» (рабочее окно программы представлено на рисунке 3) определить значения по экспериментально полученным величинам давления и температуры не менее важные характеристики водяного пара: энтальпия, удельный объем, степень сухости, энтропия, температура насыщения.

Рисунок 3 Общий вид рабочего окна программы «Н-S диаграмма V1.5.1»

Согласно представленному рисунку в программе приняты следующие условные обозначения:

P - абсолютное давление (МПа);

t - температура (⁰С);

h - удельная энтальпия (кДж/кг);

s - удельная энтропия (кДж/(кг∙К));

v - удельный объем (м³/кг);

x - степень сухости;

t_s - температура насыщения (⁰С);

h' - удельная энтальпия кипящей воды (кДж/кг);

h'' - удельная энтальпия сухого насыщенного пара (кДж/кг);

v' - удельный объем кипящей воды (м³/кг);

v'' - удельный объем сухого насыщенного пара (м³/кг);

s' - удельная энтропия кипящей воды (кДж/(кг∙К));

s'' - удельная энтропия сухого насыщенного пара (кДж/(кг∙К));

точка "0" - начальная точка процесса расширения (сжатия) пара;

точка "1t" - конечная точка расширения (сжатия) в идеальном процессе;

точка "1" - конечная точка расширения (сжатия) в реальном процессе с заданным к.п.д.;

H0=h0-h1t;

H=h0-h1.

Описание представленной программы гласит:

«Программа позволяет определять теплофизические параметры рабочей среды в одной или двух точках. Точку "0" возможно задать тремя парами параметров: P0, t0; P0, h0 или P0, x0. Точка "1t" может задаваться тремя способами посредством задания числового значения одного из параметров P1, h1t или x1t. Вариант расчета определяется выбором параметров из ниспадающих списков.

Если заданы числовые значения параметров только для точки "0", а третье поле пустое, то теплофизические свойства рабочей среды определяются только для точки "0". Поле "К.п.д. процесса" не используется.

Если заданы числовые значения параметров для точек "0" и "1", то происходит вычисление теплофизических свойств рабочей среды в точках "0", "1t", "1" и кроме того определяются значения теоретического и реального теплоперепадов. В этом случае поле "К.п.д. процесса" должно быть заполнено.

Значение к.п.д. процесса можно задавать в долях (0,0 - 1,0) или в процентах (0,0 - 100,0 (знак процента не ставится)). Минимальное значение к.п.д., при котором возможен расчет, составляет 0,1 (10%).

При заполнении полей ввода необходимо обращать внимание на то какой десятичный разделитель используется в системе (для русифицированной ОС Windows по умолчанию десятичным разделителем является запятая, для англоязычной - точка). При использовании неверного десятичного разделителя, а также при вводе в поля недопустимых символов (все кроме цифр и десятичного разделителя) или при не заполнении необходимого для расчета поля появляется сообщение об ошибке.

Перемещение по полям ввода и кнопкам кроме как при помощи мыши может осуществляться клавишей "Tab" в прямом направлении и "Shift" + "Tab" в обратном.

Запуск расчета осуществляется нажатием кнопки "Определить параметры" или клавиши "Enter". Для выхода из программы нажмите кнопку "Выход" или клавишу "Esc"».

По результатм работы с программой запишите значения всех параметров водяного пара для контрольных точек эксперимента (для всего обозначенного диапазона давлений 0,25...2,00 МПа). Результаты занести в таблицу 7.3.

Таблица 7.3 Параметры водяного пара

Параметр	Значение
Избыточное давление ,МПа	0,25	0,50	0,75	1,00	1,25	1,50	1,75	2,00
P - абсолютное давление, МПа
t – температура, 0С
h - удельная энтальпия, кДж/кг
s - удельная энтропия, кДж/(кг∙К)
v - удельный объем, м3/кг
x - степень сухости
ts - температура насыщения, 0С