Исследование процессов кипения и истечения

Тип работы:
Лабораторная работа
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ВЫПИСКА ИЗ ПРАВИЛ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В УЧЕБНЫХ ЛАБОРАТОРИЯХ

2. ОБЩИЕ ЦЕЛИ РАБОТ

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В разработке экспериментальных установок лаборатории принимали участие: В. Н. Федоров, Г. Н. Данилова, А. В. Куприянова, М. Г. Щербов, С. Н. Богданов, В. Н. Филаткин, А. В. Клецкий, В. В. Митропов. Основатель кафедры Ткачёв Анатолий Георгиевич.

При выполнении лабораторных работ по термодинамике производятся измерения температуры, давления, а также электрических величин — силы тока, напряжения, мощности. Поэтому изучению работ, которые будут выполняться студентом в лаборатории, должно предшествовать тщательное ознакомление не только с экспериментальными установками, но и с принципом действия, устройством и порядком применения соответствующих приборов.

При выполнении лабораторных работ и соответствующих измерений необходимо соблюдать правила внутреннего распорядка и инструкции по технике безопасности.

В лаборатории термодинамики кафедры теоретических основ тепло- и хладотехники проводятся работы, которые дают возможность ознакомиться с методами измерения термодинамических параметров рабочих тел (температуры, энтальпии, степени сухости пара), с методами установления зависимости между параметрами, а также методами исследования некоторых термодинамических процессов (изотермического, адиабатного, дросселирования, истечения).

1. ВЫПИСКА ИЗ ПРАВИЛ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В УЧЕБНЫХ ЛАБОРАТОРИЯХ

Общие правила

Включение и выключение установок производится только с разрешения лаборанта или преподавателя. Запрещается оставлять работающую установку без присмотра. Студенты, не знающие правил техники безопасности, к выполнению лабораторных работ не допускаются.

Правила работы на установках, находящихся под избыточным давлением

При работе на установке, находящейся под избыточным давлением, необходимо следить за показаниями манометра; ни в коем случае нельзя допускать превышения давления, указанного для данной работы в учебном пособии. Если давление превысит допустимый предел, немедленно сообщить об этом преподавателю или лаборанту. При измерениях количества конденсата, а также при контроле уровня воды в кипятильниках следует остерегаться поломки водомерных стекол, так как при этом возможны ожоги горячей водой и паром.

Правила работы на установках, питаемых электричеством

Запрещается:

включать и выключать силовые и осветительные рубильники без разрешения преподавателя или лаборанта;

производить исправления в электросистемах, находящихся под напряжением;

оставлять систему, находящуюся под напряжением, без присмотра;

снимать и перевешивать предупреждающие и запрещающие плакаты;

выключать блокировочные устройства;

заходить и протягивать руки за ограждения во время работы установки;

снимать заземляющие провода и работать с незаземленным электрооборудованием;

касаться неизолированных проводников, металлических клемм, обмоток реостатов и других деталей электросхем, находящихся под напряжением.

В случае возникновения пожара следует немедленно вызвать пожарную команду по пожарному сигналу или телефону 01 и приступить к тушению пожара своими силами. При этом необходимо:

1) немедленно остановить установку и полностью выключить электроток;

2) электропроводку тушить только углекислотными огнетушителями.

2. ОБЩИЕ ЦЕЛИ РАБОТ

Лабораторная работа № 2

1. Иметь четкое представление о каждом из возможных состояний жидкости и пара (ненасыщенная и насыщенная жидкости; влажный, сухой насыщенный и перегретый пар; критическое состояние). Уяснить физический смысл и взаимосвязь основных величин, определяющих процесс кипения: температуры насыщения, давления насыщения, удельной теплоты парообразования, степени сухости влажного пара.

2. Определить экспериментально зависимость давления от температуры насыщения для водяного пара в интервале давлений от 0,1 до 0,3 МПа.

3. Полученные значения давлений насыщения сравнить с табличными для соответствующих температур.

Лабораторная работа № 6

1. Иметь представление о назначении и месте процессов истечения в энергетических установках. Понять, как меняются параметры газа (пара) при прохождении через сопло, каково максимальное значение скорости газа на выходе из цилиндрического или суживающегося сопла. Рассмотреть формулы для определения скорости и массового расхода газа при адиабатном истечении.

2. Определить опытным путем массовый расход воздуха при адиабатном истечении через суживающееся сопло. Для различных значений = р21 построить график зависимости w2 = f (). Сравнить полученные опытные данные с расчетными.

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

кипение пар воздух адиабатный истечение

Лабораторный стенд

Схема экспериментальной установки показана на рис. 1. Основной частью установки является кипятильный аппарат, который представляет собой стальной сосуд, покрытый слоем изоляции и снабженный смотровым окном 5. Кипятильник обогревается спиралью электронагревателя 6. Ползунковый реостат 7 обеспечивает регулировку нагрева кипятильника; для удобства регулировки в цепь также включен вольтметр (на рисунке не показан). На верхнюю часть сосуда, выполняющую функции конденсатора, намотан змеевик 2, в который подается вода из водопроводной сети.

Для измерения избыточного давления используется манометр 1. Для измерения температуры применена медьконстантановая термопара, горячий спай 4 которой введен в верхнюю часть кипятильного аппарата. Цилиндрический экран 3 защищает спай термопары от лучистого теплообмена с холодными стенками корпуса. Холодный спай термопары помещен в сосуд Дьюара, заполняемый до начала лабораторной работы смесью измельченного льда с водой. Для измерения ЭДС термопары используется цифровой милливольтметр. Таблица градуировки термопары имеется в лаборатории.

Установка работает следующим образом. Лаборант предварительно заполняет кипятильный аппарат дистиллированной водой, подает ток на электронагреватель, а затем включает воду на конденсатор. Получаемый из воды влажный пар собирается в верхней части цилиндра кипятильного аппарата, являющейся конденсатором, а затем, охлаждаясь водой, протекающей через змеевик, сжижается и стекает вниз по стенкам сосуда.

Давление влажного пара изменяется в соответствии с температурой, которая зависит от мощности электронагревателя и от расхода и температуры воды в конденсаторе. Мощность электронагревателя зависит от силы протекающего через него тока и регулируется реостатом; производительность конденсатора регулируется количеством охлаждающей воды.

Рис. 1. Схема лабораторной установки:

1 — манометр; 2 — змеевик; 3 — экран; 4 — горячий спай;

5 — смотровое окно; 6 — электронагреватель; 7 — реостат

Обработка результатов опыта

Таблица 1 Характеристика приборов

Наименование

Номер

Марка

Единица измерения

Пределы измерения

Цена деления

11

2

3

Термопара

ХА-68

ТХА

ТЭДС

1,0″ ЭДС до 50 мВ,

Таблица 2 Номинальная статическая характеристика преобразования ХА-68

Температура, °С

ТЭДС, мВ, для температуры, °С

4

5

10

0,557

0,597

20

0,960

1,000

30

1,366

1,407

40

1,776

1,817

50

2,188

2,229

60

2,601

2,643

70

3,016

3,058

80

3,432

3,473

90

3,847

3,888

100

4,261

4,302

110

4,673

4,714

120

5,083

5,124

130

5,490

5,531

140

5,895

5,936

Рис. 2 График для градуирования температуры

Интерполирование данных значения ЭДС

Из таблицы 2 видно, что каждому значению ЭДС соответствует своя температура. По графику рисунок 2 видно, что функция от температуры линейная на каждом участке, значит можно сделать интерполирование данных полученных в результате наблюдений

Интерполяция — в вычислительной математике способ нахождения промежуточных значений величины по имеющемуся дискретному набору известных значений.

Таблица 3 Данные градуировки термопары

ЭДС, мВ

4,10

4,57

4,81

5,01

5,2

5,37

5,54

5,69

5,85

5,97

t, С

96,1

107,5

113,3

118,2

122,9

127,1

131,2

133,9

137,9

140,8

Проведем расчет значений без учёта погрешности при вычислении и округлении, интерполирую значения из таблицы 2 и графика — рисунка 2 определим промежуточное значение величины.

90 С

3,847мВ

Х1

4,1 мВ

100 С

4,261 мВ

Результаты сводим в таблицу 4

Таблица 4 Результаты наблюдений

Показания приборов

Номер измерения

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Давление по манометру, МПа (кгс/см2)

0,1

0,3

0,6

0,9

1,2

1,5

1,8

2,1

2,4

2,7

ЭДС термопары, мВ

4,1

4,57

4,81

5,01

5,2

5,37

5,54

5,69

5,85

5,97

Таблица 5 Результаты обработки опытных данных

ризб МПа

рабс, МПа

t, C

Т, К

ртабл, МПа

р, МПа

р = р/ртаб

1

0,1

0,2

96,1

369,25

0,8

0,6

0,25

2

0,3

0,4

107,5

380,65

1,3

0,9

0,44

3

0,6

0,7

113,3

386,45

1,6

0,9

0,77

4

0,9

1,0

118,2

391,35

1,9

0,9

1

5

1,2

1,3

122,9

396,05

2,1

0,8

1,6

6

1,5

1,6

127,1

400,25

2,5

0,9

1,7

7

1,8

1,9

131,2

404,35

2,8

0,9

2,1

8

2,1

2,2

133,9

407,05

3,0

0,8

2,75

9

2,4

2,5

137,9

411,05

3,7

0,7

3,57

10

2,7

2,8

140,8

413,95

3,7

1,1

2,54

Рис. 3 График зависимости p-T

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Лабораторный стенд

Схема установки изображена на рис. 7. Воздух забирается из помещения компрессором 3, сжимается им до давления 0,3−0,4 МПа (3−4 бар) и подается в ресивер 1. Основное назначение ресивера состоит в том, чтобы сглаживать пульсации давления воздуха, поступающего к соплу. В ресивере, а соответственно, и во всех частях установки до сопла с помощью специального пружинного клапана 2 поддерживается постоянное высокое давление р1. Это давление измеряется с помощью образцового манометра 4. Воздух с давлением р1 заполняет камеру 5 и через суживающееся сопло 6 истекает в камеру 7, где поддерживается более низкое давление р2, измеряемое с помощью образцового манометра 9. Давление р2 в камере 7 может изменяться с помощью вентиля 8.

Рис. 4. Схема лабораторной установки:

1 — ресивер; 2 — пружинный клапан; 3 — компрессор; 4, 9 — манометры; 5, 7 — камеры; 6 — суживающееся сопло; 8 — вентиль; 10 — счетчик (расходомер)

Открывая этот вентиль и облегчая воздуху выход из камеры 7 в помещение, можно понизить давление р2, закрывая — повысить.

Объемный расход воздуха определяют с помощью объемного расходомера или газового счетчика.

Обработка результатов опыта

Таблица 6 Результаты опыта

P1абсмПа

P2абсмПа

Q м3/с

W м/с

в

1

4,09

3,4

0,85

169,18

0,83

2

4,0

3,02

0,93

185,11

0,755

3

4,0

2,54

0,105

208,99

0,635

4

3,91

2,24

0,111

220,93

0,572

5

3,88

1,86

0,113

224,92

0,479

6

3,88

1,54

0,116

230,89

0,396

7

3,88

1,1

0,116

230,89

0,283

8

3,94

0,88

0,116

230,89

0,223

Диаметр сопла d=0. 0008 м

Площадь сечения f=5. 02 10-7 м

Рис 5. График зависимости в-W

Определим степень сжатия

Определи критическую скорость

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Богданов С. Н., Куприянова А. В, Иванов О. П. Свойства веществ 1976 г.

2. Богданов С. Н., Куприянова А. В, Иванов О. П, Бурцев С. И. Свойства веществ 1999 г.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой