КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Перед началом опыта нужно убедиться, что вентили 5, 6, 8 – закрыты
Через бак 11 (рис. 2) при открытом вентиле 9 и 3 в котел 1 наливается вода. При этом уровень воды в котле контролируется по водомерному стеклу 4. После заполнения котла не менее чем не 2/3 его объема вентиль 9 закрывается, мерное стекло разобщается с полостью котла путем закрытия крана 3. Кран 8 открывается, чтобы внутренняя полость котла была соединена с атмосферой посредством трубопровода 7. Тем самым внутри котла устанавливается атмосферное давление В, определяемое по барометру. После этого включается нагреватель 2. Вода в котле нагревается до температуры кипения при атмосферном давлении и закипает. Из трубопровод 7 начинает выходить пар. Тогда вентиль 8 закрывают, чтобы внутренняя полость котла была соединена только с манометром 10. Непрерывный подвод тепла к воде вызывает испарение воды. Внутри котла образуется смесь кипящей воды и насыщенного пара -влажный пар. Образующиеся влажный пар, не имея выхода из котла, повышает давление в нем, тем самым, повышая температуру кипения. Измеряя с помощью термометра 12, помещенного в гильзу 13, и манометра 10 температуру и давление воды в котле в одни и те же моменты времени„получает зависимость между температурой кипения воды и ее давлением в виде таблицы и кривой в координатах ts - ps. Результаты опыта заносятся в таблицу наблюдений 2.1. В эту же таблицу заносятся значения ts табл, которые берутся из таблиц по вычисленным значениям Рабс (приложение 1). Так как тепло к воде подводится непрерывно, а следовательно, непрерывно растет и температуре в котле, то возможно отставание показания термометра от температуры воды. Во избежание ошибки при проведении опыта делается следующее: в момент достижения нужного давления по манометру приоткрывают вентиль 8, удерживая давление постоянным в течение 2 - 3 мин. Затем берут отсчет по термометру. После этого вентиль 8 закрывают и продолжают опыт, поднимая давление в котле до следующего значения. Данные измерений заносятся в таблицу наблюдений. В опыте рекомендуется установить пять значений по манометру; 0,2 кгс/см2; 0,4 кгс/см2; 0,6 кгс/см2, 0,8 кгс/см2; 1,0 кгс/см2 (I кгс/см2 = 0,098 МПа). Внимание! При установке заданных давлений в котле, нужно помнить, что показания манометра умножаются на 10. (см. шкалу манометра).
Таблица наблюдений 2.1.
Обработка результатов опыта: Строится зависимость ts эксп = f (Ps) в координатах ts, Ps по опытным данным. Давление Ps=Pабс. Строится поле погрешностей найденных величин. Максимально возможная погрешность при измерении температуры определяется шкалой термометра, при измерении давления - классом манометра. Класс манометра - возможная абсолютная ошибка при отсчетах по прибору в % от максимального давления, измеряемого прибором. Поле погрешностей строится, как показано на рисунке 3. В этих же координатах наносится табличная зависимость ts табл= f (Ps), ts табл - берется из таблиц водяного пара (приложение 1). При правильном проведении работы табличная зависимость должна лечь внутри поля погрешностей найденных величин.
Отчет по работе: Отчет по работе должен включать следующие пункты:
1. Титульный лист. 2. Наименование и цель работы. 3. Схему опытной установки. 4. Таблицу наблюдений. 5. График зависимости ts эксп = f (Ps). 6. Расчеты максимально возможных погрешностей. 7. Выводы.
Лабораторная работа №3
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВОЗДУХА
Цель работы: Закрепление знаний по разделу "Процессы идеальных газов".
Задание: 1. Определить связь между давлением Р и объемом V в изотермическом процессе воздуха. 2. Определить из опыта работу процесса и сравнить полученное значение с теоретическим значением для изотермического процесса идеального газа.
Теоретические основы метода: Процессы, протекающие при постоянной температуре рабочего тела, называются изотермическими процессами. Линия, изображающая изотермический процесс, называется изотермой. Условие совершения изотермического процесса Т = const или dT = 0. Уравнение изотермического процесса в осях P, u может быть получено из уравнения состояния Pu=RT = const, т.к. T = const и R = const для данного газа, то получаем:
Уравнение изотермы (17) выражает закон Бойля-Мариотта, согласно которому: при постоянной температуре отношение объемов рабочего тела обратно пропорционально отношению давлений. Графиком этого процесса в координатах P, u (рис. 4) будет равнобокая гипербола. Изотермический процесс в опыте можно осуществить расширением (сжатием) газа, находящегося в замкнутом сосуде, с бесконечно малой скоростью. Пусть начальное состояние газа в сосуде характеризуется давлением Р1 и объемом \/1. Незначительное изменение давления от Р1 до Р2 приводит к изменению объема на величину ΔV= V2 – V1 (рис. 4). Работа элементарного процесса 1-2 может быть рассчитана как:
где Рср = 0,5(Р1 + Р2). Из большого числа таких последовательных перемещений составляется полный процесс. Работа, совершаемая газом в этом процессе, равна сумме работ отдельных элементарных процессов:
Работа изотермического процесса (1-n) может быть также рассчитана теоретически по формуле:
Описание опытной установки: Схема опытной установки показана на рис. 5. Установка состоит из двух сообщающихся сосудов 3 и 4, заполненных трансформаторным маслом. При откачке воздуха компрессором 1 из сосуда 3 воздух в сосуде начинает расширяться, переталкивая масло из сосуда 4 в сосуд 3. При расширении воздуха между окружающей средой (стенками сосуда) и воздухом в сосуде 4 образуется небольшая разность температур Δt. К воздуху из окружающей среды подводится количество теплота Q, в результате чего процесс расширения воздуха происходит при постоянной температуре t = tокр.ср.
Проведение опыта: 1. Определить температуру окружающей среды. 2. Снять по барометру 2 значение начального давления воздуха в сосуде 4 и по шкале 5 начальную высоту h1, объема воздуха. 3. С помощью компрессора 1 при закрытом вентиле 7 изменить давление воздуха в сосуде 4 примерно на 2·103 Па и, выжидая ~ 1 мин, дать установиться температура. Измерить новые значения Р2 и h2 4. Вновь изменить давление на ~ 2·103 Па, выждать ~ 1 мин, измерить Р3 и h3 и т.д., пока давление в сосуде 4 не станет равным 80·103 Па. Значения намеренных величин Рi и hi занести в таблицу наблюдений 3.1. 5. Измерить температуру воздуха в помещении tокр.ср, 0С. 6. По окончании опыта открыть вентиль 7. Таблица наблюдений 3.1.
Обработка результатов опыта: 1. Начальное значение объема воздуха V 1 в сосуде 4 вычисляется по уравнению:
2. На каждом элементарном участке перемещения находится ΔVi:
3. И объем воздуха в конце участка перемещения:
Здесь F - площадь поперечного сечения сосуда 4 в м2. 4. По данным таблицы наблюдений 3.1. строят график P = f(V). 5. По формулам (18) и (19) определяют работу ΔLi на каждом участке и работу L всего процесса (1 n). 6. Полученное суммарное значение работы сравнивается с теоретически вычисленным по формуле (20) и находится абсолютная и относительная погрешность этой величины. Результата расчетов заносятся в таблицу наблюдений 3.1.
Отчет по работе: Отчет по работе должен включать следующие пункты:
1. Титульный лист. 2. Наименование и цель работы. 3. Схему опытной установки. 4. Таблицу наблюдений. 5. Обработку результатов опыта. 6. Процесс изотермического расширения воздуха в р, \/ диаграмме. 7. Определение погрешности измерений. 8. Выводы. Лабораторная работа № 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ АДИАБАТЫ ДЛЯ ВОЗДУХА
Цель работы: Закрепление знаний по разделу курса "Термодинамические процессы идеальных газов", получение навыков экспериментального определения показателя адиабаты К.
Задание: Определить из опыта показатель адиабаты К для воздуха. Теоретические основы метода: Определение показателя адиабаты производится из уравнения:
где p – давление газа в сосуде. υ – удельный объем газа в сосуде. Экспериментально определяя параметры p1, υ1 и p2, υ2 соответственно для начального и конечного состояния газа в адиабатном процессе (рис. 6) и составляя уравнение процесса, получим:
Ввиду сложности экспериментального определения удельного объема газа в конце процесса адиабатного расширения 1-2 этот параметр из формулы (15) целесообразно исключить. С этой целью после адиабатного расширения воздуха осуществляется процесс 2-3 изохорного нагрева воздуха до температуры окружающей среды. Давление воздуха при этом увеличивается от Р2 по Р3 Состояние воздухе в точке 3 характеризуется параметрами Р3 и υ3. Температуры воздуха в точках 1 и 3 одинаковы, поэтому согласно закону Бойля-Мариотта в изотермическом процессе 3-1:
Учитывая, что для изохорного процесса υ3 = υ2 подставляя (26) в (25), окончательно подучим:
Описание установки: Схема опытной установки показана на рис. 7. Установка состоит из стеклянного сосуда 1, компрессора 2, термометра 3 для замера температуры в сосуде, U - образного манометра 4 для замера избыточного давления Ризб в сосуде и крана-зажима 5.
Проведение опыта: 1. Измеряются давление воздуха в сосуде Ризб 1 и барометрическое 2. Полость сосуда разъединяется с атмосферой с помощью зажима 5. 3. Включается компрессор 2 и в сосуде поднимается давление. 4. При достижении в сосуде Ризб равного 600-650 мм вод.ст. (1 мм.вод.ст. = 9,81 Па) компрессор выключается. 5. Воздух, нагретый в сосуде, при нагнетании охлаждается до температуры окружающего воздуха. Вследствие охлаждения давление воздуха в сосуде понижается. Окончание процесса охлаждения фиксируется по неизменным температуре и давлению воздуха в сосуде. 6. Измеряются давление воздуха в сосуде Ризб 2 и барометрическое 7. Открывается кран 5. При этом начинается процесс адиабатного 8. При понижении давления воздуха до атмосферного зажим 5 быстро 9. Обеспечивается процесс изохорного нагрева воздуха до температуры окружающей среды. Давление воздуха поднимается и становится равным Ризб 3. 10. Измеряется давление воздуха в сосуде Ризб 3. 11. Опыт повторяется 3-4 раза. 12. Результаты замеров заносятся в таблицу наблюдений 4.1.
Таблица наблюдений 4.1.
(1 мм.рт.ст=133 Па)
Обработка результатов опыта: Расчет показателя К производится в следующей последовательности: Абсолютное давление воздуха в точке 1:
Абсолютное давление воздуха в точке 2:
Абсолютное давление воздуха в точке 3
Показатель адиабаты:
Если отношения давлений Р1/P2 и Р1/P3 мало отличаются от единицы, необходимо логарифмы этих отношений разложить в ряд, в результате чего после некоторых преобразований выражение (31) примет вид:
По рассчитанным величинам К для каждого опыта определяется среднее значение показателя адиабаты для воздуха. Отчет по работе: Отчет по работе должен включать следующие пункты:
1. Титульный лист. 2. Наименование и цель работы. 3. Схему опытной установки. 4. Таблицу наблюдений. 5. Обработку результатов опыта. 6. Оценку погрешности определения показателя адиабаты. 7. Выводы.
Лабораторная работа № 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ СУХОСТИ ВОДЯНОГО ПАРА
Цель работы: Целью работы является ознакомление с одним из методов экспериментального определения степени сухости водяного пара, а также закрепление и углубление знаний по разделу курса "Водяной пар".
Задание: Экспериментально определить степень сухости влажного водяного пара, а также определить его параметры с помощью h, s - диаграммы и расчетным путем с помощью таблиц водяного пара. Теоретические основы метода: Состояние влажного насыщенного пара определяется двумя величинами - давлением (или температурой) и степенью сухости. Массовая доля сухого пара во влажном паре называется степенью сухости и обозначается через x:
где М˝ - масса сухого насыщенного пара во влажном паре; М¢ - масса насыщенной жидкости во влажном паре. Массовая доля жидкости во влажном паре называется степенью влажности и обозначается через y = М¢ / (М˝ +М¢). Очевидно у=1-х. Для сухого пара х=1, для воды (жидкости) х=0. Следовательно, началу процесса парообразования соответствует степень сухости х=0, завершению процесса парообразования, т.е. состояния сухого насыщенного пара, соответствует степень сухости х=1. В процессе парообразования х постепенно увеличивается от 0 до 1. Под степенью сухости пара х понимают массовую долю сухого насыщенного пара во влажном паре. В основу экспериментального определения степени сухости влажного пара положен метод конденсации пара. Проходя через холодную воду, налитую в калориметр, влажный пар конденсируется и отдает воде количество теплоты Q, равное:
где mn - масса сконденсировавшегося пара, кг; hx – энтальпия влажного пара, Дж/кг; h2 - энтальпия воды в калориметре после пропуска пара, Дж/кг. Энтальпия влажного пара зависит от его степени сухости и может быть определена как:
где h’ - энтальпия жидкости при температуре насыщения, Дж/кг (прил. 1); r - теплота парообразования, Дж/кг (прил. 1). Энтальпия воды h2 мажет быть определена по формуле:
где cв - удельная теплоемкость воды, равная 4,19·103 Дж/(кг К); Т2 - температура воды в калориметре после конденсации пара, К. Количество теплоты, аккумулированной в калориметре, можно найти
где mв - масса воды в калориметре до конденсации пара, кг; T 1 - температура воды в калориметре до конденсации пара, К. Подставив значение Q из выражения (34) в уравнение (37), найдем величину hx. Подставив далее найденное значение hx в (35), получим расчетную формулу для определения степени сухости:
Формула (38) положена в основу метода определения, степени сухости влажного пара.
Описание установки: Экспериментальная установка (рис. 8) состоит из калориметра 5, во внутренний сосуд которого заливается вода. В крышке калориметра имеются два отверстия для установки термометра 4 и подвода пара. Пар в калориметр подается из котла 1 через вентиль 2. Давление пара измеряется манометром 3. Проведение опыта: Взвешиванием на технических весах определяется масса пустого калориметра mк. Затем калориметр наполняется водой на 2/3 его объема. Определяется масса калориметра с водой mк1. С помощью термометра измеряется, температура воды Т1 в калориметре, после чего в калориметр под уровень воды подается пар, пока температура воды не повысится до Т2=333...353 К(t2= 60…80 °С). При этом давление пара в котле поддерживают постоянным. По окончании пропуска пара вода в калориметре тщательно перемешивается, измеряется её температура Т2 и определяется масса калориметра с горячей водой mк2. Результаты наблюдений заносятся в таблицу наблюдений 5.1.
Таблица наблюдений 5.1.
Обработка результатов опыта: 1. Из таблиц водяного пара (прил. 1) по абсолютному давлению Рабс находятся численные значения величин h’ и r. По формуле (36) подсчитывается h2. 2. Определяется масса воды в калориметре mв и масса сконденсировавшегося пара mn из соотношений:
3. По формуле (38) c использованием соотношений (39) и (40) находится численное значение степени сухости пара x. 4. По диаграмме h, s определяются энтальпия hx и энтропия
где s’ берется по таблицам (прил. I), а Ts - температура насыщения при давлении Рабс.
Отчет по работе: Отчет по работе должен включать следующие пункты:
1. Титульный лист. 2. Наименование и цель работы. 3. Схему опытной установки. 4. Таблицу наблюдений. 5. Обработку результатов опыта. 6. Оценку погрешности определения степени сухости. 7. Выводы.
Лабораторная работа № 6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
Цель работы: Целью работы является закрепление знаний по разделу курса "Влажный воздух", приобретение навыков работы с гигрометром, психрометром и h, d - диаграммой влажного воздуха.
Задание: 1. По показаниям сухого и мокрого термометров аспирационного 2. По парциальному давлению пара Рn с помощью таблиц водяного 3. Относительную влажность воздуха определить с помощью психрометра Августа и психрометрических таблиц. 4. Определить относительную влажность с помощью волосяного гигрометра. 5. Определить относительную влажность с помощью аспирационного 6. Рассчитать значение энтальпии hсм и влагосодержание d по 7. Сопоставить значения относительной влажности, полученной пятью способами, а также сопоставить значения влагосодержания и энтальпии, полученные по формулам и h, s - диаграмме.
Теоретические основы метода: Во многих технологических процессах (сушка и увлажнение материалов, пневмотранспорт, пневматический привод механизмов и т.д.) в качестве рабочего вещества применяется воздух. Для расчетов этих процессов необходимо знать свойства и параметры атмосферного воздуха, который обычно используется в промышленных условиях. В атмосферном воздухе всегда содержится то или иное количество влаги в виде водяного пара. Такая смесь сухого воздуха с водяным паром называется влажным воздухом. Водяной пар во влажном воздухе может быть в насыщенном или перегретом состоянии. Смесь сухого воздуха и сухого насыщенного пара называется насыщенным влажным воздухом. Смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара - ненасыщенным влажным воздухом. Смесь сухого воздуха и влажного насыщенного пара называется пересыщенным влажным воздухом (область тумана). Температура, до которой необходимо охладить ненасыщенный влажный воздух при постоянном давлении, чтобы содержащийся в нем перегретый пар стал сухим насыщенным, называется температурой точки росы. При дальнейшем охлаждении влажного воздуха (ниже температуры точки росы) происходит конденсация водяного пара и воздух становится пересыщенным влагой. Согласно закону Дальтона давление влажного воздуха складывается из парциальных давлений сухого воздуха Рсв и водяного пара Рn, т.е.:
Абсолютной влажностью воздуха называется количество водяного пара (кг), содержащееся в I м3 влажного воздуха, т.е. плотность водяного пара ρn находящегося в воздухе. Абсолютная влажность зависит от температуры воздуха и барометрического давления. Относительной влажностью воздуха φ называется отношение абсолютной влажности ρn к максимально возможной абсолютной влажности ρн (плотности сухого насыщенного пара) при той же температуре, т.е.:
Влагосодержанием воздуха d называют отношение массы водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого воздуха. Влагосодержание d измеряется в кг/кг и определяется по формуле:
где Рcв - парциальное давление сухого воздуха; В - барометрическое давление. В технических расчетах принимают величину барометрического давления В = 745 мм. рт.ст. (1 мм рт.ст. = 133 Па). Энтальпия влажного воздуха представляет собой сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара и определяется по формуле:
где t - температура воздуха; 1004 и 1929 Дж/(кг К) - теплоемкости воздуха и перегретого пара; 2,5·106 Дж/кг - теплота парообразования; d - влагосодержание в кг/кг.
Описание установки: В данной работе установка представляет собой стенд с установленными на нем приборами, таблицами, диаграммами. Сюда входят аспирационный, психрометр, психрометр Августа, волосяной гигрометр, барометр, h, d диаграмма влажного воздуха, таблицы.
Аспирационный психрометр (психрометр Асмана) (рис. 9) состоит из двух одинаковых ртутных термометров 1 и 3. Их ртутные резервуары размещены в трубках 5, через которые с помощью вентилятора 2 протягивается воздух. Ртутный резервуар правого термометра обернут батистом 4 в один слой и смачивается дистиллированной водой. При протягивании вентилятором через трубки 5 воздуха левый - сухой термометр будет показывать температуру потока воздуха tс, а показание правого - смоченного, будет меньше, т.к. он будет охлаждаться вследствие испарения воды с поверхности батиста, облегающего ртутный резервуар термометра. Температуру смоченного термометра обозначают tм (температура мокрого термометра). При установившемся состоянии (в насыщенном воздухе) температура мокрого термометра tм всегда меньше температуры сухого термометра tc. Психрометр Августа отличается от описанного выше только тем, что в нем отсутствует принудительное движение воздуха и чаще применяются спиртовые термометры. Гидрометрический метод определения влажности воздуха с помощью волосяного гигрометра основан на свойстве волоса изменять свои размеры в зависимости от влажного воздуха. Волосяной гигрометр (рис. 10) состоит из пучка обезжиренных волос 1, один конец которого закреплен неподвижно, а другой обертывается вокруг валика 2 и натягивается грузом 3. На валике 2 закрепляется стрелка, которая перемещается по шкале, проградуированной в % относительной влажности воздуха. При повышении влажности воздуха волосы удлиняются, Груз опускается и поворачивает стрелку вправо. При понижении влажности воздуха длина волоса сократится, груз поднимется вверх и повернет стрелку влево. Проведение опыта: 1. Специальной пипеткой увлажняют батист 4 на ртутном шарике мокрого термометра 3 аспирационного психрометра (рис. 9). Далее ключом заводят пружину вентилятора 2 психрометра. Через 2-3 мин после начала работы вентилятора записывают в таблицу наблюдений 6.1. показания сухого и мокрого термометров аспирационного психрометра. 2. В таблицу наблюдений 6.2. записывают показания сухого и мокрого термометров психрометра Августа. 3. В таблицу наблюдений 6.2. заносят показания волосяного гигрометра.
Обработка результатов опыта: 1. По показаниям термометров tc и tм аспирационного психрометре на диаграмме h, d находится точка А, соответствующая состоянию влажного воздуха в лаборатории, так, как показано на рис. 11. Последовательность нахождения точки А такова: по изотерме, соответствующей температуре мокрого термометра tм доходят до линии φ = 100 %. Из точки пересечения этих линий по линии tм=const (линия постоянной истинной температуры мокрого термометра) доходят до изотермы, соответствующей температуре сухого термометра tc. Получают точку А. По точке А находят относительную влажность воздуха φ, энтальпию (значение линии энтальпии, проходящей через точку А). Опуская точку А по вертикали вниз, находят температуру точки росы tр, парциальное давление пара Pn, и влагосодержание (см. рис. 11). Все данные заносят в таблицу наблюдений 6.1.
Таблица наблюдений 6.1.
(1 мм рт.ст = 133 Па) 2. По парциальному давлению пара Рn. и температуре воздуха t c
Значения ρn, ρн и φ заносятся в таблицу наблюдений 6.1. 3. Определяется относительная влажность воздуха по показаниям 4. Относительная влажность воздуха определяется по показаниям
Таблица наблюдений 6.2.
5. Влагосодержание d и энтальпия влажного воздуха hcм рассчитываются по приведенным выше формулам и заносятся в таблицу наблюдений 6.1.
Отчет по работе: Отчет по работе должен включать следующие пункты:
1. Титульный лист. 2. Наименование и цель работы. 3. Схему опытной установки. 4. Таблицу наблюдений. 5. Обработку результатов опыта. 6. Оценку максимальной погрешности. 7. Выводы.
Лабораторная работа №7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОШИБКИ ИЗ ВЕЛИЧИНЫ.
Дата добавления: 2015-05-09; Просмотров: 600; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |