Pomiar stopnia suchości pary wodnej

Transkrypt

1 Katedra Silnió Spalinoych i Pojazdó ATH ZAKŁAD TERMODYNAMIKI Pomiar stopnia suchości pary odnej - -

2 Podstay teoretyczne. Para mora jest uładem dufazoym stanie rónoagi. Stanoi ją mieszaniny drobnych ropele ody ciełej zaieszonych parze nasyconej (suchej). MoŜe ona postać procesie odparoania ody ytornicach pary lub podczas rozpręŝania pary przegrzanej. Stan termodynamiczny faz pary morej jao uład dufazoy, zgodnie z regułą faz Gibbsa: gdzie: s = f s to ilość parametró termodynamicznych niezbędnych do oreślania stanu rónoagi - jest ilością sładnió uładzie (=) - f jest ilością faz sładnió (f=2) oreśla jeden parametr termodynamiczny (s =-2+2=). Parametrem tym moŝe być ciśnienie lub temperatura. Parametry te są ziązane rónaniem linii paroania. Właściości energetyczne pary morej to jest uładu dufazoego, tórym stan termodynamiczny obu faz jest jednoznacznie oreślony, zaleŝne są od udziału obu faz mieszaninie. Sład pary morej oreśla się przez stopień suchości x definioany rónaniem: x = m ' ' m ' + m ' ' gdzie: - m jest masą fazy ciełej - m jest masą fazy gazoej (pary suchej) Wyznaczanie stanu pary morej przy pomocy podstaoych mierzalnych parametró tj. ciśnienie i temperatura jest niemoŝlie z uagi na jednoznaczność artości tych parametró (są one ziązane linią paroania) dla szystich moŝliych stopni suchości zmierzających się od zera (dla ody stanie rzenia) do jedności (dla pary nasyconej). Oreślenie stanu pary morej ymaga zatem znajomości ciśnienia (lub temperatury) pary oraz stopnia suchości, bądź innego parametru dającego się yznaczyć pośrednio metodą pomiaroą (entalpia, objętość łaścia). Korzystając z tablic parametró rzącej ody i pary suchej moŝna dla oreślonego ciśnienia (lub temperatury) odczytać artość dla objętości łaściej ( v i v ), entalpii (h oraz h ), izobarycznego ciepła paroania (r = h - h ) oraz entropii (s oraz s ) sładnió pary morej. Znając rónocześnie stopień suchości pary moŝna przy pomocy znanych rónań yliczyć: - objętość łaścią v= h + x (h - h ), - entalpię h= h + x (h - h ) = h + x r, - 2 -

3 - entropię s= s + x (s - s ), dla pary morej oreślając ten sposób pełni jej stan aloryczny. Metodya pomiaru. W ćiczeniu tym stopień suchości pary yznaczany jest przy pomocy alorymetru dłaienioego oraz alorymetru ondensacyjnego. Oreślenie stopnia suchości pary metodą alorymetru dłaienioego. W tej metodzie yznaczania stopnia suchości, para podlega przemianie dłaienia izentalpoego. Ja iadomo, podczas dłaienia izentalpoego zachodzącego uładzie adiabatycznym, cała praca rozpręŝania zamienia się na ciepło tarcia, tóre poodoać będzie odparoanie ilgoci, a ięc osuszanie pary morej. Przy dostatecznie duŝym zdłaieniu para przejdzie stan pary przegrzanej. Stan pary przegrzanej oreślają jednocześnie ciśnienie i temperatura, a ięc parametry, tóre mogą być prosty sposób yznaczone na drodze pomiaroej. Przemianę, jaiej podlega para tej metodzie ilustruje rysune. Rys. Przemiana dłaienia izentalpoego pary uładzie h-s. Znając parametry pary po jej zdłaieniu (p 2 oraz t 2 ) moŝna oreślić stan 2. Znając entalpię pary przegrzanej h 2 oraz yorzystując rónanie przemiany h =h 2 moŝemy yznaczyć stopień suchości pary morej przed zdłaieniem x. MoŜna to zrobić metodą yreślną posługując się yresem paroym (h-s) lub metodą obliczenioą przy yorzystaniu tablic paroych dla pary nasyconej i pary przegrzanej

4 Rys.2 Schemat alorymetru dłaienioego. Dla stanu 2 z tablic pary przegrzanej odczytujemy h 2 =h. Jednocześnie h h h = h - x (h - h ), stąd x =, gdzie h oraz h - odczytujemy z tablic pary h h nasyconej dla ciśnienia p. Oreślenie stopnia suchości pary metodą alorymetru ondensacyjnego. W metodzie tej badaną parę morą o znanym ciśnieniu srapla się dobrze zaizoloanym ymienniu ciepła. Schemat pomiaroy przedstaia poniŝszy rysune. Rys.3 Schemat alorymetru ondensacyjnego. - m strumień masy ody chłodzącej, - t, t 2 temperatura ody chłodzącej na locie i ylocie z ymiennia, - 4 -

5 - m strumień masy sroplin (róny strumienioi pary dopłyającej do alorymetru), - t temperatura sroplin. Ciepło przeazane przez parę podczas jej ondensacji alorymetrze jest róne ciepłu przeazanemu do ody chłodzącej. Z bilansu tego uładu dla stanu ustalonego: H & & & + H& + H = H 2 + m& h = m& h2 m & h + m& gdzie: - h to entalpia pary badanej przy ciśnieniu p, - h jest entalpią postałego ondensatu. h Entalpia ondensatu h = c t oraz h = c t, gdzie c to ciepło łaście ody, stąd: h = c t m& + m& c ( t t ) 2 Znając entalpię pary morej oraz jej ciśnienie p moŝna jedną z podanych yŝej metod (yreślną lub obliczenioą) yznaczyć stopień suchości pary oraz pozostałe jej parametry. Przebieg pomiaró i obliczeń. Pomiary naleŝy rozpocząć po ustaleniu rónoagi cieplnej uładu i po ododnieniu przeodó łączących ytornicę z alorymetrami, co następuje po upłyie ooło 30min. od chili uruchomienia stanoisa. Odczytó ielości mierzonych doonuje się rónocześnie dla obu alorymetró (dłaienioego i ondensacyjnego). W ramach ćiczenia naleŝy yonać die serie pomiaró dla du róŝnych ciśnień pary. Czas trania jednej serii yznacza czas napełnienia sroplinami naczynia pomiaroego. NatęŜenie przepłyu ody chłodzącej yznacza się przy pomocy zęŝi ypłyoej (danaidy) z yorzystaniem jej yreślnej charaterystyi. Podczas pomiaru naleŝy zmierzyć: metodzie alorymetru dłaienioego: - p m ciśnienie manometryczne pary badanej, - p m2 ciśnienie manometryczne pary po zdłaieniu, - t 2 temperaturę pary zdłaionej [ C], W metodzie alorymetru ondensacyjnego: - p m ciśnienie manometryczne pary badanej, - t temperaturę ody chłodzącej na locie [ C], - t 2 temperaturę ody chłodzącej na ylocie [ C], - 5 -

6 - t temperaturę ondensatu, - h spiętrzenie ody danaidzie, - V objętość zebranego ondensatu, - τ czas napełniania naczynia ondensatem. NaleŜy ponadto zmierzyć ciśnienie otoczenia potrzebne do oreślenia ciśnienia bezzględnego pary ybranych puntach uładu pomiaroego. Wynii pomiaró, odczytane artości tablicoe oraz ynii obliczeń naleŝy zestaić tabelach. Entalpię pary badanej obliczamy z zoru otrzymanego z bilansu alorymetru h = c t m + m c ( t t ) 2 gdzie: - m = m& τ masa ody chłodzącej - m& masoe natęŝenie przepłyu ody zmierzone danaidą (odczytane z yresu) - c ciepło łaście ody c =4,9 J/gK - 6 -

7 s - 7 -

8 - 8 -