Практическая работа № 11. Исследование процесса истечения и дросселирования водяного пара

Тема: Истечение и дросселирование газа и пара

Цели:

1. Исследование процесса истечения водяного пара из сопла.

2. Исследование процесса дросселирования водяного пара.

Задание:

1. Определить скорость истечения пара и расход пара через сопло.
2. Построить график зависимости расхода водяного пара от давления за соплом.
3. Проанализировать процесс дросселирования.
4. Ответить на контрольные вопросы и вопросы теста

 

Актуализация знаний

Истечение – это прохождение потока пара или газа через сопло. Процессы истечения газа и пара используются в различных отраслях промышленности и осуществляются во многих аппаратах (паровых машинах, поршневых двигателях), где движение газа или пара при их расширении незначительное. В тепловых машинах ротационного типа (паровые и газовые турбины), где поток газа или пара имеет значительную скорость, а, следовательно, и кинетическая энергия его увеличивается. Процесс истечения осуществляется столь быстро, что теплообмена с окружающей средой не происходит.

Известно, что при движении пара по трубопроводу, в котором имеется сужение сечения (местное сопротивление) давление его снижается. Процесс этот необратимый. Степень понижения давления зависит от физических свойств пара, его состояния до сопротивления, от относительной величины сужения сечения трубопровода, а также от расхода пара.

Порядок выполнения работы:

I. Исследование процесса истечения пара из сопла

1.1. Исследуется процесс истечения пара из сопла, вмонтированного в паропровод. Пар заданных параметров образуется в нагревательном котле. Используется схема установки «виртуальная лаборатория».

М1

М2

 

1.2. Снять показание атмосферного давления по барометру р_атм.

1.3.Установить массу воды (m_в) в нагревательном котле.

1.4. Включить нагревательные элементы котла на выбранную мощность и определить давление пара в котле р_м1 (манометр М1).

1.5. Перепустить пар из котла через сопло в конденсатор и замерить давление за соплом р_м2 (манометр М2).

1.6.Увечить мощность нагрева воды в котле и снова определить давление пара в котле р_м1 (манометр М1).

1.7. Перепустить пар из котла через сопло в конденсатор и замерить давление за соплом р_м2 (манометр М2).

1.8. Все замеренные величины занести в таблицу.

 

Таблица - Результаты измерений и вычислений

рм1	рм2	ратм	рабс1	рабс2	h1	h1	mв	υ2а	С2а
кгс/см2	кгс/см2	кгс/см2	кгс/см2	кгс/см2	кДж/кг	кДж/кг	кг	м3/кг	м/с
1,7	1,2	мм.рт.ст					1,7
2,4	1,9

1.9. Определить абсолютные давления пара в котле и за соплом.

р_абс = р_м + р_атм , 1 мм рт.ст = 133 Па = 1,36_*10^-3 кгс/см²

1.10. Определить удельный объем υ_2а и энтальпии пара h₁, h_2а по h,s- диаграмме, считая, что пар перед соплом сухой насыщенный. Процесс истечения адиабатный.

h₁ – энтальпия пара во входном сечении сопловой камеры,

h₂ - энтальпия пара в выходном сечении сопловой камеры.

υ_2а - удельный объем пара, определяется по h,s – диаграмме в конце адиабатного процесса.

1.11.Рассчитать теоретическую скорость истечения водяного пара из сопла.

С_2а = √2 (h₁ - h₂ ) _*10³

1.12.Площадь поперченного сечения сопла

F = π_*d²/ 4, где d = 2 мм –это диаметр сопла, перевести в ед.измерения СИ.

1.13.Теоретический расход пара через сопло

G_т = (F_*С_т / υ_т ) 3600, кг/час

1.14.Вычисленные значения внести в таблицу.

1.15.Построить график зависимости G_т = ƒ(р_абс2).

1.16. Сделать вывод.

II. Исследование процесса дросселирования пара

2.1.Используется схема установки «виртуальная лаборатория».

 

М1

М3

 

1.2.Снять показание атмосферного давления по барометру р_атм.

1.3.Установить массу воды в нагревательном котле.

1.4. Включить нагревательные элементы котла на выбранную мощность и определить давление пара в котле р_м1 (манометр М1).

1.5. Перепустить пар из котла через дроссельную шайбу, вмонтированную в паропроводе, в конденсатор и определять давление за дроссельной шайбой р_м3 (манометр М3) при следующих условиях:

а) при полностью открытом клапане

б) при частично прикрытом клапане

в) при значительном прикрытом клапане.

1.6.Наблюдать за изменением давления р_м3 (манометр М3).

1.7.Все замеренные величины занести в таблицу.

Таблица - Результаты измерений

№ п/п	рм1	рм2	рм3
кгс/см	кгс/см	кгс/см
а)	2,2
б)	2,2		1,7
в)	2,2		1,3

 

1.8.Вычислить р_м2 давление перед дроссельной шайбой.

В паропроводе от котла до дроссельной шайбы имеют место потери, снижающие давление пара. Принять потери давления 10 %.

р_м2 = р_м1*0,9

1.9.Сделать развернутый вывод.

Контрольные вопросы

1. Какой процесс называется процессом истечения?
2. Что такое располагаемая удельная работа?
3. Превращение энергии потока среды в процессе истечения?
4. Что называется критическим давлением
5. Понятие критической скорости истечения?
6. Для чего используются комбинированные сопла?
7. Зависимость расхода потока среды от давления за соплом.

 

Контрольный тест

1. Что называется процессом дросселирования?

· Процесс, при котором изменяется давление пара

· Процесс, когда энтальпия h = const

· Процесс изменения расхода пара

1. Практическое применение дросселирования.

· Регулирование расхода и давления рабочего тела

· Снижение давления рабочего тела

· Изменение параметров рабочего тела

1. От чего зависит энтальпия пара при дросселировании? Выбрать факторы

· Диаметр камеры, где происходит дросселирование

· Расход пара

· Протяженность камеры

· Состояние пара

· Свойства пара

· Диаметра сужения диафрагмы

1. Как выглядит процесс дросселирования пара в h,s – диаграмме?

· линия энтальпии

· линия энтропии

· линия изотермы

1. Как изменяются параметры (давление и температура) потока пара при дросселировании?

· Увеличиваются

· Уменьшаются

· Не изменяется