Значения удельной теплоты испарения в зависимости от температуры.

Лабораторная работа №2.

Исследование испаряемости с поверхности испарителя Н.М.

Топольницкого.

Цель работы: ознакомиться с конструкцией компенсационного почвенного испарителя и приобрести навыки по работе с ним.

Специальные исследования показали, что количество тепла, поступающего на земную поверхность может быть с достаточной точностью определено по показаниям испарителя системы Н.М.Топольницкого, теплоизолированного от окружающего грунта.

Вследствие этого вместо большого количества метеорологических элементов погоды в расчетных схемах можно использовать один показатель - интенсивность испарения с водонасыщенной поверхности испарителя.

 

Конструкция испарителя и принцип действия.

Компенсационный почвенный испаритель состоит из: сосуда с диском, латунной сеткой и крышкой, мерной стеклянной трубки в металлической оправе со сливными трубками, цилиндра, крышки цилиндра для установки мерной трубки, соединительной трубки.

Сосуд испарителя представляет собой цилиндр площадью 500 см высотой 80 мм. В сосуд вставляется диск и латунная сетка. На сетку засыпается белый кварцевый песок с размерами фракции 1-3 мм. Высота засыпки песка 50 мм. После засыпки сосуд заполняется водой.

Действие компенсационного почвенного испарителя системы Н.М. Топольницкого основано на принципе сообщающихся сосудов.

Рис. 2.1 Принципиальная схема компенсационного почвенного испарителя Н.М.            Топольницкого

 

При испарении влаги с поверхности песка уровень воды в сосуде понижается, через трубку в мерную трубку прорывается воздух и вытесняет из нее воду; и вода через сливную трубку сливается из мерной трубки, в результате чего уровень воды восстанавливается.

 

Уравнение теплового баланса испарителя.

Уравнение теплового баланса испарителя приближенно можно представить в следующем виде:

q₀=q_m+q_л=α_Т(Т_c-Т_n)+ q_л= r*i_n

 

  

где q₀-суммарная интенсивность теплового потока, затрачиваемого на испарение воды, Вт/м2

q_m-интенсивность конвективного теплового потока, Вт/м

q_л-интенсивность лучистого потока тепла, Вт/м

α_Т - коэффициент конвективного теплообмена, Вт/ (м²*К)

Т_c-температура воздуха, °К

Т_n-температура поверхности испарителя, °К

r-удельная теплота испарения воды, Дж/кг

i_n-интенсивность испарения с водонасыщенной поверхности испарителя, кг/(м2*с)

Если q_л=0, то интенсивность испарения воды определяется разностью температур Т_c-Т_n Т_c-Т_m

где Т_m-температура смоченного термометра (°К) (конвективный режим влагообмена)

Если Т_c  T_n , то интенсивность испарения определяется только величиной лучистого теплового потока.

 

Экспериментальные исследования показали, что основная часть тепла (60-80 %), затрачиваемого на испарение, поступает за счет лучистого потока, который, в свою очередь, прямо пропорционален интенсивности солнечной радиации.

Порядок проведения работы и ее оформление.

Испаритель устанавливают в крупногабаритной сушильной камере. После прогрева камеры при заданных режимах (радиации q_л, температуре сухого Т_с и смоченного Т_m термометров и скорости ветра V_в) крышку испарителя открывают и начинают отсчёты по шкале мерной трубки через каждые 5 минут и в момент слива из неё воды. Количество отсчётов должно быть не менее 10. Результаты замеров заносят в таблицу. Т_с=°К; Т_m=°К; q_л=Bт/м²; V_в=м/с.

 

Результаты наблюдений за испаряемостью

Таблица 2.1

Время			Отсчет по шкале Vi,см3	Разность отсчетов		Расчет испаряемости по формуле		Интенсивность теплового потока q0
Текущее	С начала опыта	Между сливами		С начала опыта Vн-Vi, см3	Между сливами ,см3	(2,1)	(2,3)	ВТ/м2
17:15	0	0	190	0	0	0	0	0
17:35	20	20	210	20	20	0,00032	1,2	2,9076
17:55	40	20	240	50	30	0,0008	3	7,269
18:15	60	20	260	70	20	0,00112	4,2	10,1766
18:35	80	20	290	100	30	0,0016	6	14,538
18:55	100	20	320	130	30	0,00208	7,8	18,8994
19:15	120	20	340	150	20	0,0024	9	21,807
19:35	140	20	360	170	20	0,00272	10,2	24,7146
19:55	160	20	390	200	30	0,0032	12	29,076

 

 

Среднюю испаряемость в кг/(м²*с) (интенсивность испарения с водонасыщеной поверхности испарителя) можно определить по формуле:

 

(2.1) J_H =  ,

 

Где G_B – масса воды, испарившейся за время  с площади F_H;

-плотность воды;

V – объем испарившейся воды.

 

=  = 0,00032;

 

=  = 0,0008;

 

 =  = 0,00112;

 

=  = 0,0016;

 

=  = 0,00208;

= = 0,0024;

 

= = 0,00272;

 

= = 0,0032;

Так как шкала мерной трубки проградуирована в см³, а площадь сосуда испарителя равна 500 см², то для определения величины испаряемости в кг/(м²*мин) необходимо разность начального и конечного отсчетов разделить на 50 и на время между отсчетами:

(2.3) J =  =  = 1,2

Где K_H и K_H-1 – начальный и конечный отсчеты по шкале мерной трубки, см³; .

 

J₃ =  = 3;

 

J₄ =  = 4,2;

 

J₅ =  = 6;

 

J6 =  = 7,8;

 

J7 =  = 9;

 

J8 =  =10,2;

 

J9 =  =12.

 

g₀ = g_m – g_n = α_{T ·} (T_c - T_n)+g_H = r _· i_H.

 

g₀ = 2,423 · 1,2 = 2,9076

 

g₀ = 2,423 · 3 = 7,269

 

g₀ = 2,423 · 4,2 = 10,1766

 

g₀ = 2,423 · 6 = 14,538

 

g₀ = 2,423 · 7,8 = 18,8994

 

g₀ = 2,423 · 9 = 21,807

 

g₀ = 2,423 · 10,2 = 24,7146

 

g₀ = 2,423 · 12 = 29,076

По данным измерений строиться график зависимости объема испарившейся воды V от времени t ( рис. 2.2).

 

 

Рис.2.2. Изменение объема испарившейся воды.

По графику V=F(t) и формуле определяют мгновенную величину испаряемости, которую сравнивают с данными , полученными в табл.2.1. Испаряемость равна угловому коэффициенту:

 

 прямой V=F(t), умноженному на .

 

По уравнению теплового баланса определяется интенсивность суммарного теплового потока, принимая за величину удельной теплоты испарения из табл. 2.2 и величину , рассчитанную по формуле 2.3.

                                                                                                                   Таблица 2.2

Значения удельной теплоты испарения в зависимости от температуры.

	273	283	293	303	313
	2.499	2.478	2.453	2.423	2.407

 

 

Обработка результатов

       Рассчитывают среднеарифметическое значение испаряемости(i) и среднее квадратическое отклонение S по формулам:

 

J_ср =  = 0,00178

S_ср= =1,4218

 

Среднюю квадратическую ошибку среднего арифметического вычисляют по формуле:

 

       S =  = 0,502

Кроме этого для оценки точности измерения вычисляют среднюю арифметическую ошибку.

 

r =  *  =0,0000008668

Задавшись доверительной вероятностью,  определяют доверительный интервал:

    

S = 2,31*0,502 = 1,15962

Где  - нормированное отклонение в распределении Стьюдента, которое определяется по специальным таблицам, в зависимости от уровня значимости  и числа измерений n ( табл. 2.3).

                                                                                                                  Таблица 2.3.

Значение нормированных отклонений  в распределении Стьюдента для уровня значимости 0,95

n	5	6	7	8	9	10	12	14	16	18	20
	2.57	2.45	2.37	2.31	2.26	2.23	2.18	2.15	2.12	2.10	2.09

Определяют относительную величину приборной ошибки, обусловленной погрешностью измерительных приборов и устройств для определение  по формуле:

E =  =  =0,023

 

Откуда:

 = 0,00178* 0,023 = 0,00004094

Где , - погрешности в определение диаметра D сосуда испарителя, объема мерной трубки V. времени r, полагая, что =0; D,  - соответственно, средние величины диаметра сосуда, объема испарившейся жидкости за соответствующий интервал времени.

Находят полную ошибку в определении величины испаряемости

 

 =  = 1,2413

 

Записывают окончательный результат в виде

при

*100%

---

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 614; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!