Исследование теплофизических свойств газа

Лабораторная работа ТГ-1. Определение плотности газа методом истечения. Содержание работы

• 1. Изучение устройства и принципа действия эффузиометра.
• 2. Определение плотности газа эффузионным методом.

Общие сведения

Сущность эффузионного метода определения плотности газа заключается в измерении времени истечения в атмосферу через сужающее устройство равных объемов V, м³, газа и воздуха (или другого газа), находящихся под одинаковым давлением. Так как условием истечения является V= const, то можно записать

Определяя объемный расход по уравнению имеем

322

Или, учитывая, что Ар_в = Ар_г, получим

где т_в, т_г - время истечения соответственно воздуха и газа, с; р_в, р_г - плотность воздуха и газа, кг/м³.

Описание экспериментальной установки

Прибор для определения плотности газа методом истечения через отверстие малого диаметра называется эффузиометром (рис. 10.6). Эффузиометр состоит из следующих основных элементов: градуированного сосуда 1; уравнительного сосуда 2; резиновой трубки 3; кранов К4, Кб, К7 со штуцерами 4, 6, 7; сужающего устройства 5; соединительной трубки 8; нижней подставки А; верхней подставки Б.

Сужающее устройство 5 представляет собой платиновую пластинку с очень малым отверстием, которое после окончания работы закрывают специальным колпачком. Если отверстие засорится, его промывают ацетоном или спиртом.

Перед началом работы закрывают кран Кб, краны К4, К7 открывают. Уравнительный сосуд 2 устанавливают на нижнюю подставку А и заполняют его подкрашенной дистиллированной водой до горлышка. Вода заполнит градуированный сосуд до уровня h. При этом свободное от воды пространство градуированного сосуда 1 и соединительная трубка 8 будут заполнены воздухом при атмосферном давлении Соизмерение температуры t_B, °С, воздуха в помещении (окружающей среды) производят лабораторным ртутным термометром, барометрическое давление р_а, Па, измеряется барометром, а время истечения - секундомером. Температура газа t_T, °С, принимается равной температуре окружающей среды.

Порядок проведения опыта

А. Определение времени истечения воздуха.

1. Закрыть краны К7 и К4 (кран Кб закрыт).

Рис. 10.6. Схема эффузиометра:

• 1 - градуированный сосуд; 2 - уравнительный сосуд; 3 - резиновая трубка; 4, 6, 7 - штуцера; 5 - сужающее устройство; 8 - соединительная трубка; А - нижняя подставка; Б - верхняя подставка
• 2. Установить уравнительный сосуд 2 на верхнюю подставку Б. При этом в градуированном сосуде 7 и в соединительной трубке
• 8 создается напор Н = (h₄-h₂), мм вод. ст.
• 3. Одновременно открыть кран К4 и включить секундомер.
• 4. Отметить по секундомеру время истечения воздуха т_в, с, в течение которого вода в сосуде 1 поднимается до априори зафиксированной отметки /г₃. Закрыть кран К4.
• 5. Опыт повторить три раза.
• 6. Измерить температуру воздуха в помещении t_B, °С, и барометрическое давление р_а, Па.
• 7. Результаты измерений записать в табл. 10.1.

В. Определение времени истечения газа.

• 1. На штуцер 7 надеть шланг, свободный конец которого присоединить к газопроводу.
• 2. Уравнительный сосуд 2 установить в верхнее положение Б, открыть кран Кб.
• 3. Открыть краны К7 и К4 и произвести продувку газом штуцеров 6 и 4 (вытеснение воздуха). Уровень воды в градуированном сосуде находится на отметке /г₃.
• 4. Закрыть краны К4 и Кб и установить уравнительный сосуд при открытом кране К7 в нижнее положение А.
• 5. Закрыть кран К7. Открыть краны К4 и Кб и одновременно понять уравнительный сосуд в верхнее положение Б. Эту процедуру проделывают 3-4 раза, чтобы обеспечить продувку трубки 8.
• 6. Заполнить градуированный сосуд газом. Для этого установить сосуд 2 в нижнее положение А при закрытых кранах К4 и Кб и открытом кране К7.
• 7. Установить атмосферное давление в градуированном сосуде. Для этого закрыть кран К7, открыть кран К4 с последующим мгновенным закрытием его.
• 8. Уравнительный сосуд установить в верхнее положение Б при закрытых кранах К4, Кб, К7. При этом газ в градуированном сосуде должен находиться под избыточным давлением Н = (h₄ - h), мм вод. ст.
• 9. Одновременно открыть кран К4 и включить секундомер.
• 10. Отметить по секундомеру время истечения газа т_г, с, в течение которого вода поднимается до априори зафиксированной отметки /г₃.
• 11. Опыт повторить три раза. Результаты измерений записать в табл. 10.6.

Таблица 10.6

Результаты работы ТГ-1

Обработка результатов измерений

1. Рассчитать среднее арифметическое значение времени истечения воздуха

2. Рассчитать плотность воздуха при рабочей температуре t_B, °С, и атмосферном давлении р_а, Па:

3. Рассчитать действительную плотность газа по формуле (10.8):

4. Привести действительное значение плотности газа к нормальным условиям по формуле (при t_r = t_B):

5. Определить среднее арифметическое (истинное) значение плотности газа по формуле:

Оценка погрешностей измерения действительной плотности газа

Действительная плотность газа определяется по формуле

где.

Максимальная абсолютная погрешность Ар_г, кг/м³, технического косвенного измерения величины р_г = /(^?_а,Г_в,т_в, т_в), согласно формуле (1.8) [14], равна

Максимальная относительная погрешность технического косвенного измерения величины р_г рассчитывается по формуле (1.9) [14]:

нс