Состав и теплота сгорания керосина

 

Наименование топлива	Ср	Нр	Ор+Nр	Sр	Aр	Wр	Qрн, МДж/кг
Керосин	86,0	13,7	0,1	0,2			43,0

 

Принцип действия и устройство калориметра

 

В камеру сгорания калориметра (см. рис.1) непрерывно подается жидкое топливо из баллона лампы газификации под действием сжатого воздуха. Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива, передается воде, циркулирующей внутри калориметра. Количество сжигаемого топлива определяется с помощью прецизионных весов. Количество воды – с помощью счетчика.

Калориметр устанавливается в помещении без сквозняков. Его вертикальное положение обеспечивается установочными винтами 35.

Вода из водопроводной сети подается в напорный сосуд 2. Часть воды через регулировочный кран 5 поступает во внутрь калориметра, другая часть – через край переливной чаши и штуцер 4 вытекает в сливную воронку 33. Нагретая в калориметре вода выходит в сосуд с переливной воронкой 9 и оттуда в сливную воронку 33. Количество прошедшей через калориметр воды учитывается счетчиком СВК-15, позволяющем производить отсчет показаний с точностью ±0,0001 м³/ч.

Для переключения водяного потока служит кран 10, а для отвода воды – штуцеры 11 и 12. Температура воды до и после калориметра измеряется платиновыми термосопротивлениями 15 и 16 в комплекте со вторичным прибором 2ТРМ0.

Топливо под давлением воздуха подается из баллона 24 лампы газификации к горелке 25, испаряется; пары через сопло выходят в камеру сгорания 17 калориметра и сгорают. Продукты сгорания топлива первоначально поднимаются вверх по камере сгорания, затем опускаются вниз по трубкам 18 и выходят наружу через выхлопной штуцер 19. Термометр 21 служит для измерения температуры уходящих газов, заслонка 20 – для регулирования режимов горения.

 

 

Рис. 1. Схема установки для определения теплоты сгорания жидкого топлива:

1-корпус калориметра, 2-напорный водораспределительный сосуд, 3-штуцер для подачи воды, 4-штуцер для отвода воды, 5-регулировочный кран, 6-водоопускная труба, 7-водяная рубашка, 8-смеситель, 9-сосуд с переливной воронкой, 10-кран для переключения отвода воды, 11-штуцер для отвода воды в измерительный сосуд, 12-штуцер для отвода воды в канализацию, 13-спускной кран, 14-трубка для удаления воздуха, 15 и 16-термометры для измерения температуры охлаждающей воды на выходе и входе, 17-камера горения,
18-трубка для пропуска газов, 19-выпуск уходящих газов, 20-заслонка для регулирования режимов горения, 21-термометр для измерения температуры уходящих газов, 22-штуцер для отвода конденсата, 23-мензурка для сбора конденсата, 24-баллон лампы, 25-горелка, 26-манометр, 27-штуцер для заливки топлива, 28-чашка для гирь, 29-прецизионные весы, 30-противовес, 33-сливная воронка, 34-зеркало, 35-установочные винты

 

Водяные пары, образующиеся при горении топлива, конденсируются по мере охлаждения продуктов сгорания. Конденсат стекает вниз и вытекает через штуцер 22 в измерительную мензурку 23. Выступающая из верхней крышки трубка 14 служит для удаления воздуха при заполнении калориметра водой. Спускной кран 13 на днище калориметра во время работы должен быть закрытым.

 

Подготовка калориметра к работе

 

Перед началом работы лампу газификации заправляют жидким топливом (керосином). Для этого необходимо отвернуть пробку штуцера 27, влить в баллон 24 около 200 см³ предварительно отфильтрованного топлива и плотно завернуть пробку. Затем лампу подвешивают к левому плечу коромысла прецизионных весов 29 и уравновешивают ее противовесами и мелкими гирями до тех пор, пока стрелка весов не установится на нуле. Прецизионные весы должны стоять справа от калориметра и на таком расстоянии от него, чтобы горелка 25 лампы находилась в центре камеры горения калориметра. Контроль положения горелки производят при помощи зеркала 34.

В ходе опытов должен быть обеспечен постоянный расход воды через калориметр. Для этого необходимо, чтобы вода через край переливной чашки напорного сосуда 2 переливалась по всему краю чашки.

Для зажигания и регулирования пламени лампу газификации снимают с прецизионных весов, заливают в чашку горелки спирт и поджигают его. При горении спирта нагреваются трубки горелки. К концу горения насосом накачивают воздух в баллон 24 лампы. Под напором воздуха керосин будет подниматься к горелке и, проходя через горячие трубки, испаряться. На выходе из сопла пары керосина воспламеняются от пламени спирта. Давление воздуха определяют по манометру 26. В баллоне необходимо создать такое давление воздуха, чтобы пламя было равномерным, а часовой тепловой эффект составил бы 4000 кДж тепла, для чего требуется сжечь в час около 0,1 кг керосина или бензина. После того, как пламя отрегулировано, лампу подвешивают к коромыслу весов, а горелку вводят в камеру горения калориметра. С помощью зеркала 34 проверяют правильность установки горелки. Горелка должна быть в центре горения, нельзя допускать удара пламени в стенку, что вызвало бы неполное сгорание топлива. В момент окончательной установки лампы вода из сосуда 9 должна вытекать полной струей.

Затем выполняется окончательная наладка калориметра. После установки лампы создают перевес на весах в сторону лампы с топливом на 15–20 г с тем, чтобы за время горения этого количества топлива окончательно наладить калориметр. Прежде всего, надо отрегулировать скорость движения воды через калориметр так, чтобы разность температур теплой и холодной воды была равна 10–12 °С. Регулировку производят регулировочным краном 5, одновременно наблюдая за показаниями термометров 15 и 16. Для получения наиболее точных результатов температура холодной воды должна быть на 4°С ниже температуры помещения, а относительная влажность воздуха соответствовать 60%.

С появлением капелек конденсата из штуцера 22 начинается основной опыт. Признакомустановившегося режимаработы калориметра является постоян­ство температур холодной и теплой воды.

Перед началом основного опыта необходимо определить расход воды через калориметр. Для этого нужно измерить время, за которое вода, прошедшая через калориметр, заполнит измерительную емкость, после чего с помощью весов определить массу воды.

 

Основной опыт

 

Основной опыт начинается, когда стрелка прецизионных весов указывает на нуль. В этот моментвключают секундомер и подставляют под штуцер 22 измерительную мензурку. Одновременно на чашку 28 необходимо положить гирю массой 10 г, в результате чего левое коромысло весов и лампа снижаются. Когда стрелка весов вновь укажет на нуль, секундомер следует выключить.

Измерения температуры должны производиться с точностью
±0,1 °С, количества охлаждающей воды ±0,0001 м³, количества конденсата ±1 мг. Период дискретизации – 1 мин.

Опыты производят дважды. Результаты измерений и расчетов записывают в протокол, форма которого приведена в табл. 2. После окончания экспериментов колпачок ниппеля снимают со штуцера 27, при этом пламя горелки должно потухнуть.

 

Обработка результатов

 

Высшая теплота сгорания жидкого топлива

Q^р_в = G × (h₂ -h₁) ×1000 / B, кДж/кг,

 

где G – количество охлаждающей воды, кг; h₁ и h₂ – энтальпии теплой и холодной воды, соответственно, °С; B – количество сожженного в опыте топлива, г.

 

Таблица 2