3.Описание экспериментальной установки и методики измерений

Экспериментальная установка (рис.3) состоит из сосуда 3, заполненного водой, с расположенным в нем электрическим нагревателем 5. Сосуд может сообщаться с атмосферой

1

2

3

4

7

5

6

Рис. 1. Принципиальная схема установки:

1 – лабораторный термометр; 2 – образцовый манометр; 3 - герметичный металлический сосуд; 4 – автотрансформатор; 5 – электронагреватель; 6 – пробка; 7 – лабораторный термометр

с помощью пробки 6. Измерение давления и температуры производится соответственно манометром 4 и термометром 5. Изменение давления в сосуде осуществляется автотрансформатором 4 в режиме нагревания или в режиме охлаждения при отключении прибора от электросети после достижения предельно допустимого давления.

При проведении работы придерживаются следующей последовательности. При открытом кране 6 включают электронагреватель и доводят воду в сосуде до состояния кипения. После пропаривания прибора (удаления из его рабочей полости воздуха) закрывают пробку. Далее включают электронагреватель и в режиме нагрева повышают избыточное давление пара в сосуде до 2,5…3 кгс/см², затем отключают прибор от электросети. Замеры проводят в режиме охлаждения установки. При достижении соответствующего избыточного давления в сосуде, фиксируют температуру парообразования. Аналогичным образом проводят опыт при других значениях . Результаты измерений (не менее 8…10) заносят в таблицу I приложения.

4.Обработка результатов наблюдений

По измеренным значениям (С), (Па), (кгс/см²) рассчитывают температуру насыщения по шкале Кельвина и абсолютное давление насыщенного пара:

(), (7)

(Па). (8)

Результаты вычислений записывают в таблицу I и представляют графически в координатах: , как показано на рис.2. Постоянные А, В в соответствии с уравнени

Рис.2. Графическая интерпретация кривой насыщения: точки -опытные данные; сплошная линия - аппроксимирующая зависимость (6); штриховая линия - табличная кривая по данным[4]

ем (6) можно легко определить графически: А - отрезком, отсекаемым прямой, построенной по опытным точкам, на оси ординат; В - величиной тангенса угла наклона прямой относительно оси .

Математически строго обоснованным и широко распространенным в практике теплотехнических исследований видом обобщения и описания (аппроксимации) опытных данных является метод наименьших квадратов (МНК), связанный со статическим законом распределения случайных ошибок эксперимента [3]. Сущность метода заключа-

ется в том, что он обеспечивает минимальное значение суммы квадратов отклонений опытных точек от расчетной зависимости. описывающей экспериментальные данные.

Применительно к рассматриваемой задаче расчетные соотношения для коэффициентов А, В имеют вид:

B= , (9)

А= , (10)

где , , n – число опытов.

Определение опытных коэффициентов и статистическую обработку результатов наблюдений удобно проводить на ПК, используя математические программы MathCAD, Maple, Mathematica, Matlab, а также современные специализированные пакеты научной и инженерной графики: TableCurve, DataFit, SigmaPlot, Origin и др. На рис.3 в качестве примера приведено окно программы TableCurve, в котором представлены значения расчетных коэффициентов (A = a, B = b), статистические показатели (квадрат коэффициента корреляции, среднеквадратичное отклонение точек от линии регрессии, описывающей экспериментальные точки кривой насыщения, критерий Фишера [3]), а также сама линия регрессии.

Рис.4. Пример обработки опытных данных по кривой насыщения воды в программе

TableCurve Wndows v1.10