1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie gęstości gazu wilgotnego.

1. Przebieg ćwiczenia

Dwa stanowiska pomiarowe pokazane na rysunku 1, na których spalamy gaz GZ-50, składają się każdy z: komina, palnika, termometru mierzącego temperaturę spalin oraz z automatycznym analizatorem spalin, mierzącym ilość O₂ w spalinach. Ćwiczenie składało się z dwóch pomiarów na każdym stanowisku. Za każdym razem były różne ustawienia palników oraz różne spalanie.

1. Schemat pojedynczego stanowiska

Rys. 1 Schemat pojedynczego stanowiska

Spis przyrządów pomiarowych:

• Termometr type-K YF-610

• Multor 610

• Madur GA-40T

1. Tabela pomiarowa

Lp	O2	t
	%	°C
1	3,14	171,1
2	12,1	134,1
3	5,59	104,8
4	19,69	85,9

1. Algorytm z przykładowymi obliczenia dla punktu 1

$${CO_{2} = \left( CO_{2} \right)_{\max}*\left( 1 - \frac{O_{2}}{20,9} \right),\ \%\backslash n}{CO_{2} = 19,7*\left( 1 - \frac{3,14}{20,9} \right) = 16,74\ \%}$$

N₂ = 100 − O₂ − CO₂, %N₂ = 100 − 3, 14 − 16, 74 = 80, 12 %

$$X = f\left( O_{2} \right) = f\left( 3,14 \right) = 140\frac{g}{\text{kg}} = 0,14\frac{\text{kg}}{\text{kg}}$$

$${\rho_{\text{gsu}} = \frac{P_{u}}{R^{s}*T_{u}}\backslash n}{R^{s} = \frac{8314,7}{\sum_{i = 1}^{i = n}{u_{i}*u_{i}^{s}}}}$$

$$R^{s} = \frac{8314,7}{u_{O2}*u_{O2} + u_{CO2}*u_{CO2} + u_{N2}*u_{N2}} = \frac{8314,7}{32*0,314 + 44*0,1674 + 28*0,8012} = 269,9\frac{J}{\text{kgK}}$$

$$R = \frac{R^{s} + 461,5*X}{1 + X}$$

$${\rho_{\text{gwu}} = \frac{P_{u}}{R*T_{u}}}{R = \frac{269,9 + 461,5*140}{1 + 140} = 460,1\frac{J}{\text{kgK}}\ }$$

$$\rho_{\text{gwu}} = \frac{101300}{460,1*273} = 0,806\frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

$${\rho = \rho_{\text{gwu}}*\left( \frac{P}{P_{u}} \right)*\left( \frac{T_{u}}{T} \right)\backslash n}{\rho = 0,806*\left( \frac{100000}{101300} \right)*\left( \frac{273}{444,1} \right) = 0,489\frac{\text{kg}}{m^{3}}}$$

1. Tabela pomiarowo-wynikowa

Lp.	O2	T	CO2	N2	X	R^s	R	ρgsu	ρgwu	ρrz
	%	K	%	%	kg/kg	J/kg K	J/kg K	kg/m^3	kg/m^3	kg/m^3
1	3,14	444,1	16,74	80,12	0,14	269,92	293,45	1,375	1,264	0,767
2	12,10	407,1	8,29	79,61	0,076	278,91	291,81	1,330	1,272	0,842
3	5,59	377,8	14,43	79,98	0,122	272,32	292,89	1,363	1,267	0,904
4	19,69	358,9	1,14	79,17	0,024	287,01	291,10	1,293	1,275	0,957

1. Wnioski

Do wyznaczenia gęstości spalin brano pod uwagę ilość O_2, CO₂ oraz N₂. Zawartość tlenu mierzono analizatorem spalin, ilość dwutlenku wyznaczono na podstawie wzoru, zaś azot brano jako dopełnienie do 100%. Pominięto ilość CO w spalinach, ze względu na to, iż ma taką samą gęstość co N₂, zatem na wartość liczbową gęstości nie ma to wpływu.

Można zauważyć, że wilgoć wpływa na wartość gęstości; im większy stopień zawilżenia spalin tym mniejsza wartość gęstości spalin w warunkach umownych.

Uwzględniając warunki rzeczywiste (ciśnienie i temperaturę) w kominie gęstość znacznie spada. Przyjęto, że ciśnienie absolutne w kominie jest praktycznie porównywalne
z ciśnieniem otoczenia, zaś temperatura zmienia się w zależności od rodzaju spalania. Zatem im wyższa temperatura spalin tym niższa gęstość.