ттд. Отчет по лабораторной работе определение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха студент гр

Скачать 0.54 Mb.

Название	Отчет по лабораторной работе определение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха студент гр
Анкор	ттд.doc
Дата	05.05.2017
Размер	0.54 Mb.
Формат файла
Имя файла	ттд.doc
Тип	Отчет #8132

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Ивановский государственный энергетический университет

имени В.И. Ленина»

Кафедра теоретических основ теплотехники

Отчет по лабораторной работе

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ МАССОВОЙ ИЗОБАРНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ВОЗДУХА

Выполнил: студент гр.

2-13^{х х}

В.В. Ефимова

Приняла: И.А. Козлова

Оценка ___________

Иваново 2013
1. Цель работы
1. Экспериментально определить величину средней массовой теплоемкости воздуха при постоянном давлении c_pm, в интервале температур от t₁ до t₂.

2. Сравнить найденную величину c_pm с ее значением из справочных данных [1].

3. Вычислить величины средних теплоемкостей воздуха: массовой при постоянном объеме c_vm; объемных при постоянном давлении и при постоянном объеме при нормальных условиях c_pm; c_vm; мольных c_pm и c_vm и величину к = c_pm/c_vm. Сравнить данные теплоемкости с соответствующими теплоемкостями идеального двухатомного воздуха.

2. Описание экспериментальной установки

Схемы экспериментальной установки и ее рабочего участка представлены на рис.1.

а) б)

Рис.1. Экспериментальная установка (а) и схема ее рабочей части (б)

Обозначения элементов установки: 1 – кнопка включения установки; 2 – кнопка включения компрессора; 3 – кнопка включения электронагревателя; 4 – ротаметр; 5 – цифровой прибор 2ТПМО; 6 – тумблер включения прибора 2ТПМО; 7 – тумблер переключения измерения напряжений U_o и U_н; 8 – разъемы для подключения вольтметра; 9 – вольтметр; 10 – соединительные провода; 11 – компрессор; 12 – холодильник; 13 – стеклянная трубка; 14 – сосуд Дюара; 15 – нагреватель; 16 – образцовое сопротивление; 17 – выпускное отверстие; 18 – источник постоянного тока; 19, 20 – термопары; 21 – регуляторы напряжения; 22 – кнопки подключения термопар к прибору 2ТПМО
Воздух из помещения лаборатории компрессором 11 подается через спиральную трубку – холодильник 12 и ротаметр 4 по стеклянной трубке 13 в сосуд Дюара 14. В трубке 13 находится нихромовый нагреватель 15, к которому последовательно подключено образцовое сопротивление 16 (R_o=0,1 Ом). Проходя через трубку 13, воздух нагревается и удаляется из сосуда Дюара 14 через отверстие 17 в помещение лаборатории. Нагреватель 15 подсоединен к источнику постоянного тока 18. Напряжение на нагревателе 15 (U_н) и напряжение на образцовом сопротивлении 16 (U_o) измеряются вольтметром 9. Температуры воздуха на входе в сосуд Дюара t₁ и на выходе из него t₂ измеряются с помощью термопар 19 и 20, подключенных к цифровому прибору 5 (2ТПМО).
Для определения средней массовой изобарной теплоемкости воздуха в опыте определяются:

количество теплоты Q₁₂, подведенной к воздуху за счет электрического нагревателя (его мощность через напряжение и ток);

массовый расход воздуха G, проходящего через установку (посредством ротаметра);

разность температур воздуха на входе и выходе из установки (посредством термопар и показывающего прибора),

На основании этих опытных данных выполняется расчет этой теплоемкости по уравнению

.
3. Проведение опыта и результаты эксперимента

Порядок проведения опыта

Подсоединяем вольтметр 9 с помощью проводов 10 к разъемам 8 на передней панели стенда и устанвливаем его регулятор в режим измерения напряжения постоянного тока до 20 В.
Кнопкой 1 подключем установку к электропитанию.
Кнопкой 2 включаем компрессор.
Кнопкой 6 включем прибор измерения температур.
Тумблер 7 установили в положение U_н.
Включаем питание электронагревателя кнопкой 3 на блоке источника постоянного тока 18 и установили на нем регуляторами 21, ориентируясь по прибору 9, первоначальное напряжение U_н=6,205В (тумблер 7 в положении U_н).
Переключив тумблер 7 в положении U_о , замерили по прибору 9 напряжение на образцовом сопротивлении. Значения напряжений U_н и U_о записали в журнал наблюдений.
Через 2 – 3 минуты, когда холодный воздух вышел из сосуда, а сам сосуд Дюара прогрелся, сняли значения температур на входе t₁ и выходе из сосуда t₂ по прибору 5, подключая соответствующие термопары кнопками 22. Записали эти температуры и показания ротаметра 4 по отметкам его шкалы (N – число делений) в журнал наблюдений.
Пункты 5 – 8 повторили для второго значения напряжения на нагревателе 9,2 В.

Результаты этих двух опытов записали в журнал наблюдений.

4. Обработка результатов эксперимента
Первоначально определяется расход воздуха через установку. Для этого необходимо перевести показания ротаметра в массовый расход воздуха.

Градуировочная шкала ротаметра приведена в табл. 1.

Таблица 1. Градуировочная шкала ротаметра

N, число делений	20	40	60	80	100
Расход , л/ч	87	153	210	288	360
Расход при параметрах воздуха: t_o=24 ^oC, P_o=755 мм рт. ст., ρ_о=1,18 кг/м³

Перерасчет объемного расхода воздуха с параметров градуировочной шкалы ротаметра на действительные параметры воздуха выполняется по формуле

, (4.1)

где

– объемный расход воздуха по градуировочной таблице ротаметра, л/ч;

– объемный расход воздуха в пересчете на параметры воздуха перед ротаметром в опыте, л/ч;

ρ_о – плотность воздуха по градуировочной таблице ротаметра, кг/м³;

ρ₁ – плотность воздуха при его параметрах на входе в ротаметр, кг/м³.
Плотность воздуха на входе в ротаметр определяется по уравнению состояния идеального газа

, (4.2)

где Р₁ – давление воздуха на входе в ротаметр, принимается равным атмосферному давлению;

Т₁ – температура воздуха на входе в ротаметр.

Массовый расход воздуха G, кг/с, через установку рассчитывается по уравнению

. (4.3)

Полученную величину расхода воздуха записывают в таблицу результатов обработки опытных данных (см. табл. 2).
Таблица 2. Результаты обработки опытных данных

№ опыта	U_н, В	I, А	I U_н, Вт	t₁, ^оС	t₂, ^оС	∆t, ^оС	G,	c_р_m,
1
2

Далее определяется электрическая мощность нагревателя по напряжению U_н и току I. Электрический ток, проходящий через нагреватель, рассчитывается по формуле

, (4.4)

где R_o – образцовое сопротивление 0,1 Ом, подключенное последовательно с нагревателем;

U_o – напряжение на образцовом сопротивлении.

Определение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха может выполняться двумя способами .

Определение теплоемкости без учета внешнего теплообмена установки
В этом варианте расчета считается, что вся теплота нагревателя идет только на нагрев воздуха и соответствует выражению

, (4.5)

где ∆t – разница температур воздуха на выходе из сосуд Дюара t₂ и входе в него t₁.

Расчетное выражение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха в этом случае будет соответствовать виду

. (4.6)
Определение теплоемкости с учетом внешнего теплообмена установки
При наличии передачи или получения теплоты воздухом со стороны внешней среды в правую часть выражения (4.5) необходимо добавить второе слагаемое

, (4.7)

где Q_вн – внешняя теплота, подведенная к воздуху или отведенная от него.

Внешняя теплота может быть как положительной, так и отрицательной. При Q_вн>0 происходят потери теплоты во внешнюю среду через стенки сосуда Дюара или часть теплоты электронагревателя идет на прогрев стенок этого сосуда. В случае когда Q_вн<0, нагрев воздуха частично осуществляется за счет того, что сосуд Дюара имеет температуру выше, чем температура воздуха в нем (такое возможно, когда опыт проводится на неостывшей установке).

Для учета внешней теплоты при определении теплоемкости принимаем в качестве постоянных расход воздуха, теплоемкость воздуха и внешнюю теплоту. Определение теплоемкости в этом случае ведется по результатам двух опытов. Записав уравнение (4.7) для двух опытов как

и вычтя из первого второе, получим соотношение

. (4.8)

Расчетное выражение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха в этом случае выразится как

. (4.9)

Таблица 3. Теплоемкости воздуха

Средние теплоемкости воздуха

c_pm,

c_vm,

c_pm,

c_vm,

c_pm,

c_vm,

Теплоемкости идеального воздуха

c_p,

c_v,

c_p,

c_v,

c_p,

c_v,

5. Выводы по работе

1.В ходе данной работы была экспериментально определена средняя массовая теплоемкость воздуха при постоянном давлении.
Cpm=1160Дж/кгК, Сpm=11700 Дж/кгК,в интервале температур от 18°С до 41.8°С в первом опыте, в интервале температур от 18°С до 70.05°С во втором.
2.Сравнив найденную величину Cpm с её значениями из справочных данных (Сp=1.003-1.008 КДж/(кг*К) в интервале температур от 10°С до 80 °С) установили относительную погрешность этого значения составляет 16,4% по отношению к значениям справочных данных.

3. Вычислив величины средних теплоемкостей воздуха: массовой при постоянном объеме Cvm; объемных при постоянном давлении и при постоянном объеме при нормальных условиях C’pm; C`vm; мольных µСpm и µСvm и величину К= Сpm/Сvm и сравнив с данными теплоемкости идеального двухатомного воздуха, установили, что их численные значения практически одинаковы, следовательно в данном диапазоне температур для определения изобарных и изохорных теплоемкостей воздуха можно использовать формулы для расчета теплоемкоемкостей идеальных газов, не зависящих от температуры. Небольшая погрешность связана с возможной неисправностью установки и неточностью измерений. Тем не менее методы измерения теплоемкости воздуха при постоянном давлении и объеме я освоила

.

Библиографический список

1. Чухин И.М. Термодинамические свойства воздуха: Справ. материалы и метод. указания для определения термодинамических свойств воздуха с учетом влияния температуры на их изобарную и изохорную теплоемкость / Иван. гос. энерг. ун-т. – Иваново, 2001. – 36 с.

2. Чухин И.М., Техническая термодинамика. Часть 1., Учебн. пособие, ИГЭУ, 2006, 224 с.

3. Чухин И.М. Пекунова А.В. Определение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха. Метод. указания к лаб. работе. ИГЭУ, Иваново, 2005, 16 с. (№1733)

Содержание

1. Цель работы ………………………………….……………………… 2

2. Описание экспериментальной установки ….…………………… 3

3. Проведение опыта и результаты эксперимента ………....……. 4

4. Обработка результатов эксперимента……………………..…..... 5

5. Выводы по работе …………………………..……………………… 8

Библиографический список ..………………………………….……... 8