Методические указания к проведению семинарских занятий Дисциплина модуль Образовательная программа

жүктеу/скачать 3,85 Mb.

бет	14/14
Дата	02.10.2023
өлшемі	3,85 Mb.
	#112695
түрі	Методические указания

1 ... 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Таблица 2.6.1 Протокол измерений

Q, л/мин	^ТН на входе, С	^ТН на выходе, С	Т_В, С	t_ТО, с	N, Вт	^NПОТ^, Вт	КПД, %
1
2
3

Рисунок 2.6.1 Схема для выполнения лабораторной работы 2.6

Определение теплоемкости воздуха при постоянном давлении методом нагрева потока

Целью работы является ознакомление со способом определения удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении методом нагрева потока.

2.7.1 Теоретические основы

При расчете параметров пренебрегаем потерями энергии на трение и сопротивление в нагревательной емкости и различием геометрического напора по высоте емкости.
Первый закон термодинамики для соотношений удельных значений параметров, приведенных к единице веса, можно записать в следующем виде:
p p ²  ²

q  u

_u_ ВЫХ.СТ_ ВХ.СТ_ ВЫХ ВХ __q_,

ВЫХ
ВХ _
ВЫХ ^^g
_ВХ g 2g
ОТВ

где
u _ВХи
^uВЫХ
– удельное значение внутренней энергии потока на входе в

нагреватель и на выходе из него; q – удельное количество тепловой энергии, подводимой к потоку; q _отв – удельное количество тепловой энергии, отводимой от потока к стенкам емкости. Данная тепловая энергия расходуется на разогрев стенок емкости и на теплоотдачу в окружающее пространство. Ее количество рассчитывается с учетом теплоемкости стенок, теплопроводности материала стенок и измеряемого теплового напора на стенке (по датчикам температуры внутри емкости и на наружной поверхности стенок). Расчет выполняется программой и учитывается при дальнейшем получении результатов теплоемкости; g – ускорение

свободного падения (9,8 м/с²); p
ВЫХ.С^иТ ^p
_ВХ.С–_Тстатическое давление потока

воздуха выходящего из нагревателя и входящего в него;
u ₂и
u₁ – скорость

потока воздуха выходящего из нагревателя и входящего в него:

  ⁴
Q_,_
 ⁴^^Q ^T², T ,
T – температура потока воздуха

S
ВХ
ЕМ
ВЫХ

2 1
^SЕМ ^T1

входящего в нагреватель и выходящего из него (по шкале Кельвина:

 T₁
^T1C
273⁰ ;
T₂
^T2C
273⁰ );

S_ЕМ – площадь поперечного сечения потока (S_ЕМ = 24 см²);
T_1C; T_2C– температура потока воздуха входящего в нагреватель и
выходящего из него измеренная по шкале Цельсия и определяемая по индикаторам;
Q – объемный расход воздуха через емкость нагревателя.
Учитывая, что в уравнениях термодинамики и состояния газа значения давлений используются в единицах измерения по абсолютной шкале, а изменение статического давления по всей емкости не превышает 3..5 %, можно принять допущение о значении плотности воздуха, ориентировочно равному плотности при нормальных условиях и пренебречь изменением плотности воздуха за счет изменения статического давления.
Тепловая мощность N, передаваемая нагревателем потоку, может быть определена:
N Q  g  q. 

С учетом сделанного допущения (
преобразований получаем:
p _ВХ.СТp_атм) после ряда


_N__Q ^pатм _^

 Т( С)Т


ВЫХ

 




ВХ _,

R  T_ВХ_
2 Р1 ₂_

где R – газовая постоянная для воздуха ( R  287

Дж _);
к  К

p_атм– атмосферное давление в условиях окружающей среды;
С_Р–справочное значение теплоемкости воздуха при постоянном давлении
(  1009С^Дж).
^Р к  К
²  ²

Учитывая малость составляющей
ВЫХ ВХ
2
можно записать:

N
С_Р _p.

_Q_ атм _
R  T_ВХ
₂ Т(
₁)Т

2.7.2. Порядок выполнения работы

Экспериментальное определение теплоемкости следует осуществлять следующим образом – сначала нужно определить мощность тепловых потерь от нагревательного элемента в окружающее пространство, а затем мощность тепловых потерь нагревательного элемента при пропускании через него потока воздуха. Теплоемкость нагревательного элемента С_Н=147 Дж/С.

Подсоединить входящий в состав стенда ноутбук к соответствующему разъему, прилагающимся кабелем. Запустить программу сбора и обработки данных «ТТГД измерения». Открыть вкладку «Общие измерения» см. руководство по работе с программой ТТГД-011-05ЛР-01.000 РП.
Закрыть кран ВН6. Открыть ВН5.

Редукционным клапаном КР1 полностью снизить давление на выходе
(ДД1), вращая регулировочную головку против часовой стрелки.

Включить питание системы управления Настроить давление на выходе редукционного клапана на величину 70–90 кПа по датчику давления ДД3.
Закрыть дроссель ДР1 полностью.
Провести вакуумирование теплоизолирующего пространства нагревателя. Для этого включить вакуумный насос НВ1 соответствующим тумблером. Открыть кран ВК3. Дождаться пока давление вакуума под корпусом нагревателя не менее 40 кПа (контролируется по соответствующему табло на передней панели). Закрыть кран ВК3. Выключить вакуумный насос НВ1.

Установить максимальную мощность и тумблером включить нагреватель. При достижении температуры 110С нагреватель автоматически отключится.

Выключить тумблером нагреватель и начать запись температуры нагревательного элемента с помощью программы «ТТГД измерения», выбрав параметры в качестве величины для построения оси ОХ выбрать «время, с», по оси ОУ выбрать «температура нагревательного элемента, °С», нажать кнопку «динамический режим измерения».

Дождаться падения температуры на 10С. Остановить сбор данных.
Определить время t _ПОТ снижения температуры нагревательного элемента от T ₁=105С до T ₂=100С. Вычислить среднюю мощность теплопотерь N_ПОТ нагревательного элемента в диапазоне температур 100– 105С при отсутствии расхода воздуха:

N_ПОТ= С_Н×(T₁–T₂)/ t_ПОТ.

Открыть кран ВН6. Регулировкой дросселя ДР1 установить расход воздуха Q= 3…4 л/мин.
Тумблером включить нагреватель.
При достижении нагревательным элементом температуры 110С нагреватель автоматически отключится.
Выключить тумблером нагреватель и начать запись температуры нагревательного элемента с помощью программы «ТТГД измерения».
Дождаться падения температуры до 100С. Остановить сбор данных.
Определить время t _ТО снижения температуры нагревательного элемента от T ₁=105С до T ₂=100С при теплоотдаче потоку воздуха. Вычислить среднюю мощность, передаваемую воздуху N от нагревательного элемента в диапазоне температур 100–105С:

N= С_Н×(T₁–T₂)/ t_ТО – N_ПОТ.

Определить теплоемкость воздуха при постоянном давлении по формуле

С_Р=N/(Q×_НУ×Т_В)
Сравнить полученное значение со справочными данными. Определить факторы, влияющие на погрешность измерения. Сделать выводы.

Таблица 2.7.1 Протокол измерений

Q, л/мин	^ТН на входе, С	^ТН на выходе, С	Т_В, С	t_ТО, с	^NПОТ^, Вт	N, Вт	^СР, кДж/(кг·К)

Рисунок 2.7.1 Схема для выполнения лабораторной работы 2.7