Теплотехника ЛР№1 Определение удельной теплоемкости воздуха при атмосферном давлении. Теплотехника ЛР №1 Пыпин В. Е. (1). Лабораторная работа 1 Определение удельной теплоемкости воздуха при атмосферном давлении
 Скачать 0.64 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» (ФГБОУ ВО ПГУПС) Кафедра «Электротехника и теплоэнергетика» Лабораторная работа № 1 Определение удельной теплоемкости воздуха при атмосферном давлении Выполнил: Студент группы ПС-001 Пыпин В. Е. Проверил(а): Митрофанова И. В. Рыжова Е. Л. Санкт – Петербург 2022 год 1. Цель работы: экспериментальное определение изобарной теплоемкости воздуха и сравнение полученного результата с табличными данными. Основные теоретические положения Удельная теплоемкость – количество теплоты, которое необходимо подвести к единице вещества для повышения его температуры на 1K. C – массовая теплоемкость,  С’ – объемная теплоемкость,   С – молярная теплоемкость,  Теплоемкость газа зависит от процесса подвода теплоты. В связи с этим вводится понятие изобарной теплоемкости Cpи изохорной Cv. Различают также среднюю и истинную теплоемкости. Истинная – теплоемкость при данной температуре. Средняя теплоемкость определяется в заданном интервале температур и соответствует средней температуре процесса. В лабораторной работе среднюю, объемную и изобарную теплоемкости воздуха определяют при нагреве воздуха, движущегося в канале постоянного сечения. Расчетное уравнение для определения количества теплоты, воспринятой воздухом от нагревателя на 1оС, Вт имеет вид:  Где: V0 – объемный расход воздуха, приведенный к нормальным условиям, нм3/с; t1 и t2 – температура воздуха до и после действия нагревателя, 0С. 2. Описание экспериментальной установки: Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1. Воздух нагнетается вентилятором (1) в металлическую трубку (2), в которой установлен нагреватель (3) для подогрева воздуха. Мощность нагревателя регулируется реостатом (4) и измеряется ваттметром (5). Температура воздуха до и после нагревания определяется термометрами (9) и (6). Микроманометром (7) с присоединенной к нему металлической трубкой (8) замеряется динамический напор воздуха h.  Рис. 1. Схема установки для определения теплоемкости воздуха. 1 – вентилятор; 2 – металлическая трубка; 3 – нагреватель; 4 – реостат; 5 – ваттметр; 6 и 9 – термометры; 7 – микроманометр; 8 – пневматическая трубка. 3. Порядок выполнения работы: Перед выполнением работы нужно включить вентилятор, затем нагреватель. Регулируя мощность нагревателя, установить заданную температуру воздуха на выходе. После достижения установившегося теплового режима записать показания приборов с интервалом 1–2 мин в табл. 1. Атмосферное давление Pбар определяют по лабораторному барометру. После окончания работы необходимо выключить установку в обратном порядке. 4. Таблица результатов эксперимента Таблица 1
5. Расчёт основных величин производится по формулам: 1. Определение объемной изобарной теплоемкости   2. Объемный расход воздуха  : Где d =70 мм – внутренний диаметр трубы;  – средняя скорость воздуха в трубе, м/с;Pбар – барометрическое давление, мм. рт. ст.; T2 – температура воздуха при выходе из трубы, K; 4. Величина определяется по следующей зависимости: где K0 – скоростной коэффициент, значение которого можно приять равным 0,82 – 0,86. 5. Осевая скорость воздуха вычисляется по формуле:  где  - плотность воздуха, кг/м3Pд - динамическое давление воздуха, Па. 6. Динамическое давление воздуха вычисляется по формуле:  где h – высота столба жидкости уравновешивающего динамический отпор, м;  - плотность рабочей жидкости и воздуха, кг/м3;ρвз=1,293 кг/м3; ρж=998 кг/м3; g= 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения. 7. Определение значения массовой теплоемкости Cpпри таком же интервале температур:  где – масса моля воздуха, кг/моль (для воздуха = 28,97 кг/моль)8. Полученные значения теплоемкостей  сравнить с табличными значениями (написать в заключении).6. Таблица результатов расчета Таблица 2
7. Заключение: Среднее экспериментальная изобарная теплоемкость воздуха получилась 𝐶𝑝 ′ = 1052, а среднее массовой теплоемкости 𝐶𝑝 = 813. Два этих значения намного больше чем табличные.  8. Ответы на вопросы: Сформулируйте первый закон термодинамики. Приращение внутренней энергии термодинамической системы при переходе из одного состояния в другое равно алгебраической сумме работы, совершённой внешними силами, и количества теплоты, полученного (или отданного) системой при взаимодействии с внешними телами. Δ U = A ′ + Q. Что такое теплоемкость? Как она зависит от способа нагревания газа? Теплоёмкость — количество теплоты, поглощаемой (выделяемой) телом в процессе нагревания (остывания) на 1 градус температуры (например, кельвин). Удельная теплоемкость газа зависит от способа подвода к нему теплоты. Очевидно, что на основании определения теплоемкости и уравнения первого закона термодинамики можно записать: c = dq/dT = (du + pdv)/dT = du/dT + pdv/dT. Величину pdv/dT называют удельной работой. Она показывает, какую работу совершает единица количества газа при повышении его температуры на 1К. Какие виды теплоемкости вы можете назвать? В чем их отличие? В расчетах различают среднюю и истинную теплоемкость. Средняя теплоемкость — величина, определенная в конечном интервале температур, а истинная теплоемкость — величина, определенная в данной точке (при данных р и Т или V и T). Чем объясняется наличие (отсутствие) относительной погрешности при определении изобарной теплоемкости воздуха и чем объясняется расхождение полученных экспериментально значений от справочного? Погрешность при измерении теплоемкости вещества объясняется тем что при вычислении С мы не учитывали теплоемкость калориметра и еще при вычислении количества теплоты не учитывались тепловые потери которые возникают при проведении измерений. Часть тепловой энергии уходит в окружающую среду. |
, Дж/(кг*K)