ЛАБА ТЕРМАЧ1. Отчет по лабораторной работе 1 Определение средней удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении
 Скачать 128.98 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Инженерная школа энергетики 14.05.02 Атомные станции: проектирование, эксплуатация и инжиниринг ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1 Определение средней удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении Выполнили студенты гр. 5012, Полищук Иуилания Сергеевна Ромащенко Николай Дмитриевич Кубич Даниил Сергеевич Проверила Нагорнова Татьяна Александровна Кандидат технических наук Томск 2022 Цели и задачи лабораторной работы Целью работы является получение навыков экспериментального определения удельной массовой теплоемкости воздуха при постоянном давлении на основе энергетического баланса. Задачами исследования являются: закрепление теоретических знаний по основным законам термодинамики; сопоставление полученного результата со справочным значением; составление отчета по выполненной работе. Основные теоретические сведения Одним из важных параметров, определяющих теплоту, является с – коэффициент пропорциональности, удельная массовая теплоемкость. Теплоемкость определяет количество теплоты, необходимое для изменения температуры 1 кг рабочего тела на один градус. Теплоемкость газов существенно зависит от давления и температуры. Для исследования изобарной теплоемкости применяются, главным образом, методы смешения и постоянного притока. Метод постоянного притока из-за простоты конструкции и детальной разработки теории занимает ведущее место в исследованиях теплоемкостей газов. Экспериментальное определение теплоемкости газообразного вещества основано на измерении расхода исследуемого газа, температуры до и после нагревателя. Для нагрева газа при стационарном режиме необходимо подвести тепловой поток (теплота переданная в единицу времени)
где  – температуры газа до и после нагревания по шкале Кельвина, К;  – средняя удельная массовая изобарная теплоемкость газа, Дж/(кг*К);  – плотность газа при температуре  ;  – объемный расход нагреваемого газа,  .В соответствии с уравнением теплообмена в стационарном режиме все количество теплоты, вырабатываемое нагревателем в единицу времени, передается исследуемому газу для нагрева и теряется калориметром в окружающую среду
Для определения из уравнения (1) необходимо определить величину теплового потока, равную электрической мощности, необходимой для нагрева проволоки Нихромовая проволока нагревается постоянным током, величина которого определяется расчетным путем по падению напряжения на образцовом элементе сопротивления  Из соотношения (1) с учетом (2), пренебрегая количеством теплоты теряемой калориметром в окружающую среду, получим:
Описание схемы экспериментальной установки Схема экспериментальной установки приведена на рис. 1.
На передней панели установки находится двухканальный измеритель температуры (5) типа 2ТРМО (или ТРМ200), источник питания постоянного тока (3), ротаметр (4), тумблёр электропитания установки (1), тумблёр включения компрессора (2), мультиметр (9) типа MY-67 с автоматическим переключением пределов измерений, разъёмы (8) для подключения вольтметра (9), тумблёр (7) для переключения вольтметра на измерение падения напряжения на образцовом сопротивлении (Uо) и напряжения на нихромовом нагревателе (UН). На рис. 2. приведена принципиальная схема рабочего участка, электрическая схема питания и измерений. Стационарный поток исследуемого газа (воздух) подаётся компрессором (11) через холодильник (12) и ротаметр (4) в проточный калориметр, состоящий из внутренней цилиндрической стеклянной трубки (14), заключённой в вакуумированную оболочку (15). В трубке (14) находится нихромовый нагреватель (16). Нагрев воздуха, движущегося по трубке (14), регулируется источником питания путем изменения мощности нагревателя с помощью регуляторов силы тока и напряжения. Температура воздуха на входе t1 и выходе t2 из проточного калориметра определяется хромель-копелевыми термопарами, подсоединёнными к первому и второму каналам измерителя температуры (5), соответственно. Объёмный расход воздуха V измеряется ротаметром (4). Электропитание к нагревателю подводится от источника питания (3). Последовательно с нагревателем включено образцовое сопротивление (R0) для определения величины электрического тока в цепи по измеренному на нем значению падения напряжения. Для измерения напряжения на нагревателе U1 и напряжения на образцовом сопротивлении U0 к разъёмам (V) подключается мультиметр (9). Обработка результатов исследования Данные установки и таблица результатов измерений: образцовое сопротивление  .По показаниям ротаметра и значениям таблицы 1, определили объемный секундный расход воздуха  через калориметр для градуировочных условий.
Перерасчет объемного расхода воздуха с параметров градуировочной шкалы ротаметра на действительные параметры воздуха выполняется по формуле:
где  – объемный расход воздуха по градуировочной таблице ротаметра; – объемный расход воздуха в пересчете на параметры воздуха передротаметром в опыте;  – плотность воздуха по градуировочной таблице ротаметра, кг/м3; – плотность воздуха при его параметрах на входе в ротаметр, кг/м3.Используя данные измерений на рабочем участке установки, по уравнению (1) находят среднюю удельную массовую изобарную теплоемкость воздуха. Такой расчет делается для каждого температурного режима, результаты заносятся в таблицу наблюдений.
Примечание:  .Среднее значение массовой изобарной теплоемкости воздуха можно найти по эмпирической формуле:
где средняя температура воздуха в калориметре  . Вычислить погрешность измерения удельной изобарной теплоемкости воздуха по формуле Сделать вывод о величине расхождения изобарной теплоемкости, определенной в опыте, с вычисленной по эмпирической зависимости. Пример расчетов для 1 опыта: Выполним перерасчет объемного расхода воздуха с параметров градуировочной шкалы ротаметра на действительные параметры воздуха по формуле (4). Для этого необходимо рассчитать плотность воздуха при его параметрах на входе в ротаметр для начальных значений  .  где  - температура нагретого воздуха возле входа в проточный калориметр.Тогда  заносим результат вычислений в таблицу 2. Далее по формуле (3) найдем среднюю удельную массовую изобарную теплоемкость газа. Для определения из уравнения необходимо определить величину теплового потока, равную электрической мощности, необходимой для нагрева проволоки Тогда  заносим результат вычислений в таблицу 2. Среднее значение массовой изобарной теплоемкости воздуха можно найти по эмпирической формуле (5):  заносим результат вычислений в таблицу 3.
  Таким образом величина расхождения изобарной теплоемкости, определенной в опыте, с вычисленной по эмпирической зависимости находится в пределах 9-14%. Вывод В результате проведения лабораторной работы были получены следующие компетенции: Получили навыки экспериментального определения удельной массовой теплоемкости воздуха при постоянном давлении на основе энергетического баланса. Закрепили теоретические знания по основным законам термодинамики. Сопоставили полученный результат со справочным значением. На основе полученных экспериментальных данных были установлены следующие закономерности: Значение средней удельной массовой изобарной теплоемкости газа увеличивается с увеличением разницы между начальной и конечной температурой воздуха. Величина расхождения изобарной теплоемкости, определенной в опыте, с вычисленной по эмпирической зависимости находится в пределах 9-14%. Такое высокое значение погрешности объясняется погрешностью лабораторной установки – проточного калориметра. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
