(2.6 )

де питома теплота, віднесена до 1 кг повітря:

q - підведена до повітря в калориметрі;

- підведена до повітря від нагрівача;

- теплові втрати калориметра в навколишнє середовище.

Різниця швидкостей ω ₁ і ω ₂ і висот х₁ і х₂ мала, технічна робота не відбувається ( L_Т), теплові втрати в калориметрі самоуловлюваються ( = 0) тоді рівняння (2.6) приймає вид

. (2.7)

Тому що пов'язано з електричною потужністю нагрівача W і масовою витратою повітря через калориметр, то

(2.8)

Єднаючи формули (2.7) і (2.8), одержуємо формулу для визначення середньої ізобарної теплоємності

(2.9)

Перед виконанням лабораторної роботи вивчите схему опитної установки, що наведена на рисунку 2.1.

Основна частина установки, зображеної на рисунку, - проточний електрокалориметр 5, що подає собою многоходовий скляний теплообмінник. На осі розміщений нагрівач 6 із ніхромової спіралі опором біля 90 Ом. Потік повітря з зовнішніх каналів підходить до нагрівача, забезпечуючи тим самим самоуловлювання теплових витрат із центральної нагрітої зони підхожим холодним повітрям.

Температура повітря на вході й виході з калориметра вимірюється хроміль-алюмелєвими термопарами. Для визначення середньої по перетину потоку температури нагрітого повітря термопара на вході розміщена на мідному штахеті, перпендику-лярної до осі потоку. Термопари залучені до багатоканального цифрового приладу 10 для виміру температури типу А - 565. Температури t₁ і t₂ відповідно на вході і виході в градусах Цельсія індицируються на табло приладу при натисканні клавіши відповідного каналу. Повітря подається компресором 9. Витрата повітря регулюється за допомогою голчастого вентиля 7. Об'ємна витрата вимірюється за показниками ротаметра 8 і його градуйорованому графіку для повітря (див. рис. 2.2 ).

1 – вимикач; 2 - лампа; 3 - автотрансформатор; 4 - ваттметр;

5 - проточний електрокалориметр; 6 - нагрівач; 7 - вентиль;

8 - ротаметр; 9 - компресор; 10 - багатоканальний цифровий прилад для вимірювання температури.

Рисунок 2.1 - Схема установки

Електрична потужність нагрівача 6 регулюється лабораторним автотрансформатором 3 і вимірюється ваттметром 4. Тиск повітря в калориметрі визначається по показанню барометра в помешканні лабораторії. Після вивчення схеми опитної установки приступити до виконання роботи.

1. Вимикачем 1 подати напругу на установку, при цьому по-винна зайнятися лампочка 2.

2. Вентилем 7 ротаметра 8 встановити і підтримувати необхідну витрату повітря. Значення витрати зчитивають на шкалі ротаметра по верхній точці кульки - поплавця й визначають по градуйорованому графіку (рисунок 2.2).

3. За допомогою автотрансформатора встановити необхідне значення потужності на нагрівачі 6 (контролюють по ваттметру).

---

4. Вихід установки на стаціонарний режим визначити по температурі t₂ повітря після калориметра, для чого значення t₂ з інтервалом 3 хвилини зафіксувати і занести в окрему таблицю (максимальний час виходу на режим 30 хвилин). Коли значення t₂ установиться (максимальна температура повітря на виході з калориметра не більш 60 ⁰С), визначити показання ваттметра, ротаметра, барометра, температури t₁ і t₂ по цифровому приладу і занести їх у таблицю.

5. Після узгодження з викладачем отриманих результатів провести 2-3 досвіду при інших режимах, що рекомендуються значення витрат 40, 60, 80, 90 розподілів по шкалі ротаметра і відповідно потужності 1; 1,5; 2,0; 2,5 Вт, але не більш 6 Вт.

6. Після закінчення досвідів ручку автотрансформатора встановити в нульове положення, виключити вимикач 1, через хвилину закрити вентиль 7, а співробітник лабораторії відключає компресор 9.

2.3 Опрацювання опитних даних

Середню ізобарну теплоємність визначити по формулі (2.9). Потуж-ність нагрівача (W) визначити по ваттметру. Приймаючи склад повітря 21 % О₂ і 79 % N₂ визначити середню молекулярну масу по формулі

. (2.10)

Газову постійну повітря за формулою

(2.11 )

Питомий обсяг повітря визначити з рівняння стана ідеального газу

(2.12 )

де Т₁ - температура повітря на вході в калориметр;

Р₁ - атмосферний тиск по показанню барометра.

Розподіли шкали	Витрата повітря м3 / ч
0	0. 042
10	0. 065
20	0. 086
40	0. 132
60	0. 174
80	0. 215
100	0. 266

Ротаметр РМ 06 - 1 Р № 3234.

Температура середовища 20 ^оС; тиск 760 мм. рт. ст.

Рисунок 2.2 - Графік визначення витрат

Дійсну витрату повітря визначите по формулі

(2.13)

де Р і Т - параметри тарировки ротаметра (Р = 760 мм. рт. ст;

Т = 293 К);

V - витрата повітря по тарувальному графіку ротаметра (м³/ч).

Масова секундна витрата повітря

(2.14)

Порівняєте отримані дані з табличними значеннями ізобарної тепло-ємності з [4]. Результати опитів занесіть до таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 - Результати експериментальних даних

Номер опиту	Потужність елект-ронаг-рівача W, Вт	Баро-мет-ричний тиск Рб, кПа	Об'ємна витрата повітря			Масова витр., m, кг/с	Температура повітря
			в ділен-нях ро- таметр.	За граду-йовкою V, м3/ч	Дій-сний V1 , м3/ч		Т1, К	Т2, К
1
2
3
4

---

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3

ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИКА адіабати ПОВІТРЯ

Ціль - експериментально визначити показник адіабатного процесу для одного з найбільш поширених робочих тіл - повітря й порівняти експериментальні дані з розрахунковими.

2.1 Загальні вказівки

Перед виконанням лабораторної роботи вивчите дійсні методичні вказівки, що відповідають поділи робіт [3,4], підготуйте відповіді на контрольні питання й заготовте бланк звіту.

Для виконання дійсної роботи необхідно знати такі основні положення:

1. Термодинамічний процес, у якому до системи не підводиться й від системи не приділяється теплота (без теплообміну з навколишнім середовищем) називають адіабатним (dq = 0). Термодинамічна система, у якій протікає адіабатний процес, являє собою систему, обмежену оболонкою, постаченою ідеальною теплоізоляцією. У реальних умовах процес є адіабатним у тих випадках, коли система постачена гарною теплоізоляцією з низькою теплопровідністю, або процес зміни стана робочого тіла (газу) відбувається настільки швидко, що практично не встигає здійснюватися теплообмін між робочим тілом і навколишнім середовищем, тобто цей теплообмін зневажливо малий.

2. Запам'ятаєте, що для оборотного адіабатного процесу справедлива рівність

,

тобто оборотний адіабатний процес є в той же час ізоентропним процесом. Для необоротного адіабатного процесу має місце нерівність

T d S> dq; dq = 0; T d S > 0; d S > 0; S₂ > S₁,

тобто необоротний адіабатний процес не є ізоентропним. Рівняння адіабатного процесу можна одержати з рівняння першого закону термодинаміки, приймаючи при цьому dq = 0. Рівняння адіабат-ного процесу має вид (рівняння Пуассона)

(3.1 )

де Р - тиск, Па ( Н / м²);

- питомий обсяг, м³ / кг; к - показник адіабати.

Майте на увазі, що співвідношення (1) справедливо для будь-якого стану тіла (газу, рідини і твердого тіла). Розмір показника адіабати істотно різноманітний в різноманітних фазових станах речовини. Для твердих тіл і рідин розмір к дуже великий, причо-му помітно змінюється з температурою. Для газів і парів розмір к змінюється в залежності від температури щодо слабко, для більшості газів значення к лежить в інтервалі 1.3... 1.7.

3. Повітря при щодо невисоких тисках можна розглядати як ідеальний газ. Для ідеального газу показник адіабати визначається як відношення ізобарної теплоємності до ізохорної теплоємності

к = . (3.2 )

Використовуючи рівняння Майєра С_Р = С_V + R, можна одержати таке рівняння для визначення к

к = 1 + (3.3)

де R - газова постійна,

С_Р - ізобарна теплоємність,

С_V - ізохорна теплоємність,

У загальному випадку показник адіабати може змінитися, тоді в рівнянні адіабати необхідно підставляти середнє значення к_СР

---

(3.4)

Показник адіабати ідеальних газів залежить від атомності газів (число атомів у молекулах) і від температури. Як відомо, теплоєм-ність ідеальних газів (повітря) мало змінюється з температурою, тому розмір к можна розрахувати по рівнянню (3.3) при відомих значеннях R і або по рівнянню (3.2) при відомих С_Р і .

Показник адіабати можна визначити також із рівняння адіабати, якщо відомі початкові і кінцеві параметри робочого тіла: Р₁, , Р₂, за такою формулою:

(3.5)

3.2 Методика проведення експерименту

Досвіди проводьте на установці, принципова схема якої наведена на рисунку 3.1, у такій послідовності:

– закрийте кран 5 і насосом 2 підніміть тиск у судині 1 до виз-наченого тиску ( за указівкою викладача), тиск при цьому контро-люйте по рідинному манометру 4;

– після охолодження повітря в судині до температури навко-лишнього середовища (коли показання манометра не буде зміню-ватися) запишіть надлишковий тиск у судині ( Р_{I над});

– відчиніть кран 5 і випустите повітря із судини, коли тиск у судині 1 знизиться до атмосферного (як тільки рівні рідини в пра-вому та лівому колінах U - образного манометра дорівнюються

Р_{2 над} = 0), швидко закрийте кран 5;

– процес розширення повітря вважайте адіабатним через його скоротечність, у результаті адіабатного розширення температура повітря в судині 1 зменьшується, тобто стає нижче температури навколишнього середовища, тому після закриття крана 5 починається процес ізохорного нагрівання повітря в судині за рахунок тепла навколишнього середовища й тиск у судині починає підвищуватися;

– коли температура в судині зрівняється з температурою навколишнього середовища (перестане змінюватися тиск у судині по показанню манометра), запишіть розмір тиску Р_{3 над};

– опит повторюєте декілька разів при інших значеннях Р₁ (кількість досвідів за указівкою викладача);

– результати досвідчених даних занесіть у таблицю і зобразите процеси на діаграмі Р (див. рис. 3.2).

1 – судина; 2 - насос; 3 - клапани; 4 - рідинний манометр;

5 - кран; 6 - термометр

Рисунок 3.1 - Схема експериментальної установки

1 – 2 – адіабатне розширення;

2 - 3 - ізохорний нагрів

Рисунок 3.2 - Р - діаграма процесів

3.3 Методика опрацювання досвідчених даних

Визначення показника адіабати по формулі (3.5) викликає виз-начені труднощі через трудомісткість експериментального визначення питомого обсягу наприкінці процесу, тому цей параметр необхідно виключити з формули. Для цього після адіабатного розширення повітря зробіть ізохорний нагрів до температури навколишнього середовища. Отже, Т₁ = Т₃ = Т_зв, тобто процес 1 - 3 ізотермічний ( умовно показаний пунктиром). З закону Бойля - Маріотта випливає Р₁ / Р₃ = , тому що процес 2 - 3 ізохорний ( ), тоді можна записати Р₁ / Р₃ = , відкіля , і після підстановки замість у рівняння (3.5) одержимо таке вираження для визначення показника адіабати:

---

(3.6 )

У рівняння (3.6) варто підставляти абсолютні значення Р₁, Р₂ і Р₃ у Па ( Н/ м²), для цього експериментальні значення Р₁, Р₂ і Р₃ спочатку розрахуйте в Па, а потім визначите абсолютні тиски Р₁, Р₂ і Р₃. Дані занесіть у таблицю. Після визначення показника в кожному окремому експерименті підрахуйте середнє його значення К_ср і визначите помилку експерименту. Зіставте експериментальні дані з літературних джерел і зробіть висновки про роботу.

Таблиця 3.1 - Результати вимірів і розрахункових даних

Номер опитів

Надлиш-ковий тиск, мм. вод. ст.

Надлиш-ковий тиск, Па (Н / м2)

Атмос-ферн. тиск, мм. рт. ст.

Атмос-ферний тиск Па (Н / м2)

Абсолют-ний тиск Па (Н / м2)

Показ-ник адіаба-ти К

Р1

Р2

Р3

Р1

Р2

Р3

Р1

Р2

Р3

Майте на увазі, що 1 мм. вод. ст. = 1/0,102 Па,

а 1 мм. рт. ст. = 103 / 7,5 Па.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 4

ВИЗНАЧЕННЯ СТУПЕНЯ СУХОСТІ ВОЛОГОЇ НАСИЧЕНОї ПАРи

Ціль - виробити навички експериментального визначення ступеня сухості вологої водяної пари методом конденсації й теплового балансу.

4.1 Загальні вказівки

Перед виконанням лабораторної роботи вивчите дійсні методичні вказівки, що відповідають поділи роботи [4], підготуйте відповіді на контрольні питання й заготовте бланк звіту.

Для виконання дійсної роботи необхідно знати такі основні положення.

Процес перетворення речовини з рідкого стана в газоподібне називають паротворенням. Паротворення, що відбувається завжди, при будь-якій температурі, із вільної поверхні рідини називається випаром.

Кипіння - це процес паротворення, що протікає тільки при визначеній температурі й не тільки з поверхні рідини, але і з внутрішніх прошарків рідини. Температура кипіння залежить від тиску та фізичних властивостей рідини: чим більше тиск, тим більше температура кипіння. Процес паротворення протікає при постійній температурі, якщо тиск не змінюється.

Перехід із газоподібного стана в рідке є конденсацією, а рідина, отримана при конденсації пару, називають конденсатом. Процес конденсації, так само як і процес паротворення, протікає при постійній температурі, якщо при цьому тиск залишається постійним.

Пар, що стикається з рідиною й знаходиться в термічному з ній рівновазі, називають насиченим (пар при цьому має максимальну щільність). Розрізняють вологий насичений, сухий насичений і перегрітий пар. Суміш сухого пару й високодисперсійних (дрібних) часток рідкої фази, рівномірно розподілених по всій масі пари, - волога насичена пара. Насичена пара, у якоій відсутні високодисперсійні частки рідкої фази, - суха насичена пара. Перегрітою називають пару, що має при даному тиску більш високу температуру, чим суха насичена пара.

---

Смотрите также файлы

• ЛЕКЦИИ ПО ИСТОРИИ ПЕДАГОГИКИ.docx

• ОСНОВИ АУДИТУ.doc

• методичні вказівки основи аудиту.doc

• Задание_У (РГР_ГО).doc

• оборудование и инструмент.doc