Работа № 1.

Первый закон термодинамики В ПРИЛОЖЕНИИ

К РЕШЕНИЮ ОДНОГО ИЗ ВИДОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ.
Цель работы. Закрепление знаний по теории первого закона термодинамики для потока:

• 
  Определение с помощью уравнения первого закона термодинамики количества теплоты, отдаваемого в окружающую среду в условиях лабораторной установки.
  
• 
  Расчетный энергетический баланс на участке без подогрева воздуха.
  
• 
  Расчетный энергетический баланс на участке с подогревом воздуха.
  

2. Основные положения. Одно из возможных формульных представлений первого закона термодинамики в расчете на 1 кг массы рабочего тела имеет вид:

,

где - соответственно, суммарные количества теплоты и технической работы, переносимые через контрольную оболочку термодинамической системы; - изменение энтальпии рабочего тела, - изменение кинетической энергии потока 1 кг рабочего тела, - изменение потенциальной энергии потока1 кг рабочего тела; h₁, W₁ и Z₁ - соответственно, энтальпия, скорость и геометрическая высота от условного уровня отсчета для входного сечения потока рабочего тела; h₂, W₂ и Z₂ - соответственно, энтальпия, скорость и геометрическая высота от условного уровня отсчета для выходного сечения потока рабочего тела.

Вся термодинамическая система, представленная на рис. 1, делится на два участка (две подсистемы): первый участок - от входного сечения I до сечения IIа, а второй - от сечения IIа до сечения II. Каждый из этих участков заключается в свою контрольную оболочку (на схеме показаны пунктирной линией).

При установившемся режиме теплообмена в установке внут

---

ри и с окружающим воздухом температура трубы (t_Х) не меняется. В условиях этого стационарного режима работы установки уравнение первого закона термодинамики для I-го участка (под-

системы) приобретает вид:

, (1)

Работа электрического тока, подаваемого на электродвигатель компрессора, определяемая по уравнению:

,

где G - расход воздуха, рассчитываемый по показаниям вакуумметра воздухомерного устройства; N_э - мощность, потребляемая электродвигателем компрессора, оценивается по показаниям амперметра и вольтметра. Часть этой мощности передается воздуху в виде технической работы, совершаемой компрессором, а часть - в виде тепла; q_н1 - количество тепла, отдаваемое системой на I-ом участке в окружающую среду.

Расчетная схема I-го участка может быть представлена в следующем виде:

У
равнение первого закона термодинамики для II-го участка (подсистемы) приобретает вид:

, (2)

Работа электрического тока, подаваемого на нагрев трубы, определяемая по уравнению:

,

где N_н - мощность, потребляемая на нагрев трубы, преобразуемая целиком в тепло и оцениваемая по показаниям амперметра и вольтметра. Часть этой мощности отводится в окружающую среду; q_н2 - количество тепла, отдаваемое системой на II-ом участке в окружающую среду.

Расчетная схема II-го участка может быть представлена в следующем виде:


Для термодинамической системы в целом уравнение первого закона термодинамики образуется суммированием уравнений (1) и (2) и представляется в виде:

---

,

где q_н1 и q_н2 - общее количество теплоты, отдаваемое в окружающую среду на участках I и II.
3. Схема и описание установки. Рабочее тело - воздух компрессором 1 (рис. 1) забирается из окружающей среды, сжимается и поступает в горизонтальный участок трубы 5.

Воздух на пути из окружающей среды в компрессор проходит через воздухомерное устройство 2 типа «труба Вентури». Количество воздуха, проходящее через установку, может изменяться с помощью заслонки 3. Параметры окружающей среды измеряются приборами, расположенными на панели 11 «Окружающая среда» (ртутный, чашечный барометр и жидкостно-стеклянный термометр). На панели 4 «Статические напоры», расположены три U-образных манометра для измерения статических давлений в сечениях: «горло» воздухомера (Н), на входе в компрессор (Н_в) и за компрессором (Н_н). В результате подведенного тепла, воздух, проходя от сечения I-I, где его температура равна температуре окружающей среды t₁ = t_ОКР, нагревается до температуры t_2а, которая измеряется термопарой 6 в комплекте с вторичным прибором.

Для определения мощности, подведенной к электродвигателю компрессора, служит панель 8 «Работа компрессора» с размещенными на ней амперметром и вольтметром. Мощность, расходованная на нагрев горизонтального участка трубы 5, определяется по показаниям вольтметра и амперметра, расположенных на панели 10 «Нагрев трубы».

Протокол наблюдений

Таблица 1.

№ п/п	Измеряемая величина	Обозна- чение	Номера опытов
			1	2	3	4	5	6
1	Температура воздуха при входе в воздухомер (сечение I), °С	t1
2	Температура воздуха при входе в трубу (сечение IIа), °С	t2а
3	Температура воздуха при выходе из трубы (сечение II), °С	t2
4	Показания вакуумметра («горло» воздухомера), мм вод.ст.	Н
5	Показания пьезометра (после компрессора), мм вод.ст.	Нн
6	Напряжение, потребляемое компрессором, в	Uк
7	Сила тока, потребляемая компрессором, а	Iк
8	Напряжение, потребляемое на нагрев трубы, в	Uн
9	Сила тока, потребляемая на нагрев трубы, а	Iн
10	Показания барометра, мбар	B
11	Температура окружающей среды, °С	tокр

---

4. Расчетные формулы и расчеты.

1. Атмосферное давление (Р, бар) находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле:



2. Перепад давления ( , Па) воздуха в воздухомере при условии, что в U-образный манометр залита вода:

,

где g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/сек²; Н – показание вакуумметра («горло») воздухомера, мм вод.ст.

3. Плотность воздуха ( , кг/м­­­³) по состоянию в «горле» воздухомера: ,

где R - характеристическая газовая постоянная воздуха, равная 287 Дж/кг·К, Т₀ = 273,15 – температура в градусах К при 0°С (перевод из градусов Цельсия в градусы Кельвина).

4. Расход воздуха: ,

где K_v = 0,525·10^-3 – коэффициент расхода.

5. Абсолютное давление (Р­_2а, бар) в сечении на выходе из компрессора и на входе в горизонтальную трубу:

,

где Н_н - показание пьезометра (после компрессора), мм вод.ст.

6. Плотность воздуха ( , кг/м³) на выходе из компрессора и на входе в горизонтальную трубу: ,

где t_2а - температура воздуха на выходе из компрессора и на входе в горизонтальную трубу (сечение IIа), °С.

7. Плотность воздуха ( , кг/м³) на выходе из трубы:



Где Р₂ = Р_атм, t₂ - температура воздуха на выходе из трубы (сечение II), °С.

8. Значение энтальпии воздуха (h_j

---

, кДж/кг) в сечениях I, IIa и II определяется по общему уравнению ,

где с_р - теплоемкость воздуха при постоянном давлении, которая может быть принята не зависящей от температуры и равной 1,006 кДж/(кг·°С); t_j - температура в рассматриваемом сечении, °С; j – индекс рассматриваемого сечения (I, IIa или II).

9. Средняя скорость потока (W_j, м/с) в сечениях IIa и II определяется по общему уравнению ,

где F - площадь проходного сечения для потока воздуха, одинаковая для сечений IIa и II и равная 1,35·10^-3 м²; ρ_j - плотность воздуха в рассматриваемом сечении, кг/м³; j - индекс рассматриваемого сечения (IIa или II).

Скорость потока воздуха в сечении I (на входе в воздухомер из окружающей среды) должна быть принята равной W₁ = 0.

10. Изменение потенциальной энергии на участке I - IIа:

.

Так как в данной работе (Z_2а – Z₁) = 0,4 м, то ΔЭ_пот = 0,0039 кДж/кг одинаково для всех опытов и сравнительно мало. Поэтому величиной этого слагаемого в уравнении (1) можно пренебречь.

11. Работа электрического тока (l_э1, кДж/кг) на I-ом участке (подсистеме): ,

где I_к - сила тока, потребляемая электродвигателем компрессора, а; U_к - напряжение, подаваемое на электродвигатель компрессора, в.

12. Работа электрического тока (l_э2, кДж/кг) на II-ом участке (подсистеме): ,

где I_н - сила тока, потребляемая на нагрев трубы, а; U_н - напряжение, подаваемое на нагрев трубы, в.

Пояснения к расчетам некоторых величин при заполнении таблицы результатов расчета:

; ; ;

; ;

---

Смотрите также файлы

• Робототехника блімі бойынша тапсырмалар.docx

• Правовое регулирование социального обслуживания граждан.rtf

• Задача 2 (ук10, У2).doc

• Реферат дисциплина Газовые турбины Задание выдано 2023 г.docx

• Отчет по преддипломной практикЕ (вид практики) Преддипломная практика (тип практики) 7 семестр.docx