Файл: Закон термодинамики в приложении к решению одного из видов технических задач.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 598
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Работа № 1.Первый закон термодинамики В ПРИЛОЖЕНИИК РЕШЕНИЮ ОДНОГО ИЗ ВИДОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ.Цель работы. Закрепление знаний по теории первого закона термодинамики для потока:
ри и с окружающим воздухом температура трубы (tХ) 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; Nэ - 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; qн1 - 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 Nн - мощность, потребляемая на нагрев трубы, преобразуемая целиком в тепло и оцениваемая по показаниям амперметра и вольтметра. Часть этой мощности отводится в окружающую среду; qн2 - 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 qн1 и qн2 - 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 (Нв) и за компрессором (Нн). В результате подведенного тепла, воздух, проходя от сечения I-I, где его температура равна температуре окружающей среды t1 = tОКР, нагревается до температуры t2а, 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 наблюденийТаблица 1.
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 Kv = 0,525·10-3 – коэффициент расхода.5. Абсолютное давление (Р2а, бар) в сечении на выходе из компрессора и на входе в горизонтальную трубу: ,где Нн - показание пьезометра (после компрессора), мм вод.ст.6. Плотность воздуха ( , кг/м3) на выходе из компрессора и на входе в горизонтальную трубу: ,где t2а - 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 = Ратм, t2 - температура воздуха на выходе из трубы (сечение II), °С.8. Значение энтальпии воздуха (hj
-
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.
ри и с окружающим воздухом температура трубы (tХ) 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; Nэ - 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; qн1 - 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 Nн - мощность, потребляемая на нагрев трубы, преобразуемая целиком в тепло и оцениваемая по показаниям амперметра и вольтметра. Часть этой мощности отводится в окружающую среду; qн2 - 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 qн1 и qн2 - 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 (Нв) и за компрессором (Нн). В результате подведенного тепла, воздух, проходя от сечения I-I, где его температура равна температуре окружающей среды t1 = tОКР, нагревается до температуры t2а, 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 наблюденийТаблица 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 Kv = 0,525·10-3 – коэффициент расхода.5. Абсолютное давление (Р2а, бар) в сечении на выходе из компрессора и на входе в горизонтальную трубу: ,где Нн - показание пьезометра (после компрессора), мм вод.ст.6. Плотность воздуха ( , кг/м3) на выходе из компрессора и на входе в горизонтальную трубу: ,где t2а - 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 = Ратм, t2 - температура воздуха на выходе из трубы (сечение II), °С.8. Значение энтальпии воздуха (hj
, кДж/кг) в сечениях I, IIa и II определяется по общему уравнению 
,
где ср - теплоемкость воздуха при постоянном давлении, которая может быть принята не зависящей от температуры и равной 1,006 кДж/(кг·°С); tj - температура в рассматриваемом сечении, °С; j – индекс рассматриваемого сечения (I, IIa или II).
9. Средняя скорость потока (Wj, 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; ρj - 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 (Z2а – Z1) = 0,4 м, то ΔЭпот = 0,0039 кДж/кг одинаково для всех опытов и сравнительно мало. Поэтому величиной этого слагаемого в уравнении (1) можно пренебречь.
11. Работа электрического тока (lэ1, кДж/кг) на I-ом участке (подсистеме): 
,
где Iк - сила тока, потребляемая электродвигателем компрессора, а; Uк - напряжение, подаваемое на электродвигатель компрессора, в.
12. Работа электрического тока (lэ2, кДж/кг) на II-ом участке (подсистеме): 
,
где Iн - сила тока, потребляемая на нагрев трубы, а; Uн - напряжение, подаваемое на нагрев трубы, в.
Пояснения к расчетам некоторых величин при заполнении таблицы результатов расчета: 
; 
; 
;
; 
; 