Экспериментальная установка
Стр 1 из 2Следующая ⇒ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОЕМКОСТИ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Тепломассообмен» для студентов направления 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» по дисциплине «Теплотехника» для студентов направления 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» профиль «Автомобили и автомобильное хозяйство» и специальности 21.05.04.00 «Горное дело» специализации 21.05.04.10 «Электрификация и автоматизация горного производства» всех форм обучения
Составители Е.Ю. Темникова А.Р. Богомолов С.А. Шевырев
Рассмотрены и утверждены на заседании кафедры ТЭ Протокол № 5 от 09.12.2015 г. Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией направления 13.03.01 Протокол № 5 от 09.12.2015 г. Электронная копия находится в библиотеке КузГТУ
Кемерово 2015 ЦЕЛЬ РАБОТЫ Целью работы является экспериментальное определение удельной теплоемкости атмосферного воздуха. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Для характеристики тепловых свойств газа, как и всякого другого тела, пользуются величиной, называемой теплоемкостью. Теплоемкость тела – это количество тепла, которое необходимо подвести или отнять у тела для изменения его температуры на один градус. Количество тепла, dQ подведенное к газу или отведенное от него в каком-либо процессе, можно выразить через приращение температуры dT этого тела:
где C – (полная) теплоемкость тела или газа, Дж/К. Полной теплоемкостью вещества практически не пользуются ввиду ее зависимости от количества вещества. Поэтому обычно теплоемкость относят к некоторой количественной единице газа, в этом случае теплоемкость называют удельной.
В зависимости от количественной единицы различают удельные теплоемкости: массовую – c, Дж/(кг∙К); объемную – cʹ, Дж/(м3∙K); мольную – μc, Дж/(моль∙К). Теплоемкость, отнесенную к 1 кг газа, называют массовой и обозначают c, Дж/(кг∙К); Теплоемкость, отнесенную к 1 м3 газа при нормальных физических условиях, т.е. при давлении 101325 Па и температуре 0°C, называют объемной и обозначают буквой Теплоемкость, отнесенную к 1 кмолю газа, называют мольной и обозначают μ c, Дж/(кмоль∙К). Связь между перечисленными теплоемкостями выражается следующими соотношениями:
где M – масса газа, кг; ρ – плотность газа, кг/м³; μ– молекулярная масса, кг/моль. Бывает теплоемкость истинная и средняя. Истинная теплоемкость – это производная от количества теплоты, подводимого к телу в процессе нагрева, по температуре этого тела
А средняя теплоемкость – отношение теплоты к конечной разности температур:
где В различных процессах теплоемкость может принимать самые разные значения от –∞ до +∞. Кроме того, теплоемкость в реальных процессах не остается постоянной, а зависит от температуры и давления газа. Особую роль в термодинамике играют значения теплоемкости для двух наиболее хорошо изученных процессов: изобарного p = const и изохорного v = const. Принадлежность к тому или иному процессу указывается индексом: cp – удельная массовая изобарная, Дж/(кг∙К); cv – удельная массовая изохорная. Зависимость между ними вытекает из уравнения Майера
где R – удельная газовая постоянная, Дж/(кг∙К). Изобарной теплоемкостью называют количество теплоты, подведенной к телу при постоянном давлении с изменением его температуры на 1 градус. Изобарная теплоемкость характеризует темп роста энтальпии при повышении температуры
Изохорной теплоемкостью называют количество теплоты, подведенной к телу при постоянном объеме с изменением его температуры на 1 градус. Изохорная теплоемкость характеризует темп роста внутренней энергии при повышении температуры
Изложенное показывает, что теплоемкость не является параметром состояния рабочего тела, а является функцией состояния и процесса. В атмосферном воздухе при обычных условиях всегда содержится некоторое количество водяного пара. Поэтому смесь сухого воздуха и водяного пара называют влажным воздухом. Плотность влажного воздуха зависит от атмосферного давления, температуры и относительной влажности. Расчет плотности влажного воздуха (кг/м3) ведут по формулам, полученным для идеальных газов [1]:
где Pa – атмосферное давление, Па; R – удельная газовая постоянная, Дж/(кг∙К), для воздуха равная 287 Дж/(кг∙К); Ta – температура атмосферного воздуха, К; φ – относительная влажность воздуха, доли единицы; Pн – давление насыщенного водяного пара при температуре атмосферного воздуха, Па, определяется по таблицам для насыщенного водяного пара [1] или в приложении табл. 3. Изобарная теплоемкость влажного воздуха определяется по уравнению количества теплоты, воспринимаемого рабочим телом в единицу времени, Вт:
где M – массовый расход воздуха, кг/с; cp –массовая изобарная теплоемкость влажного воздуха в интервале температур T 1 – Ta, Дж/(кг∙К); Ta, T 1 – температура атмосферного воздуха и воздуха, воспринявшего теплоту в изобарном процессе, К. Массовый расход влажного воздуха определяется по известному объемному расходу и плотности влажного воздуха:
где V 0– объемный расход воздуха при нормальных условиях, м3/с. Из уравнений (4-6) можно получить уравнение (7) для расчета изобарной теплоемкости атмосферного (влажного) воздуха по опытным данным эксперимента:
где T 1, Ta – температура воздуха на выходе и входе в установку в условиях эксперимента. Теплоемкость влажного воздуха можно определить по справочным данным, принимая влажный воздух, как смесь сухого воздуха и водяного пара по уравнению
где mп, mс – массовые доли водяного пара и сухого воздуха в смеси, кг/кг; cрп, cрс – удельные изобарные массовые теплоемкости водяного пара и сухого воздуха, определяемые по справочным данным, Дж/(кг∙К) (см. приложение табл. 4, 5).
Массовые доли водяного пара и воздуха определяются по объемным долям:
где μп – молекулярная масса водяного пара, μп = 18 кг/кмоль; μсм – молекулярная масса смеси, находится по уравнению
где μс – молекулярная масса сухого воздуха, μс =29 кг/кмоль; rп – объемная доля водяного пара в смеси, м3/м3. Объемная доля водяного пара в смеси находится по соотношению
где Pа – атмосферное давление, Па; Pп – парциальное давление водяного пара в атмосферном воздухе, определяется по относительной влажности φ, Па. Относительная влажность воздуха измеряется с помощью психрометра – прибора, состоящего из двух термометров. Чувствительная часть одного из них обернута влажной тканью, вследствие чего показания сухого и мокрого термометров различны. В зависимости от психрометрической разности (tс – tм) и показания сухого термометра tс, °C, по специальной таблице определяют относительную влажность воздуха φ. Относительная влажность может быть приближенно определена из формулы
Откуда Pп= φ Pн. Заменив в формуле (11) Pп получаем выражение для определения объемной доли водяного пара через относительную влажность воздуха.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Схема экспериментальной установки для исследований теплоемкости воздуха представлена на рис. 1. Установка состоит из пластмассовой трубы 2, в которой размещен электрический нагреватель 5. Мощность нагревателя регулируется ЛАТРом 7 и измеряется с помощью ваттметра 6. Подача воздуха в трубу осуществляется вентилятором 1, скорость которого постоянна и равна 0,7 м/с (соответственно постоянный объемный расход воздуха в установке Vоп =5,6∙10-3 м3/с). Температура воздуха на входе и выходе трубы измеряется двухканальным измерителем-регулятором 4 с помощью термопар 3.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ Методика эксперимента Измерить параметры окружающей среды: давление – по барометру, температуру – по термометру, влажность – по психрометру. ВНИМАНИЕ! Перед подачей напряжения на установку, ЛАТР 7 вывести в нулевое положение. Выключателем 8 включить вентилятор 1, затем выключателем 9 – электронагреватель 5. Штепсельной вилкой подать напряжение 220 В на измеритель-регулятор 4. Установить ЛАТРом 7 произвольное напряжение до 100 В на электронагревателе 5. Нагрев вести до достижения установившегося температурного режима T =const. Режим считается установившимся, когда прекращается изменение показаний температуры (термопар 7) на выходе из стенда. С момента достижения установившегося температурного режима, снимаются показания контрольно-измерительных приборов: мощность W электронагревателя, температура воздуха в системе T 1. Все данные заносятся в табл. 1 приложения.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|