Схема экспериментальной установки

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт – Энергетический

Специальность – Атомные электрические станции и установки

Кафедра – Теоретической и промышленной теплотехники

Определение средней удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении

Отчет по лабораторной работе № 2

по дисциплине: «Термодинамика»

Исполнитель:

студент группы 5001 Дата: 05.05.2012 г.

Гуков Е.В. Подпись:

Руководитель:

старший

преподаватель, к.т.н Дата:

Юхнов В.Е. Подпись:

Томск-2012

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:

1) Закрепление теоретических знаний по основным законам термодинамики

2) Сопоставление полученного результата со справочным значением

3) 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, тепловой мощности выделяе­мой на нагревателе.

Для нагрева газа необходимо затратить мощность

Q= Vрс_р(Т₂-Т₁), Вт,(1)

где Т₁, Т₂ - температуры газа до и после нагревателя по шкале Кельвина, К_;c_p -удельная массовая изобарная теплоемкость газа, Дж/(кгК); р -плотность газа при температуре Г₂, кг/м³; V - объемный расход нагре­ваемого газа, м³/с.

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

Q_R=Q + Ql(2)

Для определения с_риз уравнения (1) необходимо определить вели­чину теплового потока, равную электрической мощности, необходимой для нагрева проволоки:

Q_R=IU₁(3)

Нихромовая проволока нагревается постоянным током, величина которого определяется расчетным путем по падению напряжения на об­разцовом элементе сопротивления

I = U₀/R₀, A. (4)

Из соотношения (1) с учетом (2), пренебрегая количеством теп­лоты теряемой калориметром в окружающую среду, получим:

C_p=

Схема экспериментальной установки

Рис.1. Схема установки Рис.2. Рабочий участок установки

На передней панели находится двухканальный измеритель температуры (5)

типа 2ТРМО (или ТРМ200), источник питания постоянного тока (3),

ротаметр (4), тумблер электропитания установки (1), тумблер включения

компрессора(2),мультиметр (9) типа MY-67 с автоматическим переключением пределов измерений, разъёмы (8) для подключениявольтметра (9), тумблер (7) для переключения вольтметра на измерениепадения напряжения на образцовом сопротивлении (U₀) и напряжения нанихромовом нагревателе (U_Н).

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 внутреннейцилиндрической 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 изпроточного 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 нанем значению падения напряжения. Для измерения напряжения на нагревателе U₁ и напряжения на образцовом сопротивлении U₀ к разъёмам

(V) подключается мультиметр (9).

Ход работы:

1. Записали данные установки, условия опыта: t=25 C, p=760 мм.рт. ст.

2. Определили значения напряжений, при которыхпроводятся измерения. Рекомендуемые значения напряжений,устанавливаемые на блоке питания: 3; 4; 5; 6; 7, 8, 9 вольт. Определили объемный расход воздуха V.

3. Убедились в том, что все приборы выключены. Подсоединили

мультиметр (9) с помощью проводов к разъёмам (8) на передней панели

установки. Переключилимультиметр в режиме измерения постоянного

напряжения на предел 20 В.

4. Повернули регулятор напряжения источника питания (3) противчасовойстрелки до упора. Включили электропитание установки тумблером (1),

компрессор тумблером (2), измеритель температуры тумблером (6).

5. Включили нагреватель кнопочным выключателем источника питания (3) и

мультиметр (9), нажав клавишу «ON/OFF».

6. Переключили тумблер (7) в положение U_н. Установили очередноезначение напряжения на нагревателе, следя за показаниями вольтметра (3).

Произвели отсчет напряжения на нагревателе U₁ по мультиметру (9).

7. Переключили тумблер (7) в положение U_o. Произвели отсчет напряжения

на образцовом сопротивлении U₀.

8. Через 4-6 минут (по достижении стационарного теплового режима)

определили температуры газа t₁, t₂ по показаниям измерителя температур

(5) и скорректировали объёмный расход воздуха V по ротаметру (4).

9. Пункты 6-8 повторили для следующих значений напряжений,устанавливаемых на нагревателе.

10. Убрали напряжение на нагревателе. Выключили приборы и стенд.

Методика расчетов и результаты вычислений:

Расчеты проводим по следующим формулам:

где образцовое сопротивление R₀ =0,1 Ом

плотность воздуха при нормальных физических условиях =1,293 кг/м³

Результаты расчетов заносим в таблицу.

Среднее значение массовой изобарной теплоемкости воздуха можно найти по эмпирической формуле:

, где средняя температура воздуха в калориметре:

Вычислить погрешность измерения удельной изобарной теплоемкости воздуха:

Таблица1. Результаты наблюдений и вычислений

№	V, л/ч	t1,	Т1, К	t2,	T2, K	∆T, K	U0, B	U1, B	I, A	QR, Вт	Ср, Дж/(кг·К)
		22,1	295,25	28,3	301,45	6,2	0,020	3,00	0,2	0,6
		22,4	295,55	32,8	305,95	10,4	0,026	4,00	0,26	1,04
		22,7	295,85	39,6	312,75	16,9	0,032	5,09	0,32	1,63
		22,9	296,05		320,15	24,1	0,037	6,00	0,37	2,22
		23,2	296,35		329,15	32,8	0,043	7,03	0,43	3,02

Вывод:

Проведя данную лабораторную работу, мы познакомились с одним из важных параметров, определяющих теплоту – удельной массовой теплоемкостью, получили навыки экспериментального определения удельной массовой теплоемкости воздуха при постоянном давлении, в результате вычислений она оказалась в интервале от 981 Дж/(кг·К) до

1022 Дж/(кг·К), закрепили теоретические знания по основным законам термодинамики. Рассчитали среднее значение массовой изобарной теплоемкости воздуха и сравнили ее с экспериментальными данными, погрешность оказалась равной 2,2 %. Анализируя полученную погрешность, можно прийти к выводу, что вычисления были проведены верно. Также мы познакомились с установкой и с процессами, происходящими в ней.

Поиск по сайту: