лаб. раб 1 по теплотехнике

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова»

Факультет: Пищевых и химических производств

Кафедра: МАПП

Отчет защищен с оценкой

Преподаватель

“____” ____________ 2014 г.

Отчет

по лабораторной работе

Определение изобарной теплоемкости воздуха

(название лабораторной работы)

Студент группы ТМиО-11 Е.А. Босенко

Преподаватель А.М. Николаев

Барнаул 2014

Изм.

Лист

№ Документа

Подпись

Дата

Лист

1

Лабораторная работа №1

Разраб.

Босенко Е.А.

Пров..

Николаев А.М.

Реценз..

Утв..

Николаев А.М.

Определение теплоемкости воздуха

Лит.

Листов

4

АлтГТУ, ФПХП, ТМиО-11

Изм.

Лист

№ Документа

Подпись

Дата

Лист

1

Лабораторная работа №1

Разраб.

Босенко Е.А.

Пров..

Николаев А.М.

Реценз..

Утв..

Николаев А.М.

Определение теплоемкости воздуха

Лит.

Листов

4

АлтГТУ, ФПХП, ТМиО-11

Цель работы

Целью работы является экспериментальное определение изобарной теплоемкости воздуха при помощи проточного калорифера.

Схема экспериментального стенда

Рисунок 1 – Схема экспериментальной установки

1 – калорифер; 2 – электрический нагреватель; 3 – сушильная камера; 4 – шибер; 5 – барометр; 6 – психрометр; 7 – U-образный манометр; 8 – переменное сопротивление; 9 – амперметр; 10 – вольтметр; 11 – термопара; 12 – потенциометр.

Главной частью стенда является воздушный канал представляющий собой последовательное соединение калорифера 1 и сушильной камеры 3 (см. рисунок 1). Конструкция калорифера обеспечивает « лабиринтное» движение воздуха от поверхности калорифера к его центральной зоне, в которой установлен электрический нагреватель 2. Таким образом, организуется движение холодного воздуха навстречу теплому потоку, направленному от нагревателя в окружающую среду, и реализуется принцип «самоулавливания» тепловых потерь в калорифере.

Регулирование воздуха через установку осуществляется с помощью шибера 4, изменяющего проходной сечение воздушного канала.

Н. контр.

Н. контр.

Параметры воздуха, поступающего из лаборатории в установку, определяется с помощью барометра 5 и психрометра 6, которые показывают барометрическое давление

Pб и температуры «сухого» ( tc ) и «мокрого» ( tм ) термометров.

Падение давления на входе в установку определяется по U – образному манометру 7. Нагрев воздуха в калорифере регулируется с помощью переменного сопротивления 8, а мощность электронагревателя измеряется по показаниям амперметра 9 и вольтметра 10. Температура горячего воздуха tг на выходе из калорифера измеряется с помощью термопары 11.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

Термопара подключена к автоматическому электронному потенциометру 12, на ленте которого непосредственно идет запись температур. Термопара не имеет холодного спая , так как в автоматическом потенциометре имеется специальное компенсирующие устройство, заменяющее холодный спай термопары.

Порядок проведения опытов. Основные измерения

Так изменение кинетической и потенциальной энергий воздуха и потери тепла в окружающую среду в калорифере пренебрежительно малы, а располагаемая работа воздухом не совершается, выражение для определения средней массовой изобарной теплоемкости при стационарном режиме работы установки имеет вид:

где Nэл – тепло, выделяемое нагревателем за единицу времени ( мощность нагревателя), Вт;

U – падение напряжение на нагревателе, В;



I – сила тока, протекающего через нагреватель, А;

m – массовый расход воздуха через установку, кг/с;

tг,в, tc – температура воздуха соответственно на выходе из калорифера и на входе в него, °С.

Формула записана в предположении, что количество тепла, идущее на нагрев воздуха в единицу времени равно мощности электронагревателя. Это предположение будет только при стационарном режиме, т.е. тогда, когда расход воздуха через установку, его параметры на входе и на выходе из нее, а также температуры всех частей установки будут оставаться постоянными.

В процессе нагрева установки количество тепла, получаемое воздухом в калорифере за единицу времени, будет меньше мощности электронагревателя, т.к. часть ее будет расходоваться на нагрев калорифера.

При охлаждении установки воздух, будет получать все выделяемое тепло, а кроме того часть тепла, ранее аккумулированного – калорифером. Итак, только при стационарном режиме работы установки мы вправе считать количество тепла, полученное воздухом, в калорифере, равным электрической мощности электронагревателя (т.е. Nтп=0).

Опыт проводится в следующей последовательности:

При полностью открытом шибере 4 включается вентилятор. Затем перемещением шибера устанавливается расход воздуха через установку, соответствующий указанному преподавателем значению перепада давления на U – образном манометре.

Включается нагреватель и с помощью переменного сопротивления устанавливается заданное преподавателем значение напряжения.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

Производится регистрация температуры воздуха на выходе из калорифера после достижения ею постоянного значения, что будет свидетельствовать об установлении стационарного режима работы установки.

На стационарном режиме в течении 6-8 минут производится периодически ( не реже 1 раза в 2 минуты) регистрация значения I, U, tг.в., , а также разовая запись значений tcи Pб. При незначительных циклических изменениях какой-либо периодически регистрируемой величины ее значение усредняются. Если изменение носит монотонный характер, режим не является стационарным. В этом случае опыт должен быть повторен.

Опыт заканчивается выключением электронагревателя, а затем вентилятора.

Таблица измерений



I

U

tг.в

tс

Pб

A

B

Мм вод. ст.

кПа

0,52

15

70

17,5

25

104,3

Обработка опытных данных

Плотность воздуха на выходе из калорифера находим по уравнению состояния идеального газа:

где Pббарометрическое давление в лаборатории, Па;



— Удельный объем газа, ;

R = 287 Дж/ (кг К) – газовая постоянная воздуха;

Tг.в= tг.в + 273 – абсолютная температура воздуха на выходе из калорифера, К.

Массовый расход воздуха, проходящего через установку:

кг/с

Где — постоянная установки;

— плотность воздуха, ;

- перепад давления на U – образном манометре, Па.

Вычисляем изобарную теплоемкость Сp:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

Где — тепло, выделяемое нагревателем за единицу времени (мощность нагревателя), Вт;

U- Падение напряжение на нагревателе, В;

I – сила тока, протекающего через нагреватель, А;

M – массовый расход воздуха через установку, кг/с;

- температура воздуха соответственно на выходе из калорифера и на входе в него, .

После определения изобарной теплоемкости вычисляется изохорная теплоемкость по уравнению Майера:

Сp- Сv=R Сv =733

а затем – показатель адиабаты

Относительная погрешность экспериментального определения Cp:

Вывод по работе:

Экспериментально найденное значение изобарной массовой теплоемкости воздуха, на учебном лабораторном стенде отличается от табличного значения на 1,5%