- •1 Організація проведення лабораторних робіт
- •1.1 Загальні положення
- •1.2 Основні привила техніки безпеки
- •1.3 Звіт з роботи
- •1.4 Рекомендована література
- •2 Лабораторна робота №1 Вивчення методів теплотехнічних вимірювань
- •2.1 Мета і завдання роботи
- •2.2 Теоретичні положення
- •2.2.1 Поняття про вимірювання. Види і методи вимірювання
- •2.2.2 Відомості про засоби вимірювання
- •2.2.3 Загальні дані про точність вимірювання і похибки вимірюваннь
- •2.2.4 Клас точності приладу
- •2.2.5 Оцінка точності вимірювання. Абсолютна і відносна похибки вимірювання
- •2.3 Вимірювання температури
- •2.3.1 Поняття про температуру і температурні шкали
- •2.3.2 Пристрої для вимірювання температури
- •2.3.3 Основні умови правильного визначення температури
- •2.4 Вимірювання тиску
- •2.4.1 Загальні поняття. Одиниці тиску
- •2.4.2 Засоби вимірювання тиску
- •2.4.3 Основні відомості про вимірювання тиску
- •2.5 Вимірювання витрати рідин, газів і пари
- •2.5.1 Основні поняття. Одиниці витрати
- •2.5.2 Засоби вимірювання витрати
- •2.5.3 Загальні вказівки по вимірюванні витрати речовини
- •2.6 Контрольні запитання
- •3 Лабораторна робота № 2 Дослідження термодинамічних процесів
- •3.1 Мета і задачі роботи
- •3.2 Теоретичні положення
- •3.2.1 Метод дослідного визначення показника адіабати
- •3.2.2 Діаграми стану та формули
- •3.3 Опис лабораторної установки
- •3.4 Порядок виконання лабораторної роботи
- •3.5 Обробка результатів досліду
- •3.6 Контрольні запитання
- •4 Лабораторна робота №4 Визначення ізобарної теплоємності повітря при атмосферному тиску
- •4.1 Мета і задачі проведення лабораторної роботи
- •4.2 Теоретичні основи
- •4.3 Опис лабораторної установки
- •4.4 Порядок виконання роботи
- •4.5 Обробка дослідних даних
- •4.6 Контрольні питання
- •5 Лабораторна робота №5 Дроселювання
- •5.1 Мета і задачі
- •5.2 Теоретична частина
- •5.3 Опис експериментальної установки
- •5.4 Порядок проведення роботи
- •5.5 Обробка результатів досліду
- •5.7 Питання для самоперевірки
- •6 Лабораторна робота №7 Визначення середньої ізобарної теплоємкості
- •6.1 Мета проведення лабораторної роботи
- •6.2 Задачі проведення лабораторної роботи
- •6.3 Опис лабораторної установки
- •6.5 Порядок проведення роботи
- •6.6 Обробка результатів досліду
- •7 Лабораторна робота № 8 Визначення коефіцієнта тепловіддачі від горизонтальної труби до повітря при природній конвекції
- •7.1 Мета і задачі роботи
- •7.2 Теоретичні положення
- •7.3 Опис лабораторної установки
- •7.4 Порядок виконання роботи
- •7.5 Обробка результатів досліду
- •7.6 Питання для самоперевірки
- •8 Лабораторна робота № 9 Визначення коефіцієнта теплопровідності методом “труби”
- •8.1 Мета і задачі роботи
- •8.2 Теоретичні положення
- •8.3 Опис лабораторної установки
- •8.4 Порядок виконання роботи
- •8.5 Обробка результатів досліду
- •8.6 Контрольні питання
- •8.7 Індивідуальні завдання
- •9 Лабораторна робота №10 Теплопередача в теплообміннику типу “труба в трубі”
- •9.1 Мета і задачі
- •9.2 Теоретичні положення
- •9.3 Опис лабораторної установки
- •Основні характеристики теплообмінного апарата представлені в табл.9.3.
- •9.4 Порядок виконання роботи
- •9.5 Обробка результатів досліду
- •9.6 Питання для самоперевірки
3.2.1 Метод дослідного визначення показника адіабати
Найбільш поширені два способи дослідного визначення показника адіабати: метод Клемана-Дезорма; за швидкістю звуку в газі. В даній лабораторній роботі використовується перший спосіб.
Суть його полягає у здійсненні адіабатного розширення газу в посудині внаслідок швидкого випуску його частини з посудини. Показник адіабати визначається за значеннями параметрів стану газу в посудині на початку і в кінці розширення.
Нехай в балоні міститься газ при температурі t1, яка дорівнює температурі навколишнього середовища t0.
Тиск газу в балоні p1 більший тиску навколишнього середовища p0.
Якщо швидко відкрити кран, яким оснащений балон, з’єднавши його внутрішній об’єм з навколишнім середовищем на проміжок часу, достатній для того, щоб в балоні тиск досягнув значення p, то внаслідок розширення газу його температура зменшиться до значення t2. При достатньо великій витраті газу через кран за короткий проміжок часу витікання газу з балону можна вважати адіабатним процесом.
Показник адіабати можна обчислити із співвідношень між початковими (р1, v1, T1) і кінцевими (р2, v2, T2) параметрами стану газу в балоні (табл.2.1).
3.2.2 Діаграми стану та формули
Зручність та наочність аналізу термодинамічних процесів забезпечується їх зображенням на теомодинамічних діаграмах стану. На осях цих діаграм найчастіше відклдаються значення термічних параметрів стану (тиск p, температура Т, питомий об’єм v) і (або) калоричних параметрів стану (питома ентропія s, питома ентальпія h).
Дослідні процеси з газом в балоні зображенні в трьох системах координат на рис.2.1.
Розрахункову формулу для обчислення показника адіабати за відомими значеннями дослідних даних тисків p1, p2, p3 можна одержати на підставі таких міркувань.
Термодинамічна температура Т2 газу в балоні у стані, який зображений на рис.2.1 точкою 2, визначається із співвідношень між параметрами стану в абіабатному 1-2 та ізохорному 2-3 процесах.
В адіабатному процесі
, (3.2)
в ізохорному
(3.3)
З цих двох рівнянь одер жимо:
,
, (3.4)
В дослідах значення P1, P2 та P3 мало відрізняються між собою. Тому навіть невеликі похибки при вимірюванні цих тисків можуть привести до істотної помилки при обчисленні значення k за формулою (2.4).
Якщо абсолютний тиск газу в балоні виразити у вигляді суми барометричного тиску Pб і надлишкового тиску Pм ,то формулу (2.4) можна записати так
, (3.5)
Функція ln(1+х) розкладається в степеневий ряд
, (3.6)
Розкладаючи чисельник і знаменник у формулі (2.5) в ряд (2.6) і обмежуючиь тільки першим членом ряду, одержимо значення показника адіабати (першого наближення)
, (3.7)
Якщо обмежитись першими двома членами ряду, то показник адіабати (другого наближення) визначиться за формулою:
, (3.8)
Таблиця 3.1 - Основні термодинамічні співвідношення для процесів ідеального газу
Величина |
Процес |
||||
ізохорний |
ізобарний |
ізотермічний |
адіабатний |
політропний |
|
Залежність між початковими і кінцевими параметрами стану |
v1=v2=v=const p1 /p2=T1 /T2 |
p1=p2=p=const v1 /v2=T1 /T2 |
T1=T2=T=const p1 /p2=v2 /v1 |
p1 /p2=(v2 /v1)k T1 /T2=(v2 /v1)k-1 T1 /T2=(p1/p2)(k-1)/k |
p1 /p2=(v2 /v1)n T1 /T2=(v2 /v1)n-1 T1 /T2=(p1/p2)(n-1)/n |
Теплоємність, Сх |
cv=Ri/(k-1) |
cp=kcv |
|
0 |
cv(n-k)/(n-1) |
Показник політропи, n |
|
0 |
1 |
k |
(c-cp)/(c-cv) |
Питома робота, l |
0 |
p(v2-v1) |
RiT ln(p1/p2) |
Ri(T1-T2)/(k-1) |
Ri(T1-T2)/(n-1) |
Питома теплота, q |
cv(T2-T1) |
cp(T2-T1) |
RiT ln(p1/p2) |
0 |
c(T2-T1) |
Зміна питомої внутрішньої енергії, Δu |
cv(T2-T1) |
cv(T2-T1) |
0 |
cv(T2-T1) |
cv(T2-T1) |
Зміна питомої ентальпії, Δh |
cp(T2-T1) |
cp(T2-T1) |
0 |
cp(T2-T1) |
cp(T2-T1) |
Зміна питомої ентропії, Δs |
cv ln(T2 /T1) |
cp ln(T2 /T1) |
Ri ln(p1/p2) |
0 |
c ln(T2 /T1) |
Рисунок 3.1 – Термодинамічні діаграми процесів повітря в балоні