Лабораторная теплотехника

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I» Кафедра «Теплотехника и теплосиловые

установки»

Отчет по лабораторной работе

определение изобарной теплоёмкости воздуха при атмосферном давлении

Выполнил студент
Факультет	заочный	уч. шифр
		Работу проверил

Санкт-Петебург 2016

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

«Определение изобарной теплоёмкости воздуха при атмосферном давлении»

Теплоёмкость – это количество теплоты, которое необходимо подвести к системе для повышения её температуры на 1 К.

Теплоёмкость, отнесенная к 1 кг, называется удельной, к 1м3Н – объемной, к 1 моль – молярной. Она имеет следующие обозначения и единицы измерения:

C – удельная теплоёмкость, кДж/(кг*К); С' – объемная теплоёмкость, кДж/(м3н *К);

μС – молярная теплоёмкость, кДж/(кмоль*К)

Теплоёмкость газа зависит от процесса изменения его состояния. В связи с этим вводится понятие изобарной теплоёмкости cp и изохорной cV.

Различаются также истинная и средняя теплоёмкости. Истинная – теплоёмкость при заданной температуре, средняя теплоёмкость определяется в заданном интервале температур и соответствует средней температуре процесса.

В лабораторной работе средняя объемная изобарная теплоёмкость определяется методом нагрева воздуха, движущегося в канале постоянного сечения.

Расчетное уравнение для определения количества теплоты, воспринятой воздухом от нагревателя за 1 с, имеет вид:

Q=V 0 CIp (t2−t1 )

(1)

Где V0 – объемный расход воздуха, приведенный к нормальным условиям, м3Н;

t1,t2 – температуры воздуха до и после нагревателя, ОС;

Экспериментальная установка

Схема установки представлена на рис. 1. Воздух нагнетается вентилятором 1 в металлическую трубку 2, в котрой установлен нагреватель 3 для подогрева воздуха. Мощность нагревателя регулируется реостатом 4 и измеряется ваттметром 5. Температуры воздуха до и после нагревателя определяются термометрами 6 и 9. Микроманометром 7 с присоединенной к нему пневмометрической трубкой 8 замеряется динамический напор воздуха h.

2

Рисунок 1 - Схема установки для определения теплоёмкости воздуха

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Перед выполнением работа включить вентилятор, затем - нагреватель. Регулируя мощность нагревателя, установить заданную температуру воздуха на выходе. После достижения установившегося теплового режима показания приборов записываются в табл. 1 3-4 раза с интервалом 1-2 мин.

Окончив работу, необходимо выключить установку в обратном порядке. Атмосферное давление Pδ определяется по барометру.

	№	t1	t2	Q	h	Pδ
						мм. рт. ст.
	пп	ОС	ОС	Вт	мм
						или Па

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

Во всех дальнейших расчетах берутся средние значения величин, полученных за время опыта.

3

	По этим величинам определяют объемную изобарную теплоёмкость С'P			,
	исходя из выражения (1)
	C PI =	Q		(2)
		V o (T 2−T 1 )
	В случае неучета тепловых потерь и теплоты, идущей на нагрев деталей

установки, количество теплоты, воспринятой воздухом, можно приравнять к количеству теплоты, подведенной к воздуху от нагревателя

Объёмный расход воздуха, приведенный к нормальным условиям, равняется

V o =π	d 2		273		(3)
	4	W СР Pδ		T 2

Где d – внутренний диаметр трубы, м;

Wср – средняя скорость воздуха в трубе, м/с; Pδ – барометрическое давление, мм рт.ст.;

Величина Wср определяется из следующей зависимости:

W CP=CW o

(4)

Где С – скоростной коэффициент, равный примерно 0,82-0,86;

Wо – осевая скорость воздуха, вычисляется по динамическому давлению:

	√		ρ
W o=		2	Pд		(5)

Где ρ – плотность воздуха, кг/м3;

Pд – динамическое давление воздуха, вычисляемое по формуле:

Pд=h(ρЖ −ρвз ) g ,Па

(6)

h – высота столба жидкости, уравновешивающего динамический напор, м; ρж,ρвз – плотность рабочей жидкости и воздуха, кг/м3.

Рассчитав по формуле (2) значение средней объемной изобарной теплоемкости, можно найти значение средней удельной теплоёмкости Cp в том же интервале температур:

C P=	C PI 22,4
	μ

Где μ – масса моля воздуха, кг/моль (для воздуха 28,97 кг/моль). Полученные значения теплоёмкостей C'P и CP сравнить с

значениями

(7)

табличными

4