Контрольные вопросы
1. Как устроена лабораторная установка? Какие величины измеряются в этой работе и с какой целью?
2. На что расходуется теплота, подводимая к воде калориметра?
3. Что такое водяной эквивалент калориметра? Зависит ли он от количества воды, залитой в калориметр?
4. Какие величины входят в формулу для расчета теплоты парообразования воды в данной лабораторной работе?
5. Дайте определение понятию «теплота парообразования». Какова размерность теплоты парообразования?
6. Как зависит теплота парообразования от температуры и давления? Изобразите эти зависимости в координатах r,T и r,p.
7. Когда и каким прибором измеряется максимальная температура воды в калориметре?
8. От чего зависит температура конденсата, образующегося в змеевике-конденсаторе? Как она определяется в опыте?
9. От чего зависит и как определяется табличное значение теплоты парообразования (rтабл)? Запишите соотношения для расчета теплоты парообразования через энтальпию и энтропию.
10. Покажите на диаграмме T,s теплоту, подводимую к воде калориметра за счет охлаждения конденсата после отключения паропровода и конденсации остатков пара. Из какого уравнения можно рассчитать эту теплоту?
11. Покажите на диаграмме T,s теплоту парообразования. Запишите соотношения для её расчета через значения энтальпии и энтропии.
12. Почему температура воды в калориметре продолжает повышаться после прекращения подачи пара в змеевик-конденсатор?
13. Можно ли на данной лабораторной установке определить теплоту парообразования фреона R-22 и аммиака NH3 при атмосферном давлении?
14. Как изменятся опытное и табличное значения теплоты парообразования воды, если атмосферное давление повысится?
15. Равны ли значения теплоты парообразования у разных веществ при нормальном атмосферном давлении, чем это объясняется?
16. Изобразите на диаграмме T,s процессы, происходящие в испарителе (колбе) с момента включения электроплитки до выхода установки на режим проведения опыта.
17. Изобразите на диаграмме T,s процессы, происходящие в конденсаторе-змеевике после отключения от него испарителя и до его взвешивания.
Лабораторная работа № 5 посвящена исследованию теплоотдачи трубы при свободной конвекции. Работа относится к дисциплине «Основы тепломассообмена», но рассматривается в данном пособии, поскольку при её выполнении студенты осваивают методику измерения температуры с помощью термопар.
Свободной (естественной) конвективной теплоотдачей называется процесс отдачи теплоты от стенки (к стенке) при движении теплоносителя относительно неё, обусловливаемом разностью плотностей нагретых и холодных объемов теплоносителя. Количество отдаваемой стенкой теплоты зависит от разности температур стенки и теплоносителя и скорости движения теплоносителя относительно стенки. Эта скорость при естественной конвекции прямо пропорциональна разности температур стенки и теплоносителя. Интенсивность теплоотдачи зависит также от теплофизических свойств теплоносителя, формы теплоотдающей (тепловоспринимающей) поверхности, ее пространственного положения и от ряда других факторов.
Количество теплоты, отдаваемое (воспринимаемое) поверхностью стенки, рассчитывается по уравнению Ньютона-Рихмана
Qк = α·FΔt,
где α − коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К);
F − поверхность стенки, м2;
Δt = tст-–tт − разность температур стенки и теплоносителя.
В работе исследуется теплоотдача от поверхности трубы к воздуху помещения лаборатории при свободной конвекции. В частности, исследуется зависимость коэффициента теплоотдачи трубы α при различных её пространственных положениях (горизонтальном, вертикальном и под 45 ° к горизонтали).
Описание экспериментальной установки
В установку, схема которой приведена на рис. 6.9, входят:
труба 1, подогреваемая вмонтированным во внутрь электрическим нагревателем (электроспиралью) 2. Потребляемая нагревателем мощность регулируется при помощи лабораторного автотрансформатора (ЛАТР-1) 3 и рассчитывается по показаниям вольтметра 4 и амперметра 5. Для измерения температуры наружной поверхности трубы на ней закреплены пять термопар 6, подсоединяемых поочередно при помощи переключателя 7 к зеркальному гальванометру 8. Гальванометр отградуирован в милливольтах (мВ), поэтому для определения температуры в градусах Цельсия (°С) на лабораторном стенде имеется график перевода мВ в °С. Температура воздуха в лаборатории измеряется при помощи обычного ртутного термометра. Температура стен лаборатории измеряется дистанционным лазерным термометром.
Размеры трубы лабораторной установки: диаметр 35 мм, длина 1 м.
Рис. 6.9. Схема установки для исследования теплоотдачи трубы