
- •Протокол лабораторной работы №3т
- •3. Первый закон термодинамики (тд) в условиях задачи
- •4. Расчетные формулы и расчеты
- •5. Порядок выполнения работы
- •6. Контрольные вопросы
- •1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как достигается поставленная цель?
- •2. Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажите их назначение.
- •7. Каков физический смысл величин, входящих в уравнения первого закона термодинамики для замкнутой и разомкнутой оболочек?
- •8. Дайте определение и поясните физический смысл понятий теплоты и работы в технической термодинамике.
- •Свойства внутренней энергии
- •14. Что называется энтальпией рабочего тела? Свойства энтальпии и расчетные формулы.
МИНОБР РОССИИ
ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра гидравлики, теплотехники и гидропривода
Протокол лабораторной работы №3т
ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
В ПРИЛОЖЕНИИ К РЕШЕНИЮ
ОДНОГО ИЗ ВИДОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
Вариант начальных установок №8
(положение ползунка реостата в 1-м, 2-м, 3-м опыте 1;18;28)
Выполнил студент _________
Группа_____
Принял доц. Ф. В. Качановский
Тверь- 20
РАБОТА 1. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
В ПРИЛОЖЕНИИ К РЕШЕНИЮ ОДНОГО ИЗ ВИДОВ
ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
1. Цель работы
Цель работы - определить с помощью уравнения первого закона термодинамики количество теплоты, отдаваемое в окружающую среду в условиях лабораторной установки.
2. Схема и описание установки
Рабочее тело - воздух - забирается из окружающей среды, сжимается компрессором 1 (рис. 1) и поступает в горизонтальный участок трубы 5. На пути из окружающей среды в компрессор воздух проходит через воздухомерное устройство 2 (труба Вентури). Количество проходящего воздуха может изменяться с помощью заслонки 3.
Параметры окружающей среды измеряются приборами, расположенными на панели 11 «Окружающая среда» (ртутный чашечный барометр и жидкостно-стеклянный термометр).
На панели 4 «Статические напоры» расположены U-образные манометры для измерения статических давлений в «горле» воздухомера Н, на входе в компрессор Нв и за компрессором Нн.
В результате подведения тепла воздух, проходя от сечения I-I, где его температура равна температуре окружающей среды (t1=tокр), нагревается до температуры t2а, измеряемой термопарой 6 в комплекте с вторичным прибором. В конце трубы (в сечении II), температура воздуха t2 измеряется термопарой 7 в комплекте с вторичным прибором.
Для определения мощности, подведенной к электродвигателю компрессора, служит панель 8 «Работа компрессора», на которой размещены амперметр и вольтметр. Мощность, расходуемая на нагрев горизонтального участка трубы 5, определяется по амперметру и вольтметру, расположенным на панели 10 «Нагрев трубы».
3. Первый закон термодинамики (тд) в условиях задачи
Первый закон ТД в расчете на 1 кг массы рабочего тела имеет вид:
,
где
и
- суммарные количества теплоты и
технической работы, переносимые через
контрольную оболочку ТД системы, Дж/кг;
Δh=h2-h1 - изменение энтальпии рабочего тела, Дж/кг;
-
изменение кинетической энергии потока
рабочего тела, Дж/кг;
-
изменение потенциальной энергии потока
рабочего тела, Дж/кг;
h1, W1 и Z1 - энтальпия, скорость и геометрическая высота (от условного уровня отсчета) входного сечения потока рабочего тела;
h2, W2 и Z2 - энтальпия, скорость и геометрическая высота (от условного уровня отсчета) выходного сечения потока рабочего тела.
Т
Рис. 1. Схема установки
Д система (рис. 1) состоит из двух участков (двух подсистем): 1-й участок - от входного сечения I до сечения IIа, а 2-й - от сечения IIа до выходного сечения II. Каждый участок заключён в свою контрольную оболочку (на рис. 1 показаны штриховыми линиями).
При установившемся режиме теплообмена установки с окружающим воздухом температура трубы не меняется. В этих условиях уравнение первого закона ТД для 1-го участка (подсистемы) имеет вид:
.
(1)
Работа lэ1 электрического тока, подаваемого на электродвигатель компрессора, определяется по уравнению:
.
(2)
Здесь G - расход воздуха, рассчитываемый по показаниям вакуумметра воздухомерного устройства, кг/с; Nэ - мощность, потребляемая электродвигателем компрессора, оценивается по показаниям амперметра Iэ и вольтметра Uэ, Вт.
Ч
Рис.2. Расчетная схема 1-го участка
асть этой мощности передается воздуху в виде технической работы, совершаемой компрессором, а часть - в виде тепла; qн1 - количество тепла, отдаваемое системой на 1-м участке в окружающую среду, Дж/кг.
Расчётная схема 1-го участка представлена на рис. 2.
Уравнение первого закона ТД для 2-го участка (подсистемы):
.
(3)
Работа электрического тока, подаваемого на нагрев трубы:
,
(4)
где Nн - мощность, потребляемая на нагрев трубы и преобразуемая целиком в тепло. Оценивается по показаниям амперметра Iн и вольтметра Uн. Часть этой мощности отводится в окружающую среду в форме теплоты qн2.
Р
Рис. 3. Расчетная схема II–го участка
асчетная схема 2-го участка представлена на рис. 3.
Для ТД системы в целом уравнение первого закона ТД образуется суммированием уравнений (1) и (3) и имеет вид:
,
(5)
где qн1 и qн2 - количество теплоты, отдаваемое в окружающую среду на 1-м и 2-м участках.
Таблица 1. Протокол наблюдений
№ п/п |
Измеряемая величина |
Обозначение |
Единицы измерения |
Номера опытов |
|||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||||
1 |
Температура воздуха при входе в воздухомер (сечение I) |
t1 |
oC |
17 |
17 |
17 |
17 |
17 |
17 |
2 |
Температура воздуха при входе в трубу (сечение IIa) |
t2a |
oC |
47,8 |
47,7 |
47,8 |
39,2 |
29,7 |
24,3 |
3 |
Температура воздуха при выходе из трубы (сечение II) |
t2 |
oC |
46,3 |
54,9 |
67,7 |
41,6 |
32,4 |
27,0 |
4 |
Показания вакуумметра («горло» воздухомера) |
H |
мм вод. ст. |
412 |
410 |
411 |
562 |
774 |
926 |
5 |
Показания пьезометра (после компрессора) |
Hн |
мм вод. ст. |
1783 |
1780 |
1785 |
1374 |
815 |
483 |
6 |
Напряжение, потребляемое компрессором |
Uк
|
В
|
219,8 |
220,3 |
220,2 |
219,5 |
220,2 |
220,2 |
7 |
Сила тока, потребляемая компрессором |
Iк |
A |
5,11 |
5,11 |
5,11 |
4,29 |
2,89 |
1,86 |
8 |
Напряжение, потребляемое на нагрев трубы |
Uн
|
В
|
0,4 |
1,8 |
2,8 |
1,2 |
1,2 |
1,2 |
9 |
Сила тока, потребляемая на нагрев трубы |
Iн |
A |
46,7 |
210,0 |
326,7 |
140,0 |
140,0 |
140,0 |
10 |
Показания барометра |
B |
мбар |
991 |
991 |
991 |
991 |
991 |
991 |
11 |
Температура окружающей среды |
tокр |
oC |
17 |
17 |
17 |
17 |
17 |
17 |