5. Порядок выполнения работы

1. Не регистрироваться.

2. Выполнить серию из шести опытов. Для начала серии нажать кнопку «Пуск».

Опыты 1, 2, 3 выполняются при разной степени нагрева воздуха в трубе.

Опыты 4, 5, 6 выполняются при одинаковой степени нагрева, но при разных расходах воздуха в трубе.

В каждом опыте измеряются и записываются в табл. 1 значения всех наблюдаемых величин.

Опыт №1

Задать некоторую степень нагрева воздуха в трубе, установив ползунок реостата на панели «Нагрев трубы» в 1-е положение.

Произвести измерения в стационарном режиме теплообмена.

Опыт №2

Задать другую степень нагрева воздуха в трубе, установив ползунок реостата на панели «Нагрев трубы» во 2-е положение.

Произвести измерения в стационарном режиме теплообмена.

Опыт №3

Задать третью степень нагрева воздуха в трубе, установив ползунок реостата на панели «Нагрев трубы» в 3-е положение.

Произвести измерения в стационарном режиме теплообмена.

Опыт №4

Задать некоторый (1-й) расход воздуха в трубе (при третьей степени нагрева) с помощью заслонки, кликнув указатель «◄».

Произвести измерения в стационарном режиме теплообмена.

Опыт №5

Задать 2-й расход воздуха в трубе (при той же степени нагрева) с помощью заслонки, кликнув указатель «◄».

Произвести измерения в стационарном режиме теплообмена.

Опыт №6

Задать 3-й расход воздуха в трубе (при той же степени нагрева) с помощью заслонки, кликнув указатель «◄».

Произвести измерения в стационарном режиме теплообмена.

2. Выполнить вычисления, предусмотренные табл. 1, построить графики зависимостей q_н1=f₁(W₁), q_н2=f₂(W₂), q_н1=f₃(U_н), q_н2=f₄(U_н), Δh=f₅(q_н). Проанализировать графики.

3. Дать заключение по результатам работы.

4. Ответить на контрольные вопросы.

6. Контрольные вопросы

1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как достигается поставленная цель?

Цель лабораторной работы: определить с помощью уравнения первого закона термодинамики количество теплоты, отдаваемое в окружающую среду в условиях лабораторной установки. Поставленная цель достигается с помощью экспериментальной установки и серии проведенных опытов (опыты 1, 2, 3 выполняются при разной степени нагрева воздуха в трубе; опыты 4, 5, 6 выполняются при одинаковой степени нагрева, но при разных расходах воздуха в трубе).

2. Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажите их назначение.

Воздухомерное устройство (труба Вентури), компрессор, амперметр, вольтметр, труба, стенд с U-образными манометрами, заслонка, термопара.

Экспериментальная установка представляет собой систему воздуховодов, движением среды по которым обеспечивается механическим побуждением от радиально-лопастного компрессора.

Систему можно условно разделить на два участка – на участок воздуховода, до компрессора и участок воздуховода после компрессора.

Рабочее тело – воздух забирается из окружающей среды через воздухомерное устройство (труба Вентури).

На втором участке воздуховода располагаются нагревательные элементы, приборы измерения и регулирования расхода, давления и температуры рабочего тела, а также приборы, служащие для определения мощности, затраченной на работу компрессора и нагревательных элементов установки (амперметр и вольтметр).

К экспериментальной установке подключен стенд, на котором расположены U-образные манометры для измерения статических давлений в «горле» воздухомера, на входе в компрессор и за компрессором, а также стенд с барометром и термометром, показывающий температуру и атмосферное давление окружающей среды.

3. Какими методами измеряется температура в данной работе?

На втором участке трубы температура измеряется термопарой, в комплекте с вторичным прибором. Температура окружающей среды фиксируется жидкостным термометром.

4. Как измеряется и регулируется расход воздуха в данной работе?

На первом участке воздух забирается из окружающей среды через воздухомерное устройство (труба Вентури), позволяющее определить расход воздуха на входе в экспериментальную установку.

Расход воздуха регулируется заслонкой, расположенной на втором участке воздуховода.

5. На что расходуется мощность, подведенная к компрессору, и как она определяется?

Мощность, подведенная к компрессору, расходуется на сжатие воздуха. Мощность, подведенная к компрессору, находится по приборам амперметр и вольтметр установки.

6. Сформулируйте и напишите аналитические выражения первого закона термодинамики для замкнутой и разомкнутой оболочек.

Аналитические выражения первого закона термодинамики для замкнутой оболочки:

Первый закон термодинамики представляет собой приложение к термодинамической системе общего закона сохранения энергии, согласно которому в замкнутой изолированной системе возможны взаимопревращения форм энергии, но сумма всех видов энергии является величиной постоянной.

Аналитическое выражение этой формулировки будет соответствовать равенству энергии такой термодинамической системы в начале и конце процесса:

где Е- энергия термодинамической системы.

Для неизолированной термодинамической системы (оболочки) изменению энергии будет соответствовать сумма работ, произведенных в этой системе, поскольку работа есть мера энергетического взаимодействия. Для такой системы закон сохранения энергии будет представлен выражением:

где А₁ - А_n - работы данной термодинамической системы.

Аналитические выражения первого закона термодинамики для открытой оболочки (потока):

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.