Описание опытного стенда

Внешний вид стенда для выполнения лабораторной работы показан на рисунке 1.

На рисунке 2 представлена принципиальная схема установки для определения изобарной теплоёмкости воздуха.

Компрессор создает поток воздуха с напо­ром до 40 кПа и расходом до 400 мл/с. Компрессор снабжен балласт­ным объемом около 1л для сглаживания пульсаций давления. Расход воздуха измеряется реометром (поз. 3. на рис.2) и регулируется краном (поз.2). Начальная и конечная температуры воздуха на входе и выходе из теплообменника измеряется датчиками (поз. 6 и 7), сигналы с которых выводятся на панель измерительной системы (рис.3). Давление внутри теплообменника измеряется датчиком (поз. 5 на рис.2), сигналы с которого также выводятся на дисплей измерительной системы. Теплообменник состоит из латунной трубы с внутренним диаметром 4 мм, внешним диаметров 6 мм и длиной 400 мм. На трубе размещены 4 одинаковые нагревательные секции длиной по 100 мм (рис.4). Каждая секция содержит нагреватель 1(обмотка из константановой проволоки) и приклеенный к трубе датчик температуры 2, расположенный в середине секции в разрыв обмотки. Выводы нагревателя и датчика подпаяны к печатной плате по которой соединяются с соответствующими разъемами. Среднее сопротивление обмотки нагревателя составляет R_ОБМ= 23,3 Ом. На трубе размещены 4 датчика давления. Труба теплообменника помещена в герметичный кожух 3, снабженный двумя штуцерами.

Расход воздуха через теплообменник измеряется с помощью реометра (тарировочная кривая находится на стенде).

Рис.1. Внешний вид стенда

1 – корпус, 2 – измерительный комплекс, 3 – блок обслуживания, 4 – теплообменник (основной модуль установки)

Рис.2. Принципиальная схема установки

1– компрессор, 2 – регулятор расхода, 3 – измеритель расхода воздуха, 4 – теплообменник, 5 – датчик измерения давления, 6 –датчик измерения температуры на входе в теплообменник, 7 –датчик измерения температуры на выходе из теплообменника

Рис.3. Передняя панель измерительной системы

опытного стенда

Рис. 4. Секция теплообменника

Проведение опыта и обработка результатов измерений

После подключения стенда к сети 220В:

1. Включить тумблер «сеть» на передней панели измерительной системы.

2. Включить тумблер «помпа» в положение «макс».

3. При расходе 200-300 мл/с измерить температуру t_lНАЧ на входе струи в теплообменник и температуру t_2НАЧ на выходе из него. Определить систематическую погрешность разности температур.

δТ= t_2НАЧ- t_lНАЧ (2)

4. Включить нагреватели и термостатировать секции трубы при приблизительно одинаковых температурах (различие не более 2 град.) в диапазоне 60-90^ОС. При этом датчики давления, установленные в теплообменнике, должны регистрировать одинаковое давление (процесс нагрева должен быть изобарным). Выждав 5 минут для установления теплового равновесия, измерить токи нагрева и определить мощность нагрева. Измерить температуру газа на входе в трубу и на выходе из нее.

5. Изменить расход воздуха. Подстроить нагрев для получения прежних значений температуры трубы. Дождавшись стабилизации температуры и тока нагрева, измерить токи (I₁, I₂, I₃, I₄) и определить мощность нагрева. Измерить температуру газа на входе в трубу и на выходе из нее.

Удельная изобарная теплоёмкость рассчитывается по формуле (1) с учётом погрешности, рассчитанной по формуле (2). Теплота, подведенная к воздуху, равняется мощности нагрева и рассчитывается по формуле

W=(I₁²+I₂²+I₃²+I₄²)R (3)