Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Теоретические основы теплотехники. Техническая термодинамика

Методические указания по выполнению лабораторных работ

Омск

Издательство ОмГТУ

2008

Составители: В.П Белоглазов, канд. техн. наук, доцент,

Н.В. Кондратьев, канд. техн. наук.

Предназначено для студентов дневного, дистанционного и заочного обучения по специальностям 104101 «Тепловые электрические станции» и 104104 «Промышленная теплоэнергетика»

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета

Введение

Предлагаемые методические указания предназначены для предварительной подготовки студентов к проведению лабораторных работ по курсу. «Теоретические основы теплотехники» соответствующих разделов «Техническая термодинамика» для специальности «Тепловые электрические станции», «Промышленная теплоэнергетика» могут быть использованы и для курса «Теоретические основы теплотехники» не энергетических специальностей.

В методических указаниях даны цель работы, теоретическая часть, схема и описание экспериментальной установки, порядок проведения работы, ее оформление и порядок защиты. Даны рекомендации по содержанию отчета лабораторной работы.

Студент допускается к проведению лабораторной работы, если преподаватель убедится, что студент в полном объеме (с точки зрения теории и описания проведения эксперимента) готов к ее выполнению.

Лабораторная работа № 1

Определение удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении

Цель работы: экспериментальное определение теплоемкости воздуха при постоянном давлении.

Теоретические положения

Теплоемкостью тела называют количество теплоты, необходимое для изменения его температуры на 1 К.

В зависимости от того, в каких единицах задано количество вещества, в расчетах используют следующие удельные теплоемкости:

массовую теплоемкость c, отнесенную к 1 кг массы, Дж/(кг К);

молярную теплоемкость µс, отнесенную к 1 кмоль вещества, Дж/(кмоль К);

объемную теплоемкость с’, отнесенную к количеству вещества, содержащемуся в 1 м³ при нормальных физических условиях, Дж/(нм³ К).

Массовая теплоемкость в процессе при постоянном давлении обозначается с_р и называется изобарной, а в процессе при постоянном объеме с_v – изохорной.

Согласно уравнения Майера: с_р – с_v = R. R – удельная газовая постоянная представляет собой работу расширения 1 кг газа при его нагреве на 1 К при постоянном давлении.

Схема и описание лабораторной установки

Схема экспериментальной установки приведена на рис.1. На передней панели находится двухканальный измеритель температур (5) 2ТРМО, подключённый к двум хромель-копелевым термопарам t₁ и t₂ рис.2, источник питания постоянного тока (3), ротаметр (4), тумблер «Сеть», тумблёр включения компрессора (2), разъемы (8) для подключения вольтметра (мультиметра) (9), переключатель (7) для измерения напряжения U_н на нагревателе и падения напряжения U_о на образцовом сопротивлении R_о.

На рис.2 приведена схема рабочего участка. Воздух при температуре t₁ подаётся компрессором (11) через холодильник (12) и ротаметр (13) по трубке (14), покрытой тепловой изоляцией (17), в сосуд Дьюара (15). В трубке (14) находится нихромовый нагреватель (16) к которому последовательно подключено образцовое сопротивление R_o = 0,1 Ом. Протекая через трубку (14), воздух нагревается. Нагреватель питается от плоемкостью тока (ИП). Напряжение на нагревателе U_н и напряжение на образцовом сопротивлении U_о измеряется вольтметром (мультиметром). Температура воздуха на входе в сосуд Дьюара t₁ и температура воздуха на выходе t₂ из трубки (14) после нагрева измеряется прибором 2ТРМО. Объёмный расход воздуха G измеряется ротаметром (13).

Проведение опытов и обработка результатов измерений

1. Включить питание установки тумблером «Сеть», измеритель температуры (5) тумблером (6), компрессор тумблером (2) .

2. Включить питание нагревателя кнопочным выключателем (3) источника питания и установить первое значение напряжения U_н = 3 В.

3. Включить мультиметр и измерить точное значение U_н и U_о, переключая тумблер (7) в соответствующие положения.

4. Через 2 – 3 минуты (по достижении стационарного режима) произвести отсчёт температур t₁ и t₂ по измерителю 2ТРМО и объёмного расхода воздуха V по ротаметру (4).

5. Пункты 3 – 5 повторить для следующих значений напряжения на нагрева-теле: U_н = 4; 5; 6; 7 В.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки. Рис. 2. Схема рабочего участка.