Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Факультет инженерной экологии и городского хозяйства

Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции

Дисциплина: Техническая термодинамика

Лабораторная работа № 1 Первый закон термодинамики в приложении к решению одного из видов технических задач

Работу выполнил(а ) А. Р.

Студент(ка) группы

Номер зачетной книжки

Подпись___________Дата_____________

Руководитель работы Денисихина Д. М.

Проект защищён с оценкой____________

___________________________________

(Дата и подпись преподавателя)

Санкт-Петербург

2025

1. Цель работы. Закрепление знаний по теории первого закона термодинамики для потока:

• определение с помощью уравнения первого закона термодинамики количества теплоты, отдаваемого в окружающую среду в условиях лабораторной установки;

• расчетный энергетический баланс на участке без подогрева воздуха;

• расчетный энергетический баланс на участке с подогревом воздуха.

2. Основные положения. Одно из возможных формульных представлений первого закона термодинамики в расчете на 1 кг массы рабочего тела имеет вид:

где и  соответственно, суммарные удельные количества теплоты и удельные технической работы, переносимые через контрольную оболочку термодинамической системы; – изменение удельной энтальпии рабочего тела; – изменение кинетической энергии потока 1 кг рабочего тела; – изменение потенциальной энергии потока 1 кг рабочего тела; м/с²  ускорение свободного падения; h₁, w₁ и Z₁ − соответственно, удельная энтальпия, скорость и геометрическая высота от условного уровня отсчета для входного сечения потока рабочего тела; h₂, w₂ и Z₂ − соответственно, удельная энтальпия, скорость и геометрическая высота от условного уровня отсчета для выходного сечения потока рабочего тела.

Вся термодинамическая система, изображенная на рис. 3, делится на два участка (две подсистемы): первый участок (рис. 1) − от входного сечения 1−1 до сечения 2а−2а; второй (рис. 2) − от сечения 2а−2а до сечения 2−2.

Каждый из этих участков заключается в свою контрольную оболочку (на схемах показаны пунктирной линией).

При установившемся режиме теплообмена в установке внутри и с окружающим воздухом температура трубы (t_x) не меняется. В условиях этого стационарного режима работы установки уравнение первого закона термодинамики для 1-го участка (подсистемы) приобретает вид:

где h_2a  удельная энтальпия рабочего тела в сечении 2а−2а.

Знаки таких величин, как q_н1 и l_э1 в уравнении первого закона должны приниматься с учетом направления передачи энергии в виде тепла и работы. Поэтому удельная работа электрического тока l_э1, подаваемого на электродвигатель компрессора, определяемая по уравнению будет иметь знак «минус»:

где G – расход воздуха, рассчитываемый по показаниям вакуумметра воздухомерного устройства; N_э – мощность, потребляемая электродвигателем компрессора, оценивается по показаниям амперметра и вольтметра. Часть этой мощности передается воздуху в виде технической работы, совершаемой компрессором, а часть – в виде тепла; q_н1 – количество тепла, отдаваемое системой на 1-ом участке в окружающую среду.

Расчетная схема 2-го участка может быть представлена в следующем виде. Уравнение первого закона термодинамики для 2-го участка (подсистемы) приобретает вид:

Работа электрического тока, подаваемого на нагрев трубы в виде тепла, определяется по уравнению:

где N_н – мощность, потребляемая на нагрев трубы, преобразуемая целиком в тепло и оцениваемая по показаниям амперметра и вольтметра. Часть этой мощности отводится в окружающую среду; q_н2 – количество тепла, отдаваемое системой на 2-ом участке в окружающую среду; w_2a  скорость рабочего тела в сечении 2а−2а.

3. Схема и описание установки. Рабочее тело − воздух компрессором 1 (рис. 3) забирается из окружающей среды и поступает в горизонтальный участок трубы 10. Воздух на пути из окружающей среды в компрессор проходит через воздухомерное устройство 2 типа «труба Вентури». Количество воздуха, проходящее через установку, может изменяться с помощью заслонки 3.

Параметры окружающей среды измеряются приборами, расположенными на панели 4 «Окружающая среда» (ртутный, чашечный барометр и жидкостно-стеклянный термометр).

На панели 5 «Статические напоры», расположены два U-образных манометра для измерения статических давлений в сечениях: «горло» воздухомера (Н), на выходе из компрессором (Н_н).

В результате подведенного тепла, воздух, проходя от сечения 1−1, где его температура равна температуре окружающей среды t₁ = t_окр, нагревается до температуры t_2а, которая измеряется термопарой 6 в комплекте с вторичным прибором.

Для определения мощности, подведенной к электродвигателю компрессора, служит прибор 7, с размещенными на нем амперметром и вольтметром.

Мощность, расходованная на нагрев горизонтального участка трубы, определяется по показаниям вольтметра и амперметра, расположенных на приборе 8. Здесь же находится ползунок автотрансформатора для регулирования нагрева трубы.

Температура на выходе из горизонтальной трубы измеряется комплектом термопар 9 с вторичным прибором. Результаты наблюдений фиксируются в протоколе наблюдений 11 на экране и дублируются в таблице 1.