Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теплофизические основы судовой энергетики. Раздел 1 «Теплотехника». Практикум
.pdf
11
температуре T=293 К. Вес баллонов емкостью V в этом случае оказывается
1
F
1
mg
0
0
p
0
T
равным
=
=2850 кН. Определить из этих данных емкость V баллонов
автогазозаправщика, если при нормальных условиях плотность газа
3
кг/м
, давление
и температура
.
=0,8
Ответ: V=2000 л.
Контрольные вопросы, тесты, задания по теме занятия.
1. Что понимается в термодинамике под рабочим телом и
термодинамической системой? Что определяет их состояние?
2. Что представляют собой термодинамические параметры? Какие
величины к ним относят?
3. Какие параметры состояния называют термическими?
4. Что понимается под температурой рабочего тела? В чем
заключается ее физический и энергетический смысл?
5. Какие температуры применяются в термодинамике? Каковы их
градусные интервалы и зависимости между ними, а также обозначения? Какие
температуры можно подставлять в расчетные термодинамические формулы?
6. Что понимается под давлением? Чем вызывается сила давления в
газах и парах?
7. В каких единицах измеряется давление? Каковы соотношения
между единицами давления в различных системах измерения?
8. Какими приборами измеряется давление? Почему в изолированных
от атмосферы рабочих телах и системах нельзя непосредственно измерить
абсолютное давление?
9. Каковы зависимости, по которым можно подсчитать абсолютные
значения давления, если известны избыточное или вакууметрическое
(разрежение) давления?
10. По каким формулам вычисляются давление или разрежение при
использовании жидкостных первичных преобразователей (измерителей)
давления?
11. В каких единицах следует подставлять физические величины,
входящие в эти формулы?
12. Из каких соображений и в каких случаях можно пренебрегать
изменениями атмосферного давления? Каковы возможные погрешности в
вычислениях абсолютного давления, если его принимать равным 760 мм рт. ст.?
13. Что представляют собой удельный объем и плотность рабочего
тела? Почему их можно считать физическими параметрами состояния? Каковы
соотношения между ними?
14. При каких значениях параметров рабочего тела его состояние
называют «нормальным физическим состоянием» или просто «нормальным»
состоянием?
15. Что называют уравнением состояния рабочего тела (системы)?
Какие независимые параметры в него входят?
12
16. Какое состояние рабочего тела (системы) считают равновесным? По
какой причине в термодинамике оказывается удобным пользоваться понятием
равновесного состояния тела?
17. Как записываются уравнения состояния рабочего тела (системы) в
самом общем виде и в форме, удобной для термодинамических расчетов? В
каких единицах подставляются в них физические величины? В чем состоит
разница между универсальной и удельной газовыми постоянными?
18. Что называется идеальным газом? В каких случаях можно считать,
что реальные газы обладают свойствами идеального газа?
19. Что является критерием, позволяющим применять уравнение
состояния идеального газа к реально существующим в природе газам и их
смесям? Каким путем можно доказать, что данный газ обладает
идеализированными свойствами? Что делается на практике?
20. Какие приборы использовались при проведении лабораторной
работы? Каковы правила проведения измерений этими приборами, их
возможная погрешность?
21. Какие выводы можно сделать по результатам проведенных
исследований термодинамических свойств атмосферного воздуха?
13
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 2
p
0
p
0
p
0
p
a
p
в
p
a
p
в
p
1
p
в
p
0
p
1
p
в
p
0
p
p
1
p
a
p
0
p
p
p
0
p
p
0
p
p
0
p
p
Тема: «Измерение относительной влажности воздуха»
Продолжительность 2 часа
1. Краткие теоретические, справочно-информационные материалы
Для определения относительной влажности
воздуха нужно знать
парциальное давление
водяного пара в воздухе и давление
насыщенного
пара при данной температуре воздуха:
=p/
Давление
насыщенного пара при данной температуре определяется по
(2.1)
справочнику. Парциальное давление водяного пара измерить трудно. Вместо
него можно измерить приращение давления при доведении ненасыщенных
паров воды в воздухе до насыщения испарением воды в сосуде.
Атмосферное давление
воздуха
ð:
и парциального давления водяных паров
воздуха складывается из давления сухого
=
+p. (2.2)
Если в герметичный сосуд влить небольшое количество воды, то
вследствие испарения водяной пар в сосуде вскоре станет насыщенным.
Давление
воздуха
и давления насыщенных паров воды
в герметичном сосуде складывается из давления сухого
:
=
+
. (2.3)
Из выражений (2.2) и (2.3) следует, что повышение давления в результате
испарения воды в сосуде равно:
=
-
=
-
(2.4)
Отсюда следует, что парциальное давление водяного пара в воздухе равно
=
-
. (2.5)
Подставив в формулу (2.I) вместо p его значение из выражения (2.5),
можно вычислить относительную влажность воздуха
: =p/
Таким образом, измерение относительной влажности
экспериментальному измерению изменения давления
=1-
/
. (2.6)
в закрытом сосуде с
сводится к
атмосферным воздухом при испарении в нем воды до образования
насыщенного пара.
В качестве экспериментальной установки можно использовать
соединенные резиновыми шлангами герметичный сосуд, тройник с пробкой и
водяной манометр (рис. 2.1). Тройник применен потому, что через него удобно
вводить воду и его можно быстро закрывать пробкой, герметизируя систему.
При сборке установки не следует брать сосуд в руки, чтобы температура
воздуха в нем оставалась постоянной, равной температуре окружающего воздуха.
14
Перед началом опытов необходимо убедиться в герметичности
Рис. 2.1. Экспериментальная установка
0
p
gh
установки. Это можно сделать разными способами. Например, ввести
наконечник резиновой груши в открытый конец манометра и, сжав грушу,
пронаблюдать за столбом жидкости в манометре. Если некоторое время
показания манометра не будут изменяться, то можно считать, что система
герметична.
2. Перечень (образцы) раздаточного материала, используемого на занятии
Оборудование: водяной манометр; стеклянный сосуд; резиновые трубки;
тройник с пробкой; термометр; пипетка; резиновая груша; линейка с
миллиметровыми делениями; справочник по теплотехнике.
3. Практические задачи, задания, упражнения
Через тройник введите в шланг с помощью пипетки несколько капель
воды и закройте тройник пробкой (см. рис. 2.1). При введении воды в шланг
необходимо так расположить шланг и тройник, чтобы вливаемые капли воды
поместились в шланге, но не попали в сосуд до закрывания тройника пробкой.
Перелейте воду из шланга в сосуд, предоставив ей испаряться. В тот
момент, когда показания манометра перестанут изменяться, измерьте с
помощью линейки с миллиметровыми делениями перепад высот h столбов
воды (рис. 2.1). Вычислите относительную влажность воздуха по формуле
=1-
. (2.7)
Для повышения точности измерений следует учесть изменение объема
воздуха в системе во время проведения эксперимента. Более точный результат
можно получить при измерении приращения давления в условиях постоянного
объема воздуха в системе, поскольку в этом случае исключаются все
погрешности, связанные с измерениями объема воздуха.
Для того чтобы объем воздуха в системе оставался постоянным,
необходимо, добавив воду в открытое колено манометра, подвести столб воды
в закрытом колене к нулевой отметке.
15
4. Результаты измерений и расчетов занесите в отчетную табл. 2.1.
h, м
p
, Па
t,
C
o
0
p
, Па
C
o
п
p
Результаты измерений и расчетов
4. Задания студентам для самостоятельной работы.
Доказать, что плотность влажного воздуха меньше плотности сухого
воздуха при прочих равных условиях.
Почему в ясную ночь безоблачную ночь можно ожидать обильное
выпадение росы?
Таблица 2.1
Состояние влажного воздуха задано параметрами: t =25
,
= 0,6. С
помощью таблиц водяного пара определить парциальное давление водяных
паров в воздухе.
Ответ:
=0,019 бар.
Контрольные вопросы, тесты, задания по теме занятия
1. Что такое температура точки росы?
2. Как изменятся параметры влажного воздуха если его охладить до
температуры точки росы?
3. Какая температура называется температурой мокрого термометра?
4. Как определить температуру мокрого термометра при заданных
начальных параметрах влажного воздуха?
5. Назначение психрометра, его принципиальное устройство.
6. Как определить относительную влажность воздуха по h-d диаграмме,
по показаниям сухого и мокрого термометров?
7. Что такое массовое влагосодержание?
16
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 3
1
p
Рис. 3.1. Компрессионная холодильная машина:
1 — компрессор, 2 — испаритель, 3 –— конденсатор, 4, 5 — капиллярные трубки
1
p
2
p
Тема: «Изучение работы холодильника и определение его характеристик»
Продолжительность 2 часа
1. Краткие теоретические, справочно-информационные материалы
Компрессионная холодильная машина состоит из компрессора 1
испарителя 2 и конденсатора 3, заполненных хладоагентом (рис. 3.1). В
качестве хладоагента применяется фреон-12 (CF2Cl2) — дифтордихлорметан.
Фреон взрывобезопасен, без запаха и обладает низкой температурой
кипения (–29,8°С при атмосферном давлении).
При работе компрессора происходит отсасывание паров фреона из
испарителя. Из-за пониженного давления процесс испарения ускоряется. Пары
фреона сжимаются компрессором, при этом их температура повышается. В
конденсаторе-теплообменнике, расположенном на задней стенке холодильника,
пары фреона охлаждаются до комнатной температуры, отдавая некоторое
количество теплоты окружающей среде, и конденсируются при постоянном
давлении
.
После прохождения фреона через капиллярную трубку 4—5 в испаритель
давление снижается от значения
до
. Жидкий фреон при понижении
давления испаряется, его температура и температура испарителя понижаются.
Такая циркуляция фреона происходит непрерывно, пока работает компрессор.
17
В конденсаторе холодильника выделяется количество теплоты
1
Q
2
Q
А
2
Q
x
2
Q
А
x
2
Q
2
Q
2
Q
2
Q
t
2
Q
1
Т
2
Т
q
À
x
=
+А,
где
— работа, совершенная электродвигателем компрессора,
—
количество теплоты, отнятое от среды, окружающей испаритель.
Экономичность холодильника определяется холодильным
коэффициентом
охлаждаемых тел испарителем, к работе
электродвигателем компрессора:
, равным отношению количества теплоты
, совершенной при этом
=
/А.
, отнятого от
Другая практически важная характеристика холодильной машины — ее
хладопроизводительность — это отношение количества теплоты
отнимаемого у охлаждаемых тел, ко времени, в течение которого происходил
этот процесс: q=
/t. В технике хладопроизводительность обычно выражается
в джоулях на час.
Чтобы измерить количество теплоты
, отнятое у охлаждаемого тела,
можно поместить в испаритель холодильника полиэтиленовые мешочки с
водой и измерить понижение температуры
промежуток времени t:
= cmt.
в испарителе за известный
Работу, совершенную электродвигателем, можно найти по его
электрической мощности и времени работы.
2. Перечень (образцы) раздаточного материала, используемого на занятии
Оборудование: холодильник компрессионный; термометр;
полиэтиленовые мешочки; часы.
3. Практические задачи, задания, упражнения
Поставьте ручку терморегулятора холодильника в положение «выкл.».
Налейте в полиэтиленовые мешочки 2–3 кг воды и измерьте ее начальную
температуру
. Плотно завяжите мешочки и положите их в испаритель.
,
Включите холодильник, через 20 мин выключите его и достаньте
мешочки с водой из испарителя. Измерьте температуру воды
хладопроизводительность холодильника
.
. Вычислите
По мощности электродвигателя и времени его работы определите работу
, совершенную компрессором холодильника, и вычислите холодильный
коэффициент
.
Результаты измерений и расчетов занесите в табл. 3.1.
18
Таблица 3.1
m,
кг
t
,
C
o
2
Q
,
Дж
t,
мин
N,
кВт
À
,
Дж
q
, Дж/ч
x
1
T
2
v
кг
м
3
кг
м
3
pV
TS
1
T
3
v
кг
м
3
кг
м
3
pV
TS
3
T
2
p
pV
TS
Результаты измерений и расчетов
4. Задания студентам для самостоятельной работы
Обратимый цикл состоит из изохоры 1–2, изобары 2–3, изотермы 3–1.
=
1200 К,
Газ — азот. Представить заданный цикл в
= 0,5
, максимальный объем в цикле равен 1
и
координатах, изобразив его
, масса газа 1 кг.
вписанным в цикл Карно, совершающийся в том же интервале температур.
Определить остальные параметры в характерных точках цикла, отведенную
теплоту, работу цикла, изменение энтропии в процессе 1–3 и энтальпии в
процессе 1–2, подсчитать отношение отведенной теплоты к работе цикла.
Обратимый цикл состоит из изобары 1–2, изотермы 2–3, изохоры 3–1.
1200 К,
= 1,0
, наименьший объем в цикле равен 0,5
Газ — двуокись углерода. Представить заданный цикл в
, масса газа 1 кг.
и
координатах,
=
изобразив его вписанным в цикл Карно, совершающийся в том же интервале
температур. Определить остальные параметры в характерных точках цикла,
отведенную теплоту, работу цикла, изменение энтропии в процессе 2–3 и
энтальпии в процессе 1–2, подсчитать отношение отведенной теплоты к работе
цикла.
Обратимый цикл состоит из адиабаты 1–2, изохоры 2–3, изотермы 3–1.
= 1000 К,
= 1,5 МПа, наименьшая температура в цикле равна 500 К, масса
газа 1 кг. Газ — азот. Представить заданный цикл в
и
координатах,
изобразив его вписанным в цикл Карно, совершающийся в том же интервале
температур. Определить остальные параметры в характерных точках цикла,
отведенную теплоту, работу цикла, изменение энтропии в процессе 2–3 и
энтальпии в процессе 1–2, подсчитать отношение отведенной теплоты к работе
цикла.
Контрольные вопросы, тесты, задания по теме занятия.
1. Как повлияет на работу холодильника замена воздушного охлаждения
конденсатора охлаждением проточной водой?
2. Можно ли понизить температуру в помещении, открыв дверцу
работающего холодильника?
3. Для какой цели капиллярная трубка находится в хорошем тепловом
контакте с трубкой, соединяющей испаритель с компрессором?
19
4. Какие достоинства и недостатки у воздушных холодильных машин?
5. Почему обратный цикл Карно не применяется в промышленных
холодильниках?
20
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 4
1
m
1
t
2
m
3
t
2
t
2
m
2
m
c
2
t
3
t
1
m
1
t
2
t
кmк
с
4
t
2
t
к
m
к
с
4
t
4
t
2
t
2
m
2
m
c
2
t
3
t
1
m
1
t
2
t
3
t
1 1 2 2 2
2
()m c t t m ct
m
2
t
1
t
Тема: «Измерение удельной теплоты плавления льда»
Продолжительность 2 часа
1. Краткие теоретические, справочно-информационные материалы
Удельную теплоту плавления льда можно определить следующим
способом. Если налить в стакан калориметра теплую воду массой
с
температурой
после расплавления всего льда установится температура
и опустить в нее лед массой
при температуре
воды в калориметре,
= 0°С, то
которая может быть определена из уравнения:
где
воды,
— удельная теплота плавления льда, c— удельная теплоемкость
— масса калориметра,
калориметра,
+
— начальная температура калориметра.
(
—
) =
c (
—
)+
(
—
)
— удельная теплоемкость вещества
Эксперимент и расчеты можно упростить, если проводить эксперимент
таким образом, чтобы начальное
и конечное
значения температуры
калориметра были одинаковыми. В этом случае уравнение теплового баланса
принимает вид:
Если учесть, что
+
= 0 °С, то для удельной теплоты плавления льда
(
—
) =
c (
—
).
получим:
=
.
2. Перечень (образцы) раздаточного материала, используемого на занятии
Оборудование: калориметр; термометр; сосуд с теплой водой; лед;
измерительный цилиндр.
3. Практические задачи, задания, упражнения
Приготовьте немного льда. Подержите лед некоторое время при
комнатной температуре, чтобы его температура стала равной 0 °С. При этом
часть льда должна растаять, оставшийся лед будет плавать в воде.
Налейте в измерительный цилиндр теплую воду объемом 150 см
3
Температура теплой воды должна превышать комнатную температуру
.
примерно на 40 °С. Измерьте температуру
цилиндре. Перелейте теплую воду во внутренний стакан калориметра.
опустите в теплую воду в калориметре. Воду постоянно перемешивайте и следите
за показаниями термометра. После полного расплавления первого куска льда
теплой воды в измерительном
Возьмите небольшой кусок льда, осушите его фильтровальной бумагой и
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]