Лабораторна робота 2 Експериментальне визначення ізобарної теплоємності повітря методом проточного калориметрування

2.1 Завдання

Вивчити методику непрямих вимірювань в теплотехніці; використовуючи метод проточного калориметрування, визначити середню ізобарну теплоємність повітря; оцінити похибку результату непрямого вимірювання.

2.2 Загальні положення

Для проведення експериментальних робіт за визначенням теплофізичних властивостей речовин не вдається створити прилад за шкалою якого можна було б прямо вимірювати обчислювану величину (пряме вимірювання). У теплотехніці зазвичай застосовують непрямий метод вимірювання, коли обчислювану величину розраховують за результатами прямих вимірювань і з використанням балансових рівнянь термодинаміки.

Щоб одержати формулу для розрахунку результатів досліджень в проточному колориметрі, необхідно скористатися рівнянням першого закону для поточного процесу:

, (2.1)

де - масова витрата газу, кг/с;

- повна питома ентальпія, Дж/кг;

- теплова потужність, що підводиться, Вт;

- технічна потужність в потоці, Вт.

З метою експерименту =0 і при постійності зовнішніх потенційних полів

(2.2)

Розглядається повільний перебіг ідеального газу, коли і тому

, (2.3)

де - середня ізобарна теплоємність газу в інтервалі .

З урахуванням залежностей (2.1 і 2.3) розрахункова формула має вигляд

. (2.4)

При лінійній зміні істинної теплоємності зі зростанням температури (рис 2.1), справедливої для невеликого температурного інтервалу, середня ізобарна теплоємність, що визначається співпадає зі значенням істинної ізобарної теплоємності газу з температурою.

Рисунок 2.1 - Залежність ізобарної теплоємності повітря

від температури

У деяких випадках для розрахунку теплотехнічних систем застосовують об'ємну , або мольнутеплоємності. Тут - нормальна густина газу, кг/нм³;- мольна маса газу, кг/кмоль.

Співвідношення між ізобарною і ізохорноютеплоємностями встановлюється виходячи з рівняння першого закону для простих систем (формула Р. Майєра) (), що має вигляд:

, (2.5)

де - газова постійна досліджуваної речовини.

2.3 Опис експериментальної установки

Схема експериментальної установки показана на рисунку 2.2.

Рисунок 2.2 – Схема експериментальної установки

Течія повітря через калориметр 4 забезпечується вентилятором 1 з регулювальним вентилем 2. Калориметр теплоізольований від навколишнього середовища адіабатним ковпаком 5. Живлення електронагрівача 6 здійснюється через автотрансформатор 9; потужність нагрівача виміряється ватметром 8. Витрата повітря виміряється за допомогою поплавкового ротаметра 3. Термопари включені диференційно, в мілівольтметр 7 показують різницю температурt.

2.4 Порядок проведення роботи

Спочатку включається вентилятор 1 з вентилем 2, встановлюється потрібна витрата повітря, після чого подається напруга на електронагрівач.

Після підігріву установки і виходу на стаціонарний режим (величина T перестає змінюватися в часі) виконуються потрібні заміри, які заносяться в таблицю 2.1.

Таблиця 2.1-Результати прямих і непрямих вимірювань

	мм рт.ст	Вт	К						-	%