Методические указания

к выполнению лабораторных работ

по дисциплине

«Теоретические основы теплотехники».

Часть 1. Техническая термодинамика

Введение

Лабораторные работы по курсу «Техническая термодинамика» предназначены для закрепления теоретического материала и приобретения необходимых навыков и постановке и проведении экспериментальных исследований, обработке и анализе их результатов.

Перед выполнением лабораторной работы студент должен предварительно изучить методические указания, соответствующий раздел курса и подготовить соответствующие таблицы для записи результатов измерений.

По каждой работе студент оформляет письменный отчет, который должен включать цель работы, краткие теоретические сведения, схему установки, протокол опытов, статическую обработку опытных данных и выводы. Все расчеты должны производиться в Международной системе единиц СИ. По каждой работе студент сдает отчет преподавателю. Студенты, не получившие зачета по двум работам, к выполнению следующей работы не допускаются.

Меры безопасности при выполнении лабораторных работ

1. К выполнению лабораторных работ студенты допускаются только после изучения данных методический указаний.

2. Перед включением установки необходимо проверить исходное положение органов управления.

3. Включение и выключение установки, а также режима ее работы производится студентом под наблюдением преподавателя или лаборанта.

4. В случае возгорания проводки или в других случаях ( повышение температуры или давления теплоносителей свыше предельных значений ) необходимо немедленно сообщить об этом лаборанту или преподавателю. Работать на неисправной установке запрещено.

РАБОТА №1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОБАРНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ВОЗДУХА

ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ

Основные понятия

Цель работы : ознакомление о основными методами проведения калориметрического эксперимента; измерение средней изобарной теплоемкости воздуха в интервале температур от комнатной до 30. . . 40⁰ методом протока.

Удельной массовой теплоемкостью С называется количество теплоты, необходимое для изменения температуры единицы массы вещества (обычно 1 кг) на 1 К.

Мольной теплоемкостью µС называют массовую теплоемкость, отнесенную к одному молю (или киломолю) вещества.

Удельной объемной теплоемкостью С’ называется теплоемкость, отнесенная к единице объема вещества (обычно 1 м³).

Удельная массовая и объемная теплоемкости связаны соотношением

, (1)

где ρ – плотность вещества.

Теплоемкость не является постоянной величиной и зависит от параметров состояния. В ряде случаев зависимость теплоемкости от температуры может быть весьма существенной. Поэтому при расчете теплоты Δq, подведенной к телу, следует пользоваться формулой

. (2)

где Т₁, Т₂ – начальная и конечная температуры тела; С – истинная теплоемкость тела, определяемая как производная от количества теплоты, подводимого к телу в процессе его нагрева, по температуре этого тела

. (3)

По известным величинам Δq, Т₁ и Т₂ может быть найдена средняя теплоемкость тела

. (4)

В зависимости от характера процесса подвода теплоты теплоемкость может быть различной. Поэтому величина в формуле (3) должна быть снабжена индексом, указывающим на вид процесса:

. (5)

На практике наиболее часто используются теплоемкости изобарного

( Х = ρ = const ) и изохорного ( Х = v = const ) процессов; эти теплоемкости называют изобарной и изохорной теплоемкостями. Они обозначаются соответственно С_p и С_v.

Для вещества, находящегося в идеально-газовом состоянии, величины С_p и С_v связаны соотношениями:

,

, (6)

где R – газовая постоянная тела; k – показатель адиабаты.

Величина R может быть определена по формуле

, (7)

где R_µ - универсальная газовая постоянная ( = 8314 Дж/кг· К);µ - мольная масса вещества.

Экспериментальная установка

В установке, схема которой показана на рис. 1, осуществляется измерение количества теплоты Q, которое необходимо подвести к известному количеству воздуха для того, чтобы повысить его температуру на некоторую, точно измеряемую величину Т₂- Т_1. Измерение теплоемкости воздуха производится в проточном калориметре 2. Для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду калориметр окружен оболочкой 11, выполненной из теплоизоляционного материала. В калориметре помещен электрический нагреватель 13, при помощи которого подводится тепло к исследуемому воздуху.

Питание нагревателя постоянным током осуществляется от стабилизированного источника питания 1. Измерение силы тока в цепи нагревателя производится амперметром 12.

Постоянный расход воздуха через калориметр создается вентилятором. Исследуемый воздух засасывается из помещения лаборатории, проходит через калориметр 2, далее через газовый счетчик 6 вентилятором 7 выбрасывается наружу. Температура воздуха на входе и выходе из калориметра измеряется с помощью термометров 4 и 5.