Министерство образования Российской Федерации
Новосибирский государственный технический университет
__________________________________________________
621.1 № 2342
Т 382
Техническая
термодинамика
и основы
теплопередачи
Методические указания
для студентов ФЭН всех форм обучения
и всех направлений
Новосибирск
2002
УДК 621.1. 016.7+536.24 (076.5)
Т 382
Составили: канд. техн. наук, доц. ,
канд. техн. наук, доц.
Рецензент д-р. техн. наук, проф.
Работа подготовлена на кафедре тепловых
электрических станций
Ó Новосибирский государственный
технический
университет, 2002 г.
Оглавление
Лабораторная работа № 1.
Определение массовой изобарной теплоемкости
воздуха ......................................................................................................... 4
Лабораторная работа № 2.
Определение показателя адиабаты для воздуха ........................... 12
Лабораторная работа № 3.
Исследование процесса теплоотдачи от горизон-
тального цилиндра к воздуху в условиях
свободной конвекции ............................................................................. 17
Лабораторная работа № 4.
Определение коэффициента теплопроводности
методом цилиндрического слоя .......................................................... 28
Лабораторная работа № 5.
Определение степени черноты поверхности
методом двух эталонов.......................................................................... 35
Лабораторная работа № 6.
Исследование процесса теплоотдачи при вынуж-
денной конвекции .................................................................................... 42
Литература ................................................................................................. 52
Лабораторная работа № 1
Определение массовой изобарной
теплоемкости воздуха
Теплоемкость – это теплота, которую необходимо подвести к единичному количеству вещества, чтобы нагреть его на 1 К. Единичное количество вещества можно измерить в килограммах, кубометрах при нормальных физических условиях и киломолях. Киломоль газа – это масса газа в килограммах, численно равная его молекулярной массе. Таким образом, существует три вида теплоемкостей: массовая c Дж/(кг×К); объемная с¢ Дж/(м3×К) и мольная mс Дж/(кмоль×К). Поскольку киломоль газа имеет массу в m раз выше одного килограмма, отдельного обозначения для мольной теплоемкости не вводят, отсюда легко выводится связь между теплоемкостями:
; 
; 
,
(1)
где 
м3/кмоль
– объем киломоля идеального газа при нормальных физических условиях; r0, кг/ м3 – плотность газа при нормальных
физических условиях.
Истинная теплоемкость газа – это производная от теплоты по температуре:
.
(2)
Теплота зависит от термодинамического процесса и определяется по 1-му закону термодинамики для изохорного и изобарного процессов:
,
(3)
. (4)
Здесь 
– теплота,
подведенная к 1 кг газа в изобарном процессе; 
– изменение
внутренней энергии газа;
–
работа газов против внешних сил.
По существу формула (4) формулирует 1-е начало термодинамики, откуда следует уравнение Майера:
.
(5)
Если положить 
К, то 
, т. е. физический
смысл газовой постоянной – это работа 1 кг газа в изобарном процессе при
изменении его температуры на 1 К.
Уравнение Майера для 1 кмоля газа имеет вид
,
(6)
где 
Дж/(кмоль×К) – универсальная газовая постоянная.
Кроме уравнения Майера, изобарная cPи изохорная cV массовые теплоемкости газов связаны между собой через показатель адиабаты k (табл.1):
. (7)
Таблица 1
|
Атомность газов |
k |
|
Одноатомные газы |
1,67 |
|
Двухатомные газы |
1,40 |
|
Трех- и многоатомные газы |
1,29 |
Закрепление теоретических знаний по основным законам термодинамики. Практическое освоение метода определения теплоемкости воздуха на основе энергетического баланса.
Экспериментальное определение удельной массовой теплоемкости воздуха и сопоставление полученного результата со справочным значением.
Методика выполнения работы
1. Описание лабораторной установки
Установка (рис. 1) состоит из латунной трубы 1 (dвн = = 0,022 м), на конце которой расположен электронагреватель 11 с тепловой изоляцией 10. Внутри трубы движется поток воздуха, который подается вентилятором 3. Расход воздуха может регулироваться изменением числа оборотов вентилятора. В трубе 1 установлена трубка полного напора 4 и статического давления 5, которые подсоединены к дифференциальным манометрам (тягоуровнемерам) 6 и 7. Кроме того, в трубе 1 установлена термопара 8, которая может перемещаться по сечению одновременно с трубкой полного напора. Величина ЭДС термопары определяется по потенциометру 9. Нагрев воздуха, движущегося по трубе, регулируется с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТРа) 12 путем изменения мощности нагревателя, которая определяется по показаниям амперметра 14 и вольтметра 13. Температура воздуха на выходе из нагревателя определяется термометром 15.
Тепловой поток нагревателя, Вт:
,
(8)
где I, – сила тока; А U, – напряжение В; сosj = 0,96; hТ = = 0,94 – коэффициент тепловых потерь.
Тепловой поток, воспринятый воздухом, Вт:
,
(9)
|
Рис.1. Схема экспериментальной установки: 1 – труба; 2 – конфузор; 3 – вентилятор; 4 – трубка для измерения динамического напора; 5– патрубок; 6, 7 – дифманометры (тягоуровнемеры); 8 – термопара; 9 – потенциометр; 10 – изоляция; 11 – электронагреватель; 12 – лабораторный автотрансформатор (ЛАТР); 13 – вольтметр; 14 – амперметр; 15 – термометр |
где G, – массовый расход воздуха, кг/с; 
– экспериментальная
массовая изобарная теплоемкость воздуха, Дж/кг×К; tвых, tвх, °С – температура воздуха на выходе из нагревательного участка
и входе в него.
Массовый расход воздуха, кг/с:
, кг/с,
(10)
где wСР, м/с – средняя скорость воздуха; d, м – внутренний диаметр трубы; r – плотность воздуха при температуре tвых, кг/м3.
. (11)
Здесь r0 = 1,293 кг/м3 – плотность воздуха при нормальных физических условиях; B – барометрическое давление, мм. рт. ст; Pcт – избыточное статическое давление воздуха в трубе, мм. вод. ст.
Скорости wi воздуха определяются по динамическому напору
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
