Первоначально определяется расход воздуха через установку. Для этого необходимо перевести показания ротаметра в массовый расход воздуха.
Градуировочная шкала ротаметра приведена в табл. 1.
Таблица 1. Градуировочная шкала ротаметра
N, число делений | |||||
Расход , л/ч | |||||
Расход при параметрах воздуха: to=24 oC, Po=755 мм рт. ст., ρо=1,18 кг/м3 |
Перерасчет объемного расхода воздуха с параметров градуировочной шкалы ротаметра на действительные параметры воздуха выполняется по формуле
, (4.1)
где – объемный расход воздуха по градуировочной таблице ротаметра, л/ч;
– объемный расход воздуха в пересчете на параметры воздуха перед ротаметром в опыте, л/ч;
ρо – плотность воздуха по градуировочной таблице ротаметра, кг/м3;
ρ1 – плотность воздуха при его параметрах на входе в ротаметр, кг/м3.
Плотность воздуха на входе в ротаметр определяется по уравнению состояния идеального газа
, (4.2)
где Р1 – давление воздуха на входе в ротаметр, принимается равным атмосферному давлению;
Т1 – температура воздуха на входе в ротаметр.
Массовый расход воздуха G, кг/с, через установку рассчитывается по уравнению
. (4.3)
Полученную величину расхода воздуха записывают в таблицу результатов обработки опытных данных (см. табл. 2).
Таблица 2. Результаты обработки опытных данных
№ опыта | Uн, В | I, А | I Uн, Вт | t1, оС | t2, оС | ∆t, оС | G, | cрm, |
Далее определяется электрическая мощность нагревателя по напряжению Uн и току I. Электрический ток, проходящий через нагреватель, рассчитывается по формуле
, (4.4)
где Ro – образцовое сопротивление 0,1 Ом, подключенное последовательно с нагревателем;
Uo – напряжение на образцовом сопротивлении.
Определение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха может выполняться двумя способами [3].
Определение теплоемкости без учета внешнего теплообмена установки
В этом варианте расчета считается, что вся теплота нагревателя идет только на нагрев воздуха и соответствует выражению
, (4.5)
где ∆t – разница температур воздуха на выходе из сосуд Дюара t2 и входе в него t1.
Расчетное выражение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха в этом случае будет соответствовать виду
. (4.6)
Определение теплоемкости с учетом внешнего теплообмена установки
При наличии передачи или получения теплоты воздухом со стороны внешней среды в правую часть выражения (4.5) необходимо добавить второе слагаемое
, (4.7)
где Qвн – внешняя теплота, подведенная к воздуху или отведенная от него.
Внешняя теплота может быть как положительной, так и отрицательной. При Qвн>0 происходят потери теплоты во внешнюю среду через стенки сосуда Дюара или часть теплоты электронагревателя идет на прогрев стенок этого сосуда. В случае когда Qвн<0, нагрев воздуха частично осуществляется за счет того, что сосуд Дюара имеет температуру выше, чем температура воздуха в нем (такое возможно, когда опыт проводится на неостывшей установке).
Для учета внешней теплоты при определении теплоемкости принимаем в качестве постоянных расход воздуха, теплоемкость воздуха и внешнюю теплоту. Определение теплоемкости в этом случае ведется по результатам двух опытов. Записав уравнение (4.7) для двух опытов как
,
и вычтя из первого второе, получим соотношение
. (4.8)
Расчетное выражение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха в этом случае выразится как
. (4.9)
Таблица 3. Теплоемкости воздуха
Средние теплоемкости воздуха | ||||||||||||
N | cpm, | cvm, | mcpm, | mcvm, | c¢pm, | c¢vm, | к | |||||
опыт | ||||||||||||
1-2 | ||||||||||||
Теплоемкости идеального воздуха | ||||||||||||
cp, | cv, | mcp, | mcv, | c¢p, | c¢v, | к | ||||||
Выводы по работе
Выводы по работе делаются на основании расчетных данных и сформулированной цели работы:
1. Экспериментально определили величину средней массовой теплоемкости воздуха при постоянном давлении cpm=числа 1 2 3 в интервале температур от t1 =до t2.=, что соответствует опытам 1, 2 и совместным 1-2…
2. Сравнив найденные величины cpm с ее значениями из справочных данных [1] (cp=1,003-1,008 кДж/(кг∙К) в интервале температур 10-80 оС) установили, что наименьшую погрешность при определении т-ти имеет опытное значение cpm=число по методу 1-2 относительная погрешность этого значения т-ти составляет 2 % по отношения к значениями из справочных данных [1].
3. Вычислив величины средних теплоемкостей воздуха: массовой при постоянном объеме cvm; объемных при постоянном давлении и при постоянном объеме при нормальных условиях c¢pm; c¢vm; мольных mcpm и mcvm и величину к = cpm/cvm и сравнить данные теплоемкости с соответствующими теплоемкостями идеального двухатомного воздуха, установили, что их численные значения практически одинаковы, следовательно в данном диапазоне температур для определения изобарных и изохорных теплоемкостей воздуха можно использовать формулы для расчета теплоемкоемкостей идеальных газов, не зависящих от температуры.