Установка состоит из стеклянной колбы с водой 1, в которой создается разрежение (см. рис. 3.). Колба укреплена на штативе 4. Нагрев осуществляется при помощи электроплитки 2. Разрежение в колбе достигается при помощи вакуумного насоса 8, приводимого в действие электродвигателем 9. Для того, чтобы пары воды не попадали в насос, предусмотрен конденсатор 6. Разрежение в колбе измеряется с помощью вакуумметра 5, а температура воды – термометром 3.
Рис.3. Схема лабораторной установки.
В качестве термометра используется термопара группы хромель-копель, размешённая в чехле из нержавеющей стали (датчик температуры «Овен» ДТПL104-00.400/3.К), подключённая к регистрирующему и регулирующему прибору ТРМ210-Щ1.ТР, имеющему выход на твердотельное реле, подключённое к электрическому нагревателю. ТРМ-210-Щ1.ТР обеспечивает передачу сигнала через интерфейс RS-485 и адаптер связи АС-4 на USB вход компьютера и автоматическое регулирование температуры в сосуде 1 путём изменения мощности нагревателя 5.
Рис.4. Функциональная схема стенда.
От точности измерения и регулирования температуры зависит конечный результат работы – вид графика зависимости температуры кипения воды от давления и согласованность полученных результатов со справочными табличными данными.
Краник 7 служит для сообщения колбы 1 с атмосферой. Краник 10 предназначен для сохранения достигнутого вакуума в случае отключения вакуумного насоса. Функциональная схема стенда, демонстрирующая связь измерительных приборов с компьютером, представлена на рис.4.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:
1. В колбу 1 наливают воду и плотно закрывают резиновой пробкой с укрепленным в ней термометром 3. Включают электрическую плитку 2 и производят нагрев до заданной температуры.
2. Когда температура достигнет величины, заданной преподавателем, закрывают краник 7, открывают краник 10 и включают вакуумный насос. Разрежение создают до тех пор, пока вода не закипит.
3. Когда вода начинает кипеть, закрывают краник 10 и отключают вакуумный насос. За счет неплотностей разрежение в колбе 1 падает. В момент прекращения кипения воды замеряют показания вакуумметра 5 и термометра. Полученные данные записывают в таблицу наблюдений, которая одновременно является и таблицей результатов работы.
4. После того, как произведены замеры разрежения и температуры, краник 7 открывается, продолжается нагрев до следующей заданной температуры и т. д.
5. После того, как будет подсчитано абсолютное давление в «ата», по таблицам «Термодинамические свойства воды и водяного пара» определяют температуру кипения воды при соответствующем давлении и находят разницу между опытным и табличным значениями температуры кипения воды.
6. На основании полученных данных строят кривую зависимости опытной температуры кипения воды от давления ниже атмосферного (абсолютного).
7. Для характеристики точности выполнения работы вместе с опытной кривой на графике необходимо построить теоретическую кривую, используя для этого табличные данные.
8. Результаты экспериментальных данных записываются в таблицу.
Таблица 1. Результаты наблюдений
| №№ опытов | Вакуумет-рическое давление, мм рт. ст | Баромет-рическое давление, мм рт. ст | Абсолютное давление | Опытная температура кипения воды t0, 0C | Температура кипения по таблицам tт,0C | Расхождение между опыт. и табл.тем-пературой Δt,0C | |
| мм рт. ст | ата | ||||||
| … |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что представляют собой процессы испарения и кипения воды?
2. Что такое теплота парообразования? Что такое внутренняя и внешняя теплота парообразования?
3. Какую линию называют линией насыщения? Что такое нижняя и верхняя пограничные кривые?
4. Какой пар называют сухим насыщенным, влажным насыщенным и перегретым?
5. Что такое степень сухости пара?
6. Какими параметрами характеризуется состояние воды на линии насыщения?
7. От чего зависит температура кипения воды?
8. Какая существует зависимость между абсолютным давлением и температурой кипения воды?
9. Какая существует зависимость между вакуумметрическим давлением и температурой кипения воды? Какого типа вакуумметр используется в лабораторной установке?
10. Какое состояние воды называют критическим? Приведите параметры критической точки для воды.
11. Для чего существуют таблицы термодинамических свойств для воды и водяного пара и как ими пользоваться?
12. Что иллюстрирует Т-Р диаграмма состояния вещества?
13. Напишите уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Как с его помощью можно исследовать процессы фазового перехода?
14. Оцените степень рассогласования результатов опыта и табличных данных и укажите, что явилось возможной причиной появления ошибок при проведении опытов.
Лабораторная работа №2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Определить на основании опытов основные параметры влажного воздуха: относительную и абсолютную влажность, влагосодержание, энталъпию, психрометрическую разность, которые являются необходимыми при тепловых расчетах и конструировании ряда установок, например, сушильных.
- ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1 Влажный воздух представляет собой механическую смесь сухого воздуха и паров воды. Вследствие малых парциальных давлений, пары воды считают идеальным газом. Следовательно, в условиях термодинамического равновесия (когда температура смеси сухого воздуха и паров воды, т.е. влажного воздуха одинакова по всему объёму), процессы с влажным воздухом рассчитывают по уравнениям состояния идеальных газов Клапейрона – Менделеева для смеси:
, (1)
где рmix –абсолютное давление смеси, Па (индекс «mix»; везде относится к параметрам газовой смеси, образован от англ. mixture-смесь);
Vmix – полный объём смеси, м3;
mmix – масса смеси, равная сумме масс всех компонентов:
, кг, (2)
где mi – масса i -го компонента, кг;
n – число компонентов в смеси;
μmix – кажущаяся молярная масса смеси,
, й (3)
где gi – массовая доля i -го компонента,
, (4)
Ru –универсальная газовая постоянная, Ru=8314 Дж/(кмоль К);
Тmix – абсолютная температура смеси, К.
Rmix – газовая постоянная смеси, Rmix= Ru/μmix.
Согласно закону Дальтона, каждый газ, входящий в смесь, находится под своим парциальным давлением р i, а сумма парциальных давлений компонентов равна давлению смеси рmix:
(5)
Следовательно, давление влажного воздуха 
есть сумма парциальных давлений сухого воздуха 
, и паров воды 
:
. (6)
Поскольку модель идеального газа пренебрегает размерами микрочастиц, объём Vi, занимаемый каждым компонентом, равен объёму всей смеси Vmix:
Vi=Vmix (7)
Тогда, учитывая, что отношение массы вещества к объёму есть его плотность ρ (ρ=m/V), из (1) для компонентов влажного воздуха запишем::
а) уравнение состояния сухого воздуха
; (8)
б) уравнение состояния паров воды
; (9)
Здесь
, 
, 
, 
где ρп, ρв, ρ – плотности, соответственно, паров воды (абсолютная влажность), сухого воздуха и влажного воздуха (смеси); 
, 
- молярные массы компонентов - воды воздуха;
, 
, 
масса паров воды, сухого воздуха, влажн го воздуха (смеси);
V - объем влажного воздуха.
Парциальное давление паров воды является важной характеристикой влажного воздуха, так как состояние влажного воздуха определяется соотношением парциального давления паров воды pп и давлением насыщенных паров воды рs, при температуре влажного воздуха.
Состояние насыщения (кипения жидкости) наступает, если при данной температуре давление насыщенных паров р s, равно давлению окружающей среды p.
1.2 Состояния влажного воздуха. В зависимости от соотношения рп и рs, можно рассмотреть следующие состояния влажного воздуха.
Ненасыщенный влажный воздух. Парциальное давление паров воды рп меньше давления насыщения рs, при данной температуре, рп< рs. Температура паров воды (влажного воздуха) больше температуры насыщения (кипения) воды при данном давлении, tв>ts. Пары воды находятся в перегретом состоянии относительно температуры насыщения.
Насыщенный влажный воздух. Парциальное давление паров воды равно давлению насыщения при температуре воздуха, рп=рs. Температура влажного воздуха равна температуре насыщения воды при данном давлении, tв=ts.
Перенасыщенный влажный воздух. Парциальное давление паров воды больше давления насыщения при температуре воздуха, рп>рs. Температура влажного воздуха меньше температуры насыщения воды при давлении рп, tв<ts. Происходит конденсация части паров или пары (при отсутствии центров конденсации) остаются в термодинамически неустойчивом (пересыщенном) состоянии.
1.3 Основные характеристики влажного воздуха. Все расчеты влажного воздуха ведут на 1 кг массы сухого воздуха, поскольку в процессе сушки только сухая часть влажного воздуха остаётся величиной постоянной.
Абсолютной влажностью воздуха называется масса водяного пара, содержащегося в 1 м3 влажного воздуха. Абсолютная влажность численно равна плотности водяного пара ρп,при его парциальном давлении и температуре.
Отношение массы водяного пара содержащегося в 1 м3 влажного воздуха ρп к максимально возможной в том же объёме при том же давлении и при той же температуре ρн называется относительной влажностью воздуха:
(10)
При определении процесса сушки оперируют параметром удельного влагосодержания d- массой водяного пара, отнесённой к 1 кг сухой части воздуха.
Величина удельного влагосодержания насыщенного воздуха (φ=1, рп=рs.) может быть определена из зависимости
(11)
где р, рп -давление влажного воздуха и парциальное давление водяного пара – следует подставлять в одних и тех же единицах измерения, предпочтительно в системе СИ –Н/м2 (в МКГСС - кгс/см2 или СГС- кгс/см2, мм. рт. ст.).
Удельную энтальпию i(теплосодержание) влажного воздуха относят к 1 кг сухой части; т.е. определяют энтальпию смеси, состоящей из сухого воздуха (массой mв=1кг) и водяного пара (mп =d mв).
(12)
где iв - энтальпия сухого воздуха, кДж/кг;
iп - энтальпия пара, кДж/кг;
Энтальпия 1 кг сухого воздуха, кДж/кг,
(13)
где сс.в – удельная изобарная теплоёмкость сухого воздуха, в приближённых расчетах в небольшом диапазоне температур сс.в =1 кДж/(кг К);
t - температура влажного воздуха, оС;
Энтальпия 1 кг пара iп, кДж/кг, достаточно точно может быть вычислена по формуле, в которой теплота испарения воды qп при 0оС принята равной qп= 2500 кДж/кг, а удельная изобарная теплоёмкость пара ср.п.= 2 кДж/(кг К)
(14)
Тогда
(15)
Параметры влажного воздуха весьма удобно определять при помощи диаграммы i-d (h-d)влажного воздуха (Рис.1, прил.3., 4.).
Диаграмма i-d значительно упрощает решение различных задач, связанных с изменением состояния влажного воздуха.
В диаграмме i-d по оси абсцисс отложено влагосодержание d, а по оси ординат – энтальпия i влажного воздуха (на 1 кг сухого воздуха).
Барометрическое давление принято равным В=745 мм рт. ст. – среднегодовое давление центральной полосы РФ.
Для более удобного расположения отдельных линий на диаграмме координатные оси в ней проведены под углом 1350.
В выполненных диаграммах наклонная ось влагосодержания не вычерчивается, а вместо неё из начала координат проводится горизонталь, на которую значения d спроектированы с наклонной оси. Поэтому линии энтальпии i идут наклонно, параллельно наклонной оси абсцисс, линии же d=const идут вертикально, параллельно оси ординат. В диаграмме построены изотермы (t=const).
| 
|
| Рис.1. Диаграмма i-d влажного воздуха | Рис.2. Аспирационный психрометр Ассмана:1,2 – термометры; 3 – наружный механизм с вентилятором |
2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Состояние влажного воздуха в большинстве случаев задаётся двумя параметрами: его температурой и относительной влажностью. Распространенным прибором для определения относительной влажности воздуха является аспирационный психрометр Ассмана (рис.2.).
Прибор имеет два ртутных термометра: сухой (поз. 1) и «мокрый» (поз. 2), чувствительная часть которого обёрнута батистом, который перед работой смачивается дистиллированной водой. Резервуары термометров помещены в трубчатую защиту с воздушным зазором. Она предохраняет резервуары от нагрева солнцем и от других источников излучения. Наружная поверхность трубок отполирована и покрыта никелем.
Сухой термометр показывает действительную температуру влажного воздуха, а «мокрый», с некоторой степенью приближения, – теоретическую температуру мокрого термометра. Показания «мокрого» термометра тем ближе к теоретической температуре, чем больше скорость потока воздуха, обдувающего чувствительную часть термометра, так как при этом меньше сказывается приток тепла излучением и теплопроводностью. Поэтому психрометр снабжен специальным вентилятором, который создаёт поток воздуха со скоростью 2 м/с.
Привод вентилятора осуществляется при помощи наружного механизма (поз.3). Воздух, обтекая резервуары термометров, поступает по воздухопроводной трубке к вентилятору и выбрасывается из аспирационной головки, в которой расположен вентилятор. Когда начинает работать вентилятор, температура «мокрого» термометра вследствие испарения воды на его чувствительной части начнет понижаться.
Отсчет показаний по сухому и «мокрому» термометрам производится в момент, когда температура «мокрого» термометра достигнет минимума.
Погрешность определения относительной влажности аспирационным психрометром Ассмана при измерении температуры с точностью до 0,1С и при температуре воздуха 20С не должна превышать:
Относительная влажность, % 100 80 60 40 20 10
Погрешность, в % к измеренной
величине 2 3 4,3 5,6 7 14
Лабораторная установка (рис.3) представляет собой теплоизолированный воздушный термостат 1, в котором размещены психрометр Ассмана 2 и психрометр, представляющий собой две термопары 3,4 группы хромель-копель марки «Овен» ДТПL01-0,5/1,5, установленные одна над другой на расстоянии 50 мм в цилиндрическом канале 5 с принудительной циркуляцией воздуха при помощи электрического вентилятора 6.
Рис.3. Схема лабораторной установки.
Одна из термопар (3) обёрнута влажной тканью в области, прилегающей к спаю, подключена к прибору «Овен» ТРМ201-Щ1. Р и выполняет роль «мокрого» термометра. Нагревание воздуха в термостате осуществляется нагревателем 7, циркуляция и выравнивание температуры по объёму – электрическим вентилятором 8. Обеспечивается возможность автоматического регулирования температуры с помощью измерителя-регулятора температуры «Овен» ТРМ210-Щ1.ТР, подключённого к термопаре, 4 измеряющей температуру влажного воздуха, и к нагревателю 7. Измеритель-регулятор работает в режиме пропорционального регулирования, когда величина сигнала, поступающего на исполнительный механизм (нагреватель), пропорциональна величине отклонения измеренного значения температуры воздуха от заданного. Такое регулирование (по сравнению с двухпозиционным) позволяет повысить точность автоматического поддержания температуры в заданных пределах и избежать перерегулирования. Информация от приборов ТРМ 210-Щ1.ТР и ТРМ201-Щ1.Р, имеющих интерфейс RS-485, поступает на компьютер и может быть обработана с целью определения основных параметров влажного воздуха при помощи программ расчёта.
Для подключения приборов к компьютеру через разъём USB используется адаптер связи АС-4.
Рис.4. Функциональная схема стенда.
Функциональная схема лабораторного стенда, демонстрирующая связь измерительных приборов с компьютером, представлена на рис.4.
3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
3.1 Перед началом работы необходимо смочить батистовую ткань «мокрого» термометра психрометра Ассмана дистиллированной водой с помощью резиновой груши с пипеткой. Смачивание производят аккуратно, чтобы вода не попала на стенки трубки, что может привести к ошибке в определении влажности.
При проведении нескольких измерений механизм вентилятора каждый раз заводят осторожно до отказа, а батист смачивают через небольшие промежутки времени, так как в очень сухом воздухе через 10 минут вентиляции батист высыхает.
3.2 Замерить показания мокрого и сухого термометров при данных атмосферных условиях. С этой целью необходимо завести пружинный механизм центробежного вентилятора при помощи ключа.
Затем, когда установятся постоянные показания сухого и мокрого термометров, записать их в таблицу наблюдений (t, и tм) необходимо также записать показания барометра.
3.2.1 Записать показания приборов, подключённых к термопарам 3 и 4: t3 и t4. Сопоставить значения температур для сухого и «мокрого» термометров, полученные в работе различными методами: t и t4, tм и t3.
Таблица 2. Результаты наблюдений
| Барометрическое давление, В, мм рт.ст | Температура сухого термометра, t, 0C | Температура мокрого термометра, tм, 0C | t4 | t3 |
| … |
3.3 С помощью нагревательного элемента изменить температуру воздуха в термостате, для чего на панели прибора «Овен» ТРМ210-Щ1.ТР, подключённого к термопаре 4, установить новое значение заданной температуры и дождаться момента, когда заданное значение будет равно измеренному. Повторить измерения согласно п. 3.2 (число опытов задаётся преподавателем).
3.3 По разности температур между показаниями сухого и мокрого термометров определяется относительная влажность по психрометрической таблице.
3.4 Выполнить необходимые расчеты:
3.4.1 Определить относительную влажность:
а) определение относительной влажности производится по формуле:
,
где pп - парциальное давление водяного пара, определяемое по формуле
(16)
pнм - давление насыщенного водяного пара при температуре мокрого термометра (берётся из таблиц «Термодинамические свойства воды и водяного пара»);
А - опытный коэффициент, А = 0,00089;
t-tм - разность показаний сухого и мокрого термометра психрометра (психрометрическая разность), 0С;
В - барометрическое давление (должно быть подставлено в формулу в тех же единицах измерения, что и давление насыщенного водяного пара pн);
pн - давление насыщенного водяного пара при температуре сухого термометра (берётся из таблиц «Термодинамические свойства воды и водяного пара),
б) определить относительную влажности при помощи психрометрической таблицы.
В таблице по температуре сухого термометра и психрометрической разности определить относительная влажность воздуха.
3.4.2 Определить абсолютную влажность воздуха:
по температуре сухого термометра и по парциальному давлению водяных паров воздуха определить удельный объём перегретого пара vn по таблицам «Термодинамические свойства воды и водяного пара» и затем плотность, как (1/vn).
3.4.3 Определить влагосодержание воздуха:
а) расчетное влагосодержание определяется по формуле (11):
б) табличное влагосодержания выполняется при помощи диаграммы:
при температуре влажного воздуха (показания сухого термометра) и относительной влажности по i-d (h-d) диаграмме определяется влагосодержание.
3.4.4 Определяется энтальпия влажного воздуха:
а) расчетное определение энтальпии выполняется по (15):
.
Таблица 3. Результаты расчетов
| Температура влажного воздуха | Психрометри-ческая разность температур | Относительная влажность | Абсолютная влажность | Влаго- содержание | Энтальпия | |||
| расчетная | табличная | расчетное | по диаграмме | расчетная | по диаграмме | |||
| t, 0С | t- tм 0С | jр, % | jт, % | r, кг/м3 | dр , кг/кг | dд, кг/кг | iр, кДж/кг | iд, кДж/кг |
| … |
б) табличное определение энтальпии при помощи i-d (h-d) диаграммы:
энтальпия влажного воздуха по диаграмме, так же, как и влагосодержание, определяется по температуре влажного воздуха и относительной влажности. Полученные данные записываются в таблицу результатов расчета (1 кал =4 ,1868 Дж).
Контрольные вопросы
1. Какой газ называется идеальным?
2. При каких условиях воздух можно считать идеальным газом?
3. Как формулируется закон Дальтона для смеси идеальных газов?
4. Назовите и дайте определения основных характеристик влажного воздуха.
5. Каковы устройство и принцип действия аспирационного психрометра Ассмана?
6. Каким образом по i-d (h-d) диаграмме определяются параметры влажного воздуха?
7. В каких расчётах используют i-d (h-d) диаграмму?
8. Что вносит погрешность в результаты определения относительной влажности воздуха в работе?
Лабораторная работа №3.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ 
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СКОРОСТИ СРЕДЫ
Цель работы: изучение особенностей конвективного теплообмена, экспериментальное определение коэффициента теплоотдачи при обтекании потоком воздуха нагретой металлической поверхности.
1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Под конвективным теплообменом, или, как его часто называют, теплоотдачей, понимается совместный процесс передачи тепла конвекцией и теплопроводностью, например, теплообмен между потоком теплоносителя (жидкости или газа) и поверхностью стенки, направление теплового потока при этом будет зависеть от температур теплоносителя и стенки.
Тепловой поток, передаваемый при конвективном теплообмене, определяется по формуле Ньютона-Рихмана:
(1)
где 
- коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплоотдачи; t ж - температура теплоносинеля,0С; t СТ - температура стенки,0С; F - поверхность соприкосновения теплоносителя со стенкой, м2.
Из уравнения можно определить разность
,
где 
- термическое сопротивление стенки при теплоотдаче соприкосновением.
Формулу можно использовать как при теплоотдаче от жидкости или газа к стенке, так и при теплоотдаче от стенки к жидкости или газу. В обоих принимается абсолютное значение разности температур.
Коэффициент теплоотдачи α имеет размерность Вт/м2, представляет собой величину теплового потока или, что то же, количество тепла, проходящего в единицу времени от жидкости (газа) к стенке (или наоборот) через 1м2 поверхности, приходящееся на каждый градус разности температур жидкости и стенки. В отличие от коэффициента теплопроводности коэффициент теплоотдачи α - величина, в которой учитываются следующие факторы, обуславливающие протекание конвективного теплообмена: характер движения жидкости или газа (ламинарное или турбулентное) и природа его возникновения; скорость движения жидкости или газа V; физические параметры жидкости или газа (теплопроводность 
, вязкость 
, плотность 
, теплоёмкость Ср, коэффициент объёмного расширения 
, температура жидкости или газа и поверхности t ж, t ст; форма 
и линейные размеры омываемой жидкостью или газом поверхности 
1, 2, 3 .
Таким образом:
Существенное значение в конвективном теплообмене имеет режим движения жидкости или газа. Турбулентное движение всегда усиливает теплообмен. Наличие пограничного слоя большой толщины у поверхности стенки увеличивает её термическое сопротивление и замедляет перенос тепла. При изучении конвективного теплообмена коэффициент теплоотдачи в большинстве случаев определяют экспериментально.
1. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Установка представляет собой модель теплообменника, состоящего из прямоугольного короба воздуходува 1 сечением 140х50 мм и вертикального трубного пучка с шахматным расположением трубок с наружным диаметром 24 мм, см. рис.1. Трубки расположены так, что площадь живого сечения воздуховода является постоянной.
Рис.1. Схема экспериментальной установки.
В центре трубного пучка установлен калориметр 2 - тонкостенная латунная трубка с внутренним электронагревателем 3. Наружный диаметр трубки калориметра 24мм, длина - 140 мм.
Количество тепла, выделяемое калориметром 2, определяется по мощности электронагревателя 3 как произведение силы тока на напряжение, которые измеряются амперметром и вольтметром. Температура наружной поверхности калориметра измеряется в 0С хромель-копелевой термопарой 4 марки «Овен» ДТПL011-0,5/1,5, подключённой к измерителю – регулятору «Овен» ТРМ210-Щ1.ТР с интерфейсом RS-485, выход прибора подключён к нагревателю 3. Прибор по заданному регулятором значению температуры поверхности трубки калориметра 2 в пропорциональном режиме регулирования обеспечивает необходимое значение мощности нагревателя 3. Воздух продувается через короб 1 вентилятором высокого давления 5. Для регулирования подачи количества воздуха используют заслонку 6. Расход воздуха измеряется по перепаду давления на дроссельной шайбе 7 чашечным микроманометром 8 с наклонной шкалой, а также измерителем расхода фирмы «Взлёт» 9 с интерфейсом RS-232. Температура воздушного потока до и после калориметра измеряется хромель-копелевыми термопарами 10 и 11 марки «Овен» ДТПL011-0,5/1,5, подключёнными к многоточечному измерителю – регулятору «Овен» ТРМ 138-Т с интерфейсом RS-485.
Для подключения приборов к компьютеру через разъём USB используется адаптер связи АС-4.
Рис.2. Функциональная схема стенда.
Функциональная схема стенда, демонстрирующая связь измерительных приборов с компьютером, приведена на рис.2 (на схеме показаны только приборы, имеющие интерфейс RS-485).
2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Включается вентилятор, который подаёт воздух в теплообменный аппарат. Необходимый расход воздуха устанавливается по перепаду давления, который задаётся преподавателем.
При установившемся режиме движения воздуха, когда на всех приборах устанавливаются постоянные показания, опытные параметры записываются в следующую таблицу.
Таблица 1. Таблица результатов эксперимента.
| Перепад давл. по дифма-нометру | Расход воздуха (по графику) | Напря-жение | Сила тока | Температура стенки калориметра | Температура воздуха | |
| На входе | На выходе | |||||
 ,мм вод.ст.
| Gв, м3/с | U, В | J, А | tк,0С | t1,0С | t2,0С |
4. определяется скорость воздуха в прямоугольном сечении теплообменного аппарата по формуле:
, 
, (2)
где 
- живое сечение для прохода воздуха.
5. Выполняются необходимые расчёты по нижеприведённым формулам.
Полное количество тепла Qn, выделяемое калориметром, определяется по току и напряжению электрического нагревателя, находящегося в калориметре, по формуле:
, Вт, (3)
где J-сила электрического тока; U-электрическое напряжение;
Это количество тепла Qn расходуется на нагревание воздуха конвекцией Qk и на излучение Qл. Следовательно, Qn= Qk+Qл. Воздух как двухатомный газ (N2+O2) теплопрозрачен, т.е. лучистую энергию не поглощает. Поэтому лучистый теплообмен здесь происходит между поверхностями стенки калориметра и воздушного короба.
Количество тепла Qл можно определить по формуле:
, (4)
, (5)
в которой приведённый коэффициент выходится из выражения:
, (6)
где С1-коэффициент излучения стенки калориметра; С2-коэффициент излучения стенок воздуховода; 
-площадь наружной поверхности трубки калориметра, м2; 
-площадь внутренней поверхности короба воздуховода, м2.
Поскольку 
значительно превышает 
, можно считать:
,
тогда 
принимает следующий вид:
Вт, (7)
где 
1-степень черноты трубки калориметра, для латуни 
1=0,22; С0--коэффициент излучения абсолютно чёрного тела, равный 5,67 Вт/(м2*К4); Тст.кал- абсолютная температура стенок калориметра, К; Тст.кор. - абсолютная температура стенок короба воздуховода, которую приближенно можно принять равной средней температуре воздуха, омывающего стенки короба:
, (8)
Определив Qn и Qл, мажем вычислить Qk по разности между ними:
; (9)
Коэффициент теплоотдачи конвекцией определяется из формулы Ньютона:
, (10)
где Qк- количество тепла, отдаваемого стенкой калориметра воздуху конвекций, Вт; tk- температура стенки калориметра, 0С; tвср- средняя температура воздуха, омывающего калориметр
0С. (11)
Полученные результаты расчётов свести в таблицу. По полученным результатам построить два графика:
а) график зависимости 
от скорости воздушного потока;
б) график зависимости 
от температуры поверхности калориметра.
Таблица 2. Результаты вычислений
| Обозначение величины | размерность | Номер опыта | |||
| Vв | м/с | ||||
| tk | 0С | ||||
| tв.ср. | 0С | ||||
| Qп | Вт | ||||
| Qл | Вт | ||||
| Qк | Вт | ||||
| Вт/м2 0С |
Выводы
1.Используя полученную зависимость 
, объяснить причины влияния скорости V на коэффициент теплоотдачи 
.
2.Используя полученную зависимость 
, объяснить влияние темпер