МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Тепловой поток нагревателя, Вт:

, (1.8)

где I – ток, А; U – напряжение, В; = 0,96; =
= 0,94 – коэффициент тепловых потерь.

Рис.1.1. Схема экспериментальной установки:

1 – труба; 2 – конфузор; 3– вентилятор; 4 – трубка для измерения динамического напора;

5– патрубок; 6, 7– дифманометры; 8 – термопара; 9 – потенциометр; 10 – изоляция;

11 – электронагреватель; 12 – лабораторный автотрансформатор; 13 – вольтметр;

14 – амперметр; 15 – термометр

Тепловой поток, воспринятый воздухом, Вт:

, (1.9)

где m – массовый расход воздуха, кг/с; – экспериментальная, массовая изобарная теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К); – температура воздуха на выходе из нагревательного участка и на входе в него, °С.

Массовый расход воздуха, кг/с:

. (1.10)

Здесь – средняя скорость воздуха в трубе, м/с; d – внутренний диаметр трубы, м; – плотность воздуха при температуре , которая находится по формуле, кг/м³:

, (1.11)

где = 1,293 кг/м³ – плотность воздуха при нормальных физических условиях; B – барометрическое давление, мм. рт. ст; – избыточное статическое давление воздуха в трубе, мм. вод. ст.

Скорости воздуха определяются по динамическому напору в четырех равновеликих сечениях, м/с:

, (1.12)

где – динамический напор, мм. вод. ст. (кгс/м²); g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Средняя скорость воздуха в сечении трубы, м/с:

. (1.13)

Средняя изобарная массовая теплоемкость воздуха определяется из формулы (1.9), в которую тепловой поток подставляется из уравнения (1.8). Точное значение теплоемкости воздуха при средней температуре воздуха находится по таблице средних теплоемкостей или по эмпирической формуле, Дж/(кг×К):

. (1.14)

Относительная погрешность эксперимента, %:

. (1.15)

1.3. Проведение эксперимента и обработка

результатов измерений

Эксперимент проводится в следующей последовательности.

1. Включается лабораторный стенд и после установления стационарного режима снимаются следующие показания:

• динамический напор воздуха в четырех точках равновеликих сечений трубы;

• избыточное статическое давление воздуха в трубе ;

• ток I, А и напряжение U, В;

• температура воздуха на входе , °С (термопара 8);

• температура на выходе , °С (термометр 15);

• барометрическое давление B, мм. рт. ст.

2. Эксперимент повторяется для следующего режима.

3. Результаты измерений заносятся в табл.1.2.

1. Расчеты выполняются в табл. 1.3.

Таблица 1.2

Таблица измерений

№ п/п	Наименование величины	Режимы
I	II
	Температура воздуха на входе , °C	1) 2) 3) 4)	1) 2) 3) 4)
	Температура воздуха на выходе , °C
	Динамический напор воздуха , мм. вод. ст.	1) 2) 3) 4)	1) 2) 3) 4)
	Избыточное статическое давление воздуха , мм. вод. ст.
	Барометрическое давление B, мм. рт. ст.
	Ток I, А
	Напряжение U, В

Таблица 1.3

Таблица расчетов

№ п/п	Наименование величин	Формула	Режимы
I	II
	Динамический напор , Н/м2		1) 2) 3) 4)	1) 2) 3) 4)
	Средняя температура потока на входе , °C
	Плотность воздуха r, кг/м3	где = 1,293 кг/м3 – плотность воздуха при нормальных условиях
	Скорость воздуха , м/с		1) 2) 3) 4)	1) 2) 3) 4)
	Средняя скорость воздуха w, м/с
	Массовый расход воздуха m, кг/с
	Средняя температура воздуха в трубе t, °С
	Теплота, воспринятая воздухом Q, Вт	, где = 0,94, = 0,96
	Экспериментальное значение теплоемкости , Дж/(кг×К)
	Средняя массовая изобарная теплоемкость воздуха , Дж/(кг×К)
	Относительная погрешность , %

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие законы термодинамики используются в работе?

2. Объясните физический смысл теплоемкости.

3. Какие виды теплоемкости Вы можете назвать? В чем их отличие?

4. Поясните взаимосвязь первого начала термодинамики и изобарной теплоемкости.

5. В чем заключается суть эксперимента?

6. С какой целью изменяют режим работы вентилятора?

7. Для чего в эксперименте определяют барометрическое давление?

8. Чем объясняется наличие погрешности при определении изобарной теплоемкости воздуха?

Литература

1. Овчинников, Ю.В. Основы технической термодинамики / Ю.В. Овчинников. – Новосибирск: НГТУ. – 2010. – 292 с.

2. Шаров, Ю.И. Теплотехника: слайд-конспект: электронное учебное пособие / Ю.И. Шаров. – М.: ВГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР», номер государственной регистрации 0320801605 от «01» августа 2008 г. – 3,8 мб.

3. Исаченко, В.П. Теплопередача / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. – М.: Энергоиздат. – 1987. – 416 с.

4. Краснощеков, В.А. Задачник по теплопередаче / В.А. Краснощеков, А.С. Сукомел. – М.: Энергия. – 1981. – 264 с.

5. Варгафтик, Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н.Б. Варгафтик. – М.: Наука, 1972. – 720 с.

6. Шехтман, А.М. Газодинамические функции реальных газов. Справочник / А.М. Шехтман. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 175 с.