МИНОБРНАУКИ РОССИИ
ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра гидравлики, теплотехники и гидропривода
ПРОТОКОЛ
ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ№1Т
ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
В ПРИЛОЖЕНИИ К РЕШЕНИЮ
ОДНОЙ ИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
Вариант начальных установок №
Выполнил студент _______________
Группа__________
Принял доц. Ф. В. Качановский
Тверь- 2017
ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
В ПРИЛОЖЕНИИ К РЕШЕНИЮ
ОДНОЙ ИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
Цель работы
Цель работы - определить с помощью уравнения первого закона термодинамики количество теплоты, отдаваемое в окружающую среду (т. е. теплопотери) в условиях лабораторной установки.
Схема и описание установки
Поток рабочего тела (воздуха), забираемого из окружающей среды, создаётся компрессором 1 (рис. 1) и поступает в горизонтальный участок трубы 5. Расход воздуха измеряется воздухомерным устройством 2 (трубой Вентури) и регулируется заслонкой 3.
Рис. 1. Схема установки |
Параметры окружающей среды измеряются приборами, расположенными на панели 11 (ртутный барометр и жидкостный термометр).
На панели 4 «Статические напоры» расположены U -образные манометры для измерения статических давлений в «горле» воздухомера Н, на входе в компрессор Н в и за компрессором Н н.
Для измерения мощности, подведенной к электродвигателю компрессора, служит панель 8 «Работа компрессора», на которой размещены амперметр и вольтметр.
Мощность, расходуемая на нагрев воздуха в трубе 5, измеряется с помощью амперметра и вольтметра, которые расположены на панели 10 «Нагрев трубы».
Первый закон термодинамики (ТД) в условиях задачи
Первый закон ТД для 1 кг массы потока рабочего тела имеет вид:
,
где и - суммарные количества теплоты и технической работы, переносимые через контрольную оболочку ТД системы, Дж/кг;
Δ h=h 2 -h 1 - изменение энтальпии рабочего тела (теплосодержание), Дж/кг;
- изменение кинетической энергии потока, Дж/кг;
- изменение потенциальной энергии потока, Дж/кг;
h 1, W 1 и Z 1 - энтальпия, скорость и геометрическая высота (от условного уровня отсчета) во входном сечении потока рабочего тела;
h 2, W 2 и Z 2 - энтальпия, скорость и геометрическая высота (от условного уровня отсчета) в выходном сечении потока рабочего тела.
ТД система (рис. 1) состоит из двух участков (подсистем): 1-й участок - от входного сечения I до сечения IIа, 2-й - от сечения IIа до выходного сечения II. Каждый участок заключён в свою контрольную оболочку (на рис. 1 показаны штриховыми линиями). Расчётные схемы участков представлены на рис. 2, 3.
При установившемся режиме теплообмена установки с окружающим воздухом температура воздуха в трубе не меняется. В этих условиях уравнение первого закона ТД для 1-го участка (подсистемы) имеет вид:
. (1)
Здесь работа l э1 электрического тока (Дж/кг), подаваемого на электродвигатель компрессора, определяется по формуле:
; (2)
где G - расход воздуха, измеряемый воздухомерным устройством, кг/с; N э - мощность, Вт, потребляемая электродвигателем компрессора и оцениваемая по показаниям амперметра I э и вольтметра U э. Часть этой мощности передается воздуху в трубе в виде технической работы, совершаемой компрессором, а часть - в виде тепла; q н1 - количество тепла, отдаваемое системой на 1-м участке в окружающую среду (теплопотери из 1-го участка), Дж/кг.
Уравнение первого закона ТД для 2-го участка (подсистемы):
l э2 = h 2 - h 2a + (W 22 - W 2a2)/2 + g ∙(Z 2 - Z 2a) + q н2. (3)
Работа электрического тока (Дж/кг), подаваемого на нагрев трубы:
l э2 = N н/ G = (I н∙ U н)/ G, (4)
где N н – мощность (Вт), расходуемая на нагрев воздуха в трубе и преобразуемая целиком в тепло. Оценивается по показаниям амперметра I н и вольтметра U н. Часть этой мощности отводится в окружающую среду в форме теплоты q н2 (теплопотери из 2-го участка)
Для ТД системы в целом уравнение первого закона ТД получается суммированием уравнений (1) и (3):
l э1+ l э2 = h 2 – h 1 + (W 22 – W 12)/2 + g ∙(Z 2 – Z 1) + q н1 + q н2. (5)
Рис. 2. Расчётная схема 1-го участка Рис.2. Расчетная схема 1-го участка |
Рис. 3. Расчётная схема 2-го участка Рис. 3. Расчетная схема II–го участка |
Таблица 1. Протокол наблюдений
№ п/п | Измеряемая величина | Обозначение | Единицы измерения | Номера опытов | |||||
Температура воздуха при входе в воздухомер (сечение I) | t 1 | oC | |||||||
Температура воздуха при входе в трубу (сечение IIa) | t 2a | oC | |||||||
Температура воздуха при выходе из трубы (сечение II) | t 2 | oC | |||||||
Показания вакуумметра («горло» воздухомера) | H | мм вод. ст. | |||||||
Показания пьезометра (после компрессора) | H н | мм вод. ст. | |||||||
Напряжение, потребляемое компрессором | U к | В | |||||||
Сила тока, потребляемая компрессором | I к | A | |||||||
Напряжение, потребляемое на нагрев трубы | U н | В | |||||||
Сила тока, потребляемая на нагрев трубы | I н | A | |||||||
Показания барометра | B | мбар | |||||||
Температура окружающей среды | t окр | oC |