Севмашвтуз, 2008.

Ф е д е р а л ь н о е а г е н т с т в о по о б р а з о в а н и ю Российской Ф е д е р а ц и и
Ф и л и а л « С е в м а ш в т у з » государственного о б р а з о в а т е л ь н о г о
учреждения высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский
г о с у д а р с т в е н н ы й морской т е х н и ч е с к и й у н и в е р с и т е т » в
г.Северодвинске
В.А. С з е н и н
ТЕПЛОТЕХНИКА
Методические у к а з а н и я
к в ы п о л н е н и ю л а б о р а т о р н ы х работ
Северодвинск
2008
УДК 621.1
Теплотехника: Методические указания к выполнению
лабораторных
работ.
Сост.
В.А.Стенин.
Северодвинск:
Севмашвтуз, 2008. - 74 с.
Ответственный редактор: зав. кафедрой «Океанотехпика и
энергетические установки», профессор А.И. Лычаков
Рецензенты: к.т.н., доцент кафедры №7 О.Д.Мюллер;
ведущий инженер-конструктор КО ФГУП (ЦС
«Звездочка»)
к.т.н., доцент В.В.Кияница
Методические
указания
предназначены
для студентов,
обучающихся но специальности 140400.
В методических указаниях изложен порядок
выполнения
лабораторного эксперимента, основные теоретические положения,
схемы экспериментальных стендов, методика обработки опытных
данных и составления отчета, вопросы для самопроверки.
В методических указаниях представлены: ил. 13, табл. 22,
список литературы из 8 наименований.
Печатается
Севмашвтуза.
по решению
редакционно-издательского
;0 Севмашвтуз, 2008 г.
совета
Введение
Лабораторные работы по курсу «Теплотехника» выполняются
студентами после изучения соответствующих разделов правил
техники безопасности, ознакомлением с основным оборудованием,
изучения
правил
эксплуатации
приборов.
Выполнению
лабораторных работ предшествуют лекции и самостоятельное
изучение соответствующих разделов курса. Эти работы не только
помогаю! закреплению приобретённых знаний, но и позволяют
получить практические навыки в области теплотехники. Комплекс
лабораторных работ включает в себя десять лабораторных работ.
При составлении пособия автором использовались результаты
исследований.
выполненные
профессором
Аиным
ИМ.
(лабораторные работы №1,9,10).
В пособии вопросы теории освещены в сжатой доступной
форме, представлены необходимые описания установок, порядок
проведения лабораторных испытаний.
Лабораторная работа № 1
Определение параметров влажного воздуха
1. Цель работы
Экспериментальное
определение
термодинамических
параметров влажного воздуха с использованием психрометра и H-d диаграммы, а также расчет паропроницаемости строительных
материалов.
2. Основные теоретические положение
Повышение влажности строительных материалов увеличивает
их теплопроводность, что существенно снижает теплозащитные
качества ограждений. Влажный строительный материал неприемлем
и с гигиенической точки зрения (появляется плесень, грибки,
повышается влажность воздуха в помещении). Кроме того,
влажностной режим ограждения оказывает
соответствующие
влияния и на долговечность ограждения.
В воздухе всегда содержится то или иное количество влаги в
виде водяного пара. Такую смесь сухого воздуха с водяным паром
называют влажным воздухом. Влажный воздух
подчиняется
уравнению состояния идеальных газов
р.у = Я 7 \
а также закону Дальтона
р = р +р ,
в
п
(1)
(2)
где Р - давление влажного воздуха; Рв - парциальное давление сухого
воздуха;
Рп - парциальное давление пара.
Величины Р.Рв,Рп измеряются в Па.
Абсолютной влажностью воздуха называют массу водяного
пара, содержащегося в 1м куб. влажного воздуха или плотность пара
при его парциальном давлении и температуре воздуха.
Величину
представляющую отношение абсолютной влажности воздуха при
данной температуре к максимально возможной, когда при данном
давлении и температуре воздух насыщен водяным паром (р
= р
ЛАХ
- плотность сухого насыщенного пара) называют
влажностью.
и
относительной
Относительная влажность может быть найдена из уравнения:
<р = Р
max
(4)
где
Рн = Р мах
- давление насыщения водяного пара при
температуре смеси (по таблицам насыщенного водяного пара).
Для характеристики влажного воздуха используют понятие
влагос оде ржание, под которым полагают отношение массы влаги
(пара) во влажном воздухе к массе сухого воздуха в нем:
Величину d обычно измеряют в Г/кг (в граммах влаги на 1 кг
сухого воздуха, содержащегося во влажном воздухе). Выражение (5)
можно привести к следующему виду:
^ 6 2 2 - ^ - .
(6)
Р-Рп
Та температура, до которой надо охладить при постоянном
давлении влажный воздух, чтобы он стал насыщенным {(р
= 100%)
называется точкой
росы
t.
p
таблицам насыщенного пара)
парциальном давлении пара.
Относительная
Она может быть определена
(по
как температура
при
влажность
и
насыщения
влагосодержание
влажного
воздуха могут быть определены с помощью прибора, называемого
психрометром.
Существует
несколько
типов
психрометров:
станционные, аспирационные, дистанционные, самопишущие и др. В
данной работе используется аспирационный психрометр, общий вид
которого показан на рис.1. Он состоит из двух ртутных термометров
- сухого и смоченного. Смоченный термометр отличается от сухого
тем, что его термоприёмник (резервуар с ртутью) обёрнут батистом и
в
процессе
термометра
помещены
приводится
измерения
поддерживается
увлажнённым.
Оба
заключены в металлическую оправу; их резервуары
в трубки, соединённые
во
вращение
с вентилятором.
электрическим
Вентилятор
двигателем
либо
пружинным механизмом и обеспечивает постоянный поток воздуха в
районе резервуаров со скоростью 2 м/с. Для защиты от нагревания
солнечными
лучами
все
металлические
воздух,
окружающий
части
прибора
никелированы.
Если
влажный
термометры,
будет
ненасыщенным, то с поверхности материи смоченного термометра
будет испаряться вода и он покажет более низкую температуру t >
M
чем температура сухого термометра t . Зная разность t - t
c
c
M
, по
специальным психрометрическим таблицам можно определить ряд
характеристик
влажного
воздуха
(относительную
влажность,
влагосодержание, точку росы и др.).
Состояние влажного воздуха можно также определить по H,d
(I,d)
- диаграмме, предложенной проф. Л. К. Рамзиным (см.
рисунок 1). При создании этой диаграммы использовано уравнение,
связывающее энтальпию 1(H) температуру t и влагосодержание d
влажного воздуха.
Диаграмма строится в косоугольной системе координат. На
этой диаграмме вертикальные линии - линии влагосодержания d
(г/кг); линии, проведённые под углом 135° к вертикальным, являются
линиями постоянных энтальпий. Кроме того на диаграмме имеются
линии
постоянных
температур
влажного
воздуха,
кривые
относительной влажности <р воздуха, кривая парциальных давлений
р - цЧГ). Диаграмма обычно строится для какого-либо среднего
барометрического давления.
у
п
По i-d диаграмме, зная температуру t и относительную влажность <р, можно
определить энтальпию Д влагосодержание d и парциальное давление р„. По
температурам сухого и смоченного термометров можно определить
относительную влажность, воздуха. При этом температура смоченного
термометра принимается за точку росы (точка С), от которой проводится линия
СМ постоянной энтальпии до пересечения с линией температуры сухого
термометра в точке М. Положение последней между кривыми q>=const и
определяет относительную влажность воздуха <р.
Процесс нагрева влажного воздуха на i-d диаграмме
изображается вертикальной прямой линией (линия А В ) при d=const.
Процесс охлаждения также протекает при d=const и изображается
вертикальной прямой (линия МО). Этот процесс справедлив только
до состояния полного насыщения (<р=100%). П р и дальнейшем
охлаждении воздух будет пересыщен влагой, она будет выпадать в
виде росы. Процесс конденсации условно
можно
считать
проходящим по линии <р^100%, например, от точки О д о точки S.
Количество
образовавшейся
воды
будет
равно
разности
влагосодержания в этих точках.
Температура точки росы с помощью i-d диаграммы находится
следующим образом. И з точки, характеризующей данное состояние
влажного воздуха, проводится вертикаль д о пересечения с линией
<р=100%. Изотерма, проходящая через эту точку пересечения, и будет
определять точку росы.
3. Описание лабораторной установки.
Схема лабораторной установки приведена на рис.2.
Рис. 2. Схема лабораторной установки.
Лабораторная установка состоит из климатической камеры
(1), в которой находится электрический нагреватель (3). На
нагревателе устанавливается увлажнитель (2), представляющий
собой открытый сосуд с водой. Для определения влажности воздуха
используется аспирационный психрометр, который может быть
подвешен в камере на специальном крючке. Для вентилирования
камеры служит электровентилятор (5). Вентилятор и нагреватель
питаются от сети переменного тока напряжением 220 В . Для их
включения необходимо вставить соответствующие вилки в розетки,
расположенные на лабораторном столе.
4. Порядок выполнения работы
Перед началом работы лабораторная установка приводится в
исходное состояние: камера (1) сообщается с
атмосферой
лаборатории и термостатируется; в стакан (2) заливается примерно
50 мл водопроводной воды; нагреватель (3) и вентилятор (5) от сети
отключены.
Порядок выполнения работы следующий.
1. Привести психрометр в рабочее состояние (смочить батист
мокрого
измерить
термометра
водой,
начальное
взвести
состояние
пружину
воздуха
вентилятора)
в
камере,
и
т.е.
зарегистрировать tc и t M
2. Снять стакан (2) с нагревателя (3), оставив его в камере.
Закрыть дверки камеры и включить нагреватель. Через 10 минут
после
включения
ввести
в
камеру
психрометр
с
работающим
вентилятором и смоченным водой батистом мокрого термометра.
Через
2
минуты
выполнить
по
психрометру
3
измерения
с
интервалом 30 секунд.
3. Извлечь психрометр из камеры и установить на нагреватель (3)
стакан с водой (2). Через 3 минуты после начала кипения воды
внести в камеру подготовленный психрометр и через 2 минуты
выполнить 3 измерения с интервалом 30 секунд.
4. Отключить питание нагревателя (3), снять с него стакан (2) и
включить вентилятор (5) при закрытых дверцах камеры (1), Через 3
минуты внести в неё психрометр и через 2 минуты выполнить 3
измерения с интервалом 30 секунд.
5. Открыть дверцы камеры. Через 5 минут выключить вентилятор
и измерить конечное состояние воздуха.
Результаты испытаний заносятся в таблицы (см. таблицы 15).Результаты измерения в опытах 2-4 усредняются, С помощью i-d
диаграммы для опытов 1-5 определяется: относительная влажность,
энтальпия, влагосодержание и парциальное давление водяного пара
во влажном воздухе. В масштабе, в косоугольной системе координат
с осями i-d вычерчиваются процессы изменения состояния влажного
воздуха: при подогреве без увлажнения (опыты 1, 2), при подогреве с
увлажнением (опыты 2, 3), при работе вытяжной вентиляции с
закрытыми дверцами (опыты 3, 4), при работе вентилятора с
открытыми дверцами (опыты 4, 5).Производится сравнение реальных
процессов с теоретическими и анализируются причины их различия.
Таблица 1. Результаты опыта 1.
Значение
Измеряемая величина
Температура сухого термометра tc, °С
Температура мокрого термометра t ,°С
M
Таблица 2. Результаты опыта 2.
№ измерения
Среднее
значение
Измеряемая величина
1
2
3
Температура сухого
термометра tc, °С
Температура мокрого
термометра t ,°С
M
Таблица 3. Результаты опыта 3.
№ измерения
Среднее
Измеряемая величина
1
Температура сухого
термометра tc, °С
Температура мокрого
термометра t ,°С
M
2
3
значение
Таблица 4. Результаты опыта 4.
№ измерения
Среднее
значение
Измеряемая величина
1
2
3
Температура сухого
термометра t,;, °С
Температура мокрого
термометра t« ,°С
Таблица 5. Результаты опыта 5.
Измеряемая величина
Значение
Температура сухого термометра tc, °С
Температура мокрого термометра и, ,°С
5. Отчет
Отчёт по лабораторной работе должен содержать: цель
работы; краткие теоретические положения; описание и схему
установки; протокол испытаний; обработку результатов опытов
(приводятся определённые по диаграмме значения <р, I , а\ р ) графики
изменения состояния влажного воздуха в осях i-d; анализ
полученных результатов.
п
6. Вопросы для самопроверки
1. Что называется температурой точки росы?
2. В каких единицах измеряются влажность и влагосодержание
воздуха?
Лабораторная работа № 2
Определение термического сопротивления теплопроводности
материала методом цилиндрического слоя
1.Цель работы
Найти
термического
сопротивления
теплопроводности
исследуемого материала R T и определить изменение R T в функции от
температуры.
2. Основные теоретические положения
Интенсивность переноса тепла в твердом теле определяется
температурным
градиентом
и
значением
коэффициента
теплопроводности. Последний является физическим параметром; он
характеризует собой способность материала проводить тепло. Для
различных материалов коэффициент теплопроводности различен и
для каждого из них зависит от структуры, объемного веса, влажности
и
температуры.
Значение
коэффициента
теплопроводности
находится из опыта. Одним из способов его определения является
так называемый метод цилиндрического слоя.
В этом случае исследуемому материалу придается форма
цилиндрической полой трубы. Она может быть цельной или
набранной из нескольких коротких колец, плотно прилегающих друг
к другу. Для создания температурного перепада в цилиндрическом
слое исследуемого материала последний может обогреваться с
внутренней или наружной стороны. При обоих способах обогрева
нагреватель должен создавать тепловой
поток,
равномерно
распределенный по длине образца. При установившемся состоянии
системы все количество тепла, которое выделяется внутри трубы,
проходит через цилиндрический слой материала и определяется
следующим уравнением теплопроводности:
О)
где
Я - коэффициент теплопроводности исследуемого материала,
Вт/м-К;
I - длина трубы, м; d2 и d l - внутренний и наружный
диаметры цилиндрического слоя материала, м;
U и U
l
2
- средняя
температура внутренней и наружной поверхностей цилиндрического
слоя материала, К.
Если измерить I , d l , d2 , Q , Ц
, V
2
, то из уравнения (1)
легко
находится
значение
коэффициента
теплопроводности.
Линейное термическое сопротивление теплопроводности стенки
определим из уравнения:
( 2 )
В общем случае трубопровод может быть покрыт не одним, а
несколькими
слоями
изоляции
с
различными
значениями
коэффициента теплопроводности. В этом случае из уравнений (1) и
(2) определяются значения так называемых
эквивалентных
коэффициента теплопроводности и термического сопротивления
теплопроводности,
характеризующих
свойства
сложной
цилиндрической стенки.
3. Описание опытной установки
Лабораторная установка состоит из трубы длиной I = 800 мм,
покрытой тепловой изоляцией из асбеста с внутренним диаметром d l
- 32 м и наружным диаметром d2 = 58 мм. (см. рис. 1).
г
з
4
Рис.1. Схема экспериментальной установки для
исследования теплопроводности асбеста:
1 - регулятор напряжения; 2 - слой асбеста; 3 - нагреватель;
4 - термопара; 5 - пакетный переключатель; 6 - сосуд Дьюара;
7 - потенциометр ПП-63; 8 - измерительный комплект К505.
Внутри трубы заложен электрический нагреватель, создающий
равномерный обогрев. Сила тока в цилиндрическом нагревателе
меняется с помощью регулятора напряжения типа РНО, при этом
тепловая мощность определяется по прибору типа
К-505.
Температура исследуемого материала измеряется никельхроммедноникелевыми термопарами градуировки Е.
Горячие спаи
термопар заложены на внутренней и наружной поверхностях
изоляционного слоя. Холодный спай термопар помещен в сосуд
Дьюара. Термо э.д.с, термопар контролируется по потенциометру
ПП-63.
Слой изоляции очень плотно прилегает к поверхности трубы,
поэтому термопары, которыми измеряется температура внутренней
поверхности слоя, заделываются на поверхности трубы. Схема
закладки термопар приведена на рисунке. В стенке трубы с помощью
фрезы протачивается канавка шириной 1,5 мм, глубиной 0,5 мм,
длиной 50 мм. Электроды термопар предварительно пропускаются
через отверстия фарфоровой двухканальной соломки. Затем,
изолированные таким образом, термопары укладываются в канавку;
спай термопары заканчивается в канавке и покрывается замазкой.
Замазка зачищается заподлицо с поверхностью трубы.
Установленный в опытной трубе электрический нагреватель
рассчитан на мощности, которые позволяют получить температуру
стенки до 2 5 0 С.
0
4. Проведение опыта
После ознакомления с опытной установкой необходимо
подготовить
протокол
для
записи
наблюдений,
проверить
правильность включения измерительных приборов и наличие льда в
сосуде Дьюара с холодным спаем термопар.
После проверки преподавателем собранной схемы можно
приступить к проведению опыта. Для этого включить регулятор
напряжения в сеть и установить первый режим нагрева (режимы
нагрева по току или напряжению задается преподавателем). На
установившемся тепловом режиме измерить мощность нагревателя и
температуры внутренней и внешней поверхностей слоя изоляции.
Результаты записать в протокол.
О п ы т 1.
U =
Е
мв
В;
I =
t °С
A;
ti °С
Q =
Вт
t
2
°С
термопар
1
2
4
5
6
В таком же порядке выполнить измерения на установившемся
втором и третьем режимах.
5. Обработка результатов опыта
Для обработки следует использовать данные, полученные
только на установившемся режиме системы.
Коэффициент теплопроводности определяется по следующему
уравнению:
2ж -I •{v l
и)
2
где Q - мощность, потребляемая электрическим нагревателем.
Величины
_t +t +t
Ц~
t
2
e
и
U
2
найдем по формулам:
3
3
« ,
Ц
•
b ± i ± i .
Здесь
t
x
(4)
t
6
- температуры, измеренные
термопарами
соответственно
на
внутренней
и
наружной
поверхностях
изоляционного слоя.Полученное
из уравнения
(3)
значение
коэффициента теплопроводности следует относить к средней
температуре исследуемого материала u =
(p -v )/2.
l
2
Если имеется несколько замеров при разных температурах, то
можно
построить
график
зависимости
коэффициента
теплопроводности и термического сопротивления теплопроводности
от средней температуры исследуемого материала: Я = f(u)
и
R =
t
f(u).
6. Составление отчета
1.
2.
3.
4.
5.
Отчет должен содержать:
Основные теоретические положения;
Схему экспериментальной установки;
Протокол записи показаний приборов;
Обработку результатов опытов;
Графики зависимостей R - f(u) , R -
6. Выводы.
t
(
f{p)\
Контрольные вопросы
1. Каким образом передается тепло в газах, жидкостях и твердых
телах?
2. Как изменяется коэффициент теплопроводности в функции
температуры для чистых металлов и сплавов?
3. В
чем
состоит
физический
смысл
коэффициента
те мпературопро водности?
4. Являются ли векторными величинами плотность теплового
потока и градиент температуры и как они связаны друг с
другом?
5. Теплопроводность каких строительных материалов меньше и
почему следует использовать в ограждающей конструкции
материалы
с
малым
значением
коэффициента
те плопро водности?
Лабораторная работа № 3
Исследование процессов теплообмена методами
электроаналогии
1. Цель работы
Исследование температурного стационарного поля в плоской и
цилиндрической ограждающей стенке на установке "Интегратор
ЭГДА".
2. Основные теоретические положения
К числу экспериментальных методов исследования процессов
теплопроводности относится метод аналогий. Математически
аналогичные
явления описываются
формально
одинаковыми
дифференциальными уравнениями и усилиями, однако физическое
содержание и размерность входящих величин различны.
Явления
теплопроводности
и
электропроводности
описываются следующими уравнениями:
dQ =
-X~.dF
О)
Tt
dI=-S~-dK
(2)
где dQ
и d l - элементарные потоки теплоты и электричества,
прошедшие в единицу времени через площадки аТт и dF3 в
направлении нормалей п
и и ; t
и
U
- температура и
т
э
электрический потенциал; Я и<? коэффициенты теплопроводности и
электропроводности.
Применение указанных уравнений в случае одномерной задачи
в стационарных условиях протекания процесса при независимости
физических свойств (Л, S ) от температуры приводит к следующим
дифференциальным уравнениям Лапласа:
2
5t
(3)
2
dU
(4)
Уравнения для температурного и электрического потенциала
имеют одинаковую структуру. Аналогичные явления должны
протекать в геометрически подобных системах. Граничные условия
могут быть заданы различными способами. Допустим, что они
задаются в виде следующих уравнений, соответствующих граничным
условиям третьего рода:
- Л • grad t - а • Д / ,
-grad
t=
(5)
1т
Уравнение (5) представим в виде:
-grad
где
U=
—,
1 = Л/а .
Т
Для установления количественной связи между аналогичными
физическими величинами (аналогами) математические описания
приводят к безразмерной форме. Для этого в качестве масштаба для
температурного
напора
можно
принять
величину
At ,
Q
электрического потенциала сходственный масштаб будет AU ,
Q
линейных размеров - сходственные линейные отрезки 1
Г0
для
для
и / .
э 0
Обозначим значения величин, выраженных в относительном
масштабе, следующим образом:
Аналогичные соотношения имеют место для величин,
относящимся к электрическим явлениям. После подстановки этих
соотношений в уравнения (3), (4) и (5), получим:
8
2
0
- о ,
дХ*
= 0.
(6)
Граничные условия третьего рода представим так:
О
U
-grad 6 = —;
-grad £/ = —.
Эти уравнения тождественно одинаковы, а, следовательно, и
решения
безразмерных
дифференциальных
уравнений
теплопроводности и электропроводности тождественно одинаковы,
если выполняются условия:
Л =4;
=
г
ют
юэ
/ , = ^ - А .
ют &
(
7
)
При выполнении условия (7) безразмерная температура и
безразмерное электрическое напряжение в сходственных точках
систем имеют численно одинаковые значения:
0**U,
(8)
Для любых сходственных точек образца и модели справедливо
при наличии безразмерных координат соотношение:
t -t
x
2
и -и '
х
2
( 9 )
3. Описание опытной установки
Схема
установки
"Интегратор
ЭГДА"
(электрогидродинамическая аналогия) представлена на рис. 1, где БП
- блок питания, Д Н - делители напряжения, И У - измерительное
устройство, М - модель из электропроводной бумаги.
ДН
БП
ДН
ИУ
Рис.1. Схема экспериментальной установки.
Моделирование производится с помощью электропроводной
специальной бумаги, из которой вырезается геометрически подобное
очертание ограждающей конструкции. Модель соединяется с блоком
питания БП с помощью проводников и измерительных шин.
Величина электрического потенциала в исследуемой точке модели
измеряется устройством ИУ, при чем электрический сигнал к ИУ
подводится с помощью одинарной иглы.
4. Проведение опыта
1. Собрать модель ограждающей конструкции в виде участка
электропроводной бумаги заданной конфигурации и подсоединить ее
к блоку питания БП к точкам 100 % и 0 %.
2. Включить питание установки.
3. Установить на измерительном устройстве рукоятку декады
сопротивления в нужное положение (10%; 20%;
90%).
4. Измерительной иглой (щупом) сначала при низкой, а затем
при высокой чувствительности найти на модели точки, при которых
стрелка гальванометра станет в положение нуля.
5. Снять
координаты точек (не менее трех для каждого
значения. U ,%) с помощью линейки или измерителя и усреднить.
x
6. Исследование провести на модели плоской однослойной
стенки и однослойной цилиндрической стенки.
7. Результаты исследований занести в таблицу (см. таблицу
оТаблица 1. Результаты исследований.
Изм .точки
и%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
х3
'э
К
^эх
Аналогичная таблица составляется и для цилиндрической
стенки. В этом случае вместо значений / ставятся значения X с
теми же индексами.
5. Обработка результатов опыта
Основным условием
следующего соотношения;
и -и
г
является
выполнение
t -t,
х
2
Потенциал U
2
Максимальная
моделирования
и
соответствует 100%, а потенциал
минимальная
температуры
на
поверхностях
ограждающей конструкции задает преподаватель. U
и
х
текущие
значения
потенциала
и
температуры.
На
t
x
основании
приведенной формулы определяется текущая температура t
х
:
(*2 -',)+'!
Соответствующее значение текущей координаты найдем из
уравнения:
где / - толщина ограждения; /
э
- ширина модели; / »^эх
координаты натуры и модели.
Значение толщины ограждения
х
/
-текущие
задает преподаватель.
На основании полученных результатов опыта и последующего
расчета
строится
график
t = /(/)
для
плоской
ограждающей
конструкции.
Для построения графика t = f(X)>
г
х
ви ~ о Д°
х
- п
ИАР
Г
изменяется от
(цилиндрическая стенка), необходимо на оси х
отложить отрезок
— =— =
где X
- г
и разделить его в отношении:
ш
_ то,
_
Отсюда:
Х1
=
ъ
=
! ш - .
Ъ.
х
m m
и т
.д.
(
т
где п - число участков, на которые разделена электрическая модель.
Значения потенциалов на линиях плоской модели переносятся
на соответствующие линии графика цилиндрической модели.
Текущая температура цилиндрической стенки находится из
уравнения:
Значения t
l
и / , г и r для цилиндрической стенки задаются
2
2
L
преподавателем.
6. Составление отчета
Отчет должен содержать:
1. Основные теоретические положения.
2. Схему экспериментальной установки.
3. Протокольные записи наблюдений.
4. Вычисление искомых величин.
5. Графические зависимости / = / ( / )
и / = f{X)
для плоской и
цилиндрической ограждающих конструкций.
6. Выводы.
7. Контрольные вопросы
1. В чем суть условий однозначности?
2. Что такое принцип аналогии?
3. Возможно ли, что с увеличением толщины тепловой изоляции
трубопровода
транспортные
теплопотери теплоносителя
в
теплофикационной сети увеличатся?
Лабораторная работа X* 4
Определение изобарной теплоемкости воздуха.
1. Цель работы
Определение числовых
функции температур.
значений
теплоемкости
воздуха
в
2. Основные теоретические положения
При вычислении теплоты, необходимой для нагрева газов,
очень важно правильно выбрать числовое значение теплоемкости,
являющейся функцией многих переменных: природы газа, процесса,
температуры
и
давления
(последний
фактор
приобретает
существенное значение для паров жидкостей, для газов же только
при высоких давлениях),
а также диссоциации при высоких
температурах.
Каждому
термодинамическому
процессу
отвечает
своё
числовое значение теплоемкости, меняющееся в пределах ± о о ,
переходя при адиабатном процессе через нуль. Однако, особая роль
при этом отводится экспериментально определяемым изобарной и
изохорной теплоемкостям, так как все прочие могут быть вычислены
через них.
Как известно из термодинамики, теплоемкость в политропном
процессе вычисляется по формуле:
С = ^ = £ - =С . . ^
/1-1
П~\
(
где С
С
и
- теплоемкость в данном политропном процессе;
- изохорная теплоемкость; п - показатель степени в уравнении
политропы; к
С
р
(1)
- показатель степени в уравнении адиабаты;
- изобарная теплоемкость.
Структура формулы (1) может быть отнесена ко всем видам
теплоемкости, т. е. к массовой, объемной и мольной, но не меняется
формула размерности в зависимости от принятой единицы вещества.
В лабораторной установке определяется объемная изобарная
теплоемкость методом проточного калориметрирования. В этом
случае основное расчетное уравнение имеет вид:
Q-V.CjJr,-/,),
где V
0
(2)
- приведенный к нормальным физическим условиям ( 0 ° С
760 мм рт. ст.)
объемная
ъ
измеренный в опыте объем воздуха, м \
средняя
теплоемкость
интервале температур;
установку: t
2
t
x
при
постоянном
и
С'^
-
давлении
в
- температура воздуха при входе в
- температура воздуха при выходе из установки;
Q - количество теплоты, усвоенной воздухом при омывании им
электронагревателя
и определяемой по расходу электроэнергии в
джоулях.
3. Описание опытной установки
Опытная установка (рис. 1) состоит из стеклянной трубки 1,
являющейся калориметром, в котором производится нагрев воздуха
при омывании им электронагревателя 2, размещенного внутри
трубки. Температура воздуха на входе в калориметр замеряется
ртутным термометром, а на выходе - термопарой 10 и 9 •
потенциометром ПП-63.
Э
4
eaov
РисЛ. Схема экспериментальной установки.
Объем воздуха, прокачиваемого вентилятором 8 через
калориметр, измеряется ротаметром 3. Перевод показаний ротаметра
в расход производится с помощью тарировочного графика. Сила тока
в электронагревателе
изменяется ЛАТРом 4 и
измеряется
комбинированным прибором 5 (К-505). Вентилятор вращается
электродвигателем 7, напряжение питание которого регулируется
ЛАТРом 6.
4. Проведение опыта
Основным требованием при проведении опыта является
осуществление стационарного (установившегося) теплового режима,
при котором расход воздуха в единицу времени и температуры на
входе приобретают постоянное значение во времени, что происходит
примерно через 30-40 мин. после начала опыта.
Для запуска установки надо проверить электрическую схему и,
получив разрешение преподавателя на производство опытных
замеров, включить двигатель вентилятора и нагреватель. Мощность
последнего регулируется ЛАТРом по показаниям прибора К505. В
опыте теплоемкость измеряется при трех режимах. Режимы задает
преподаватель. Предельное значение напряжения на нагревателе не
должно превышать 150 В.
5. Обработка результатов опыта
Искомая средняя теплоемкость, отнесенная к
температур,
в
котором
осуществляется
нагрев
подсчитывается следующим образом:
с
=
1
Q
Объем воздуха V, замеряемый по показаниям
приводится к нормальным физическим условиям:
°
А
интервалу
воздуха,
ротаметра,
Т
где индекс "нуль" относится к нормальным условиям, а величины без
индекса - к условиям опыта, причем Т берется по температуре входа
для каждого приведенного режима.
Переход от объемной теплоемкости к массовой производится
по соотношениям:
С-
Для вычисления тепла, выделенного
нагревание воздуха, служит формула:
-22,4
в
калориметре
Q = IU,
где I
- сила тока, A ; U - напряжение в сети установки, В .
на
6. Составление отчета
Отчет по выполненной работе должен содержать:
1. Протоколы записей измерений;
2. Обработку результатов опыта;
3. График зависимости теплоемкости от температуры;
4. Сравнение опытных данных с литературными.
Результат наблюдений следует занести в таблицу
следующей форме (таблица 1).
Таблица 1. Результаты исследований.
Наименование
Ед.
измерения
Дата испытания
Барометрическое давление
мм рт. ст.
Температура воздуха на входе 11
°С
Температура воздуха на выходе 12
Показания амперметра А
°С
А
Показания вольтметра V
В
Количество теплоты Q
Вт
Показания ротаметра
деления
Результат
ы опыта
Формула
подсчета
Расход воздуха V
Расход воздуха при нормальных
условиях Vo
Объемная теплоемкость С '
ptn
Молярная
масса воздуха
Массовая теплоемкость С „„
м'/с
кДж
мК
кг
кмоль
кДж
кг-К
V -V
9
р
т
.°
Р. г
3
и
по
7. Контрольные вопросы
1. В
чем
отличие
удельных
массовой
и
объемной
теплоемкостей?
2. Какова
зависимость
величины
теплоемкости
газа
от
температуры?
3. В каком термодинамическом процессе теплоемкость равна
бесконечности?
4. Как использовать термодинамические свойства воздуха для
снижения теплопотерь жилого помещения?
5. Каковы по величине теплоемкости воды и воздуха?
6. Как определяется теплоемкость воздуха в изобарическом и
изохорическом процессах?
Лабораторная работа № 5
Определение степени черноты физического тела
1. Цель работы
Определение степени черноты серой пластины и установление
зависимости степени черноты пластины от температуры.
2. Основные теоретические положения
Тепловое излучение (радиация) есть результата превращения
внутренней энергии тел в энергию электромагнитных колебаний.
Тепловое излучение играет значительную роль в теплоэнергетике и
имеет обширную область применения в различных отраслях
промышленности и коммунальном хозяйстве.
Теория
излучения
различает
абсолютно
черные
тела,
характеризующиеся максимальным эффектом радиации, и серые
тела, эффект излучения которых всегда слабее первых и зависит от
состояния
их
поверхности.
Минимальной
излучательной
способностью обладают гладкие, полированные
поверхности.
Энергия излучения твердых тел подчиняется интегральному закону
Стефана-Больцмана. При теплообмене между телами формула для
полного теплового потока записывается в виде:
Ql,2
где с
= £
np'<V^
100
100
0)
- излучательная способность абсолютно черного тела; е
0
пр
-
приведенный коэффициент теплового излучения; F - площадь
теплообменной поверхности (одинаковая в нашем случае для обоих
тел); T T - соответственно температуры поверхности первого и
второго тела.
Qi
a
Приведенный коэффициент
определить по уравнению:
теплового
излучения
можно
l/s +l/ff -i
0
где
£ ,£
0
а
u
соответственно
коэффициенты излучения
первого
и
второго тела.
2
Для абсолютно черного тела константа с = 5,67Вт 1{м
0
4
-К ).
Излучательная способность серого тела равна:
С = £Г-С .
0
(3)
Коэффициент теплового излучения величина безразмерная.
Для абсолютно черного тела 8 = 1 . Тела, для которых 0 < е < 1,
называются серыми телами.
В данной установке для определения степени черноты
исследуемого тела принят упрощенный калориметрический метод,
заключающийся в сравнении радиации, излучаемой черным и серым
телами и измеряемой посредством фотометра (термостолбика).
Воспринятая фотометром лучистая энергия преобразуется в нем в
электроэнергию в виде э . д . с , которая измеряется потенциометром в
милливольтах. Очевидно, чем сильнее радиационная способность
тела, тем значительнее э.д.с. и тем больше показания потенциометра.
Таким образом, в опытной установке осуществлено измерение
неэлектрических по своей природе величин электрическим методом
(метод, получивший широкое применение в различных областях
измерительной техники). В установке сравниваются: излучение
пластины, поверхность которой покрыта слоем сажи (тем самым
излучение ее приравнивается к радиации абсолютно черного тела), с
излучением
пластины
одинаковых
размеров
и формы
из
полированного дюралюминия, обладающей малой интенсивностью
излучения. При одинаковой температуре обеих платин мощности
излучения их различны.
Метод, принятый в опыте, сводится к приравниванию силы
излучения
для обеих пластин, что может быть осуществлено
посредством
увеличения
нагрева
полированной
пластины,
являющейся серым телом, для которого
£, < 1. Тогда из
приравнивания формул, с помощью
которых
оцениваются
измеренные одинаковые тепловые потоки (а это отвечает
одинаковым э.д.с. фотометра для обеих пластин), можно определить
искомую величину
£
г
При одинаковой плотности потока излучения мы имеем для
обеих пластин с учетом формул (1) - (3) следующее соотношение:
5,67-
4
100
= е,-5,67- ~ ш
liooj
100
где Г, - повышенная температура серой пластины
\
Uoo.
(4)
100
(Т >Т ).
1
0
4
100
(5)
.100 J
uoo
я
Опыт повторяется для нескольких режимов Т ' ) Т / )Т ' ) Т
0
7
/
соответственно: Т/ ' )Т ' )Т/ >Т,.
1
0
0
и
3. Описание опытной установки
Лабораторная установка показана на рис. 1.
5
6
I
.
7
Рис. 1. Схема экспериментальной установки.
Исследуемые пластины 6 черная и серая нагреваются одним
нагревателем 7, подключенным к ЛАТРу 9 через измерительный
прибор 8 К-505. Температура каждой из пластин измеряется
четырьмя термопарами 5, подсоединенными через пакетный
переключатель 3 к потенциометру 2 (ПП-63). Свободные спаи
термопар помещены в сосуд Дьюара 1. В качестве приемника
измерения пластин используется термостолбик 4. Термостолбик
представляет собой батарею из 50 последовательно включенных
термопар, изготовленных из тонких нихромовых и константановых
ленточек,
соединенных
сваркой, термостолбик
заключен
в
пластмассовый корпус, снабженный с лицевой стороны окном для
пропуска теплового излучения и собирающим конусом. Горячие слои
термопар размещены на одной линии и расположены против
середины просвета окна, а холодные - затенены (находятся за
пределами окна). Для лучшего поглощения теплового излучения
горячие спаи термопар покрыты тонким слоем копоти; направленное
на термостолбик тепловое излучение проходит через собирающий
конус и через просвет окна в корпусе падает на горячие спаи
термопар. Ширина просвета окна в корпусе может регулироваться
задвижками.
Для измерения термо-э.д.с. термостолбик присоединяется к
потенциометру.
4. Проведение опыта
Установить
напротив
черной
пластины
термостолбик,
включить нагреватель и ЛАТРом выставить по прибору К-505
напряжение в пределах 20-60В (задается преподавателем). Через 1520 мин. нагрева измерить э.д.с. термостолбика и температуру
поверхности черной пластины То (температура усредняется). Затем
переместить термостолбик напротив серой пластины и, изменяя
напряжение ЛАТРа, добиться того, чтобы э.д.с. термостолбика /я,
уравнялось с предыдущим значением
температуру
поверхности
серой
т . В этот момент измерить
0
пластины
Т.
х
Выключить
нагреватель, пластины охладить вентилятором. Повторить опыт для
другого режима напряжения питания на нагревателе. Температура
окружающей среды Т измеряется ртутным термометром.
а
5. Обработка результатов опыта
Обработка сводится к вычислению степени черноты серого
тела, обладающего малой лучеиспускательной способностью, по
формуле (5). О п ы т проводится для нескольких тепловых режимов,
что дает возможность найти графически зависимость коэффициента
теплового излучения от температуры.
б. Составление отчета
Отчет должен содержать:
I.Основные теоретические положения.
2. Схему лабораторной установки.
3. Порядок проведения эксперимента.
4. Протокольные записи наблюдений.
5. Результаты вычисления искомых величин.
6. Графическую зависимость степени черноты от температуры.
7.Выводы и ответы на контрольные вопросы.
Результат наблюдений записывается
(таблица 1).
Таблица 1. Результаты опытов.
№
То
°К
т
0
т,
в таблицу
Т,
т
°К
°к
по
форме
а
1.
2.
3
4
7. Контрольные вопросы
1. Что представляет собой абсолютно черное тело?
2. Чему
равна
степень
черноты
медной
пластины,
окрашенной поверхности, жидкого металла?
3. Как излучается и поглощается тепло жидкими, твердыми
и газообразными телами?
Лабораторная работа № 6
Определение основных параметров
воды и водяного пара
1. Цель работы
Определение
параметров
влажного
пара
x,h ,s ,u
вычисляемых на основании экспериментальных наблюдений и
таблиц сухого насыщенного пара.
x
x
x
2. Основные теоретические положения
В процессе получения рабочего пара наблюдается три
последовательно развивающиеся и переходящие друг в друга стадии
парообразования: нагрев - испарение - перегрев,
которые
характеризуются специфическими закономерностями и различным
изменением параметров.
В процессе конденсации сохраняются те ж е стадии, но в
обратной последовательности. В настоящей работе студент должен
обратить внимание на характерные особенности и расчетные
формулы как для отдельных стадий, так и для процесса в целом.
Первая стадия получения
пара - нагрев жидкости
до
кипения, В термодинамике тепло, затрачиваемое в этой стадии,
получило наименование энтальпии
жидкости, под которой
понимают тепло, нужное для нагрева одного килограмма воды в
изобарном процессе от 0 ° С до температуры кипения (насыщения)
t ,
8
обозначаемое
h'.
Чем выше давление
пара, тем
больше
энтальпия, измеряемая в Дж/кг. Вычисляется энтальпия по формуле:
h'-C^-t,.
где
- средняя удельная теплоемкость, Дж/кг -К;
t - температура кипения, зависящая от давления.
s
(1)
Энтропия кипящей жидкости равна:
S '
=
/ „ i
273
=
/
n
b ^ Z 3 .
273
( 2 )
За
начальную температуру отсчета изменения энтропии
принимается
0 ° С , при которой энтропию принимают условно
равной нулю.
Вторая стадия - переход жидкости в парообразное
состояние
(испарение
жидкости).
Эта стадия существенно отличается от
первой. Процесс характеризуется не только постоянством давления,
но и постоянством температуры, т. е. он является изобарноизотермическим процессом, при котором давление и температура
испарения, равная температуре кипения, взаимозависимы.
Испарение начинается с момента закипания жидкости при
подводе теплоты и заканчивается полным ее
испарением.
Количество
теплоты, необходимое для этой цели,
строго
определенное
для
каждого давления,
называется
скрытой
теплотой парообразования
и обозначается буквой г
(кДж/кг). С
повышением давления г уменьшается, стремясь, к нулю при
критическом давлении р ^ = 22,5 МПа.
р
В процессе испарения жидкость по своей массе непрерывно
уменьшается, а содержание пара возрастает. Массовое соотношение
между паром и жидкостью оценивается степенью сухости
х или
паросодержанием,
представляющим д о л ю пара в одном килограмме
пароводяной смеси ( 1 - х
степень
влажности
или
влагосодержание).
Очевидно, что в момент начала испарения х =0, а
при полном испарении х~\.
Пар в последнем случае получил
наименование сухого насыщенного
пара.
Если ж е испарение воды не доведено до конца, т. е. 0 < х < 1,
то пар является влажным насыщенным и на его производство
затрачивается в процессе испарения меньше тепла, т. е. х • г . Общее
количество тепла, затраченного для получения из 1 кг воды при 0 ° С
сухого насыщенного пара (нагрев и завершенное испарение), иначе
говоря, энтальпия сухого насыщенного
представлена формулой:
h"=h'+r =C
p n
пара
h
-t +r.
, может быть
(3)
s
По отношению к влажному пару (незавершенное испарение)
формула получает вид:
h
x
= h'+r.x.
(4)
Изменение энтропии в процессе испарения равно:
для завершенного испарения
S"=S'+^-;
(5)
для незавершенного испарения
S,-S'+£-.
(б)
Третья стадия получения рабочего пара - перегрев
пара.
Третья стадия осуществляется при продолжающемся подводе тепла
к сухому насыщенному пару. В этом случае между давлением пара и
его температурой имеет место полная независимость: мы можем
нагреть пар выше температуры насыщения t до любой заданной
s
температуры t. Перегретый пар приобретает свойства
газов.
Теплота перегрева подсчитывается по формуле:
q.=c„-(t-0.
где
Срд,
реальных
(7)
- средняя удельная теплоемкость перегретого пара в
интервале температуры t - t , зависящая не только от температуры,
s
но и от давления (определяется по особым таблицам).
Энтальпия перегретого пара может быть представлена в виде
суммы те плот трех последовательных стадий парообразования;
h
n n
=h'+r +C
p m
-(t-t )=h"+C
s
p n
,-(t-t ).
s
(8)
Энтропия перегретого пара определяется уравнением:
Snn = / n i + ПП
^
+C
№
./n~.
рш
(9)
^
Таким образом, под энтальпией перегретого пара понимают
количество тепла, необходимое, чтобы нагреть 1 кг воды от О ° С до
начала кипения, последующего испарения и для перегрева до
заданной температуры в изобарическом процессе.
3. Описание опытной установки
На рис. 1 представлена схема установки.
4
Рис.1. Схема экспериментальной установки.
Водяной
пар, необходимый для
производства
опыта,
вырабатывается в стеклянном испарителе 3, установленном на
электроплитке 2. Полученный пар транспортируется по резиновому
шлангу в змеевик, где он конденсируется благодаря охлаждающему
действию воды, в которую он погружен.
Образовавшийся конденсат стекает в сборник 7. Змеевик и
сборник конденсата погрузить в воду, заливаемую в термостат 6 в
таком количестве, чтобы она полностью покрывала их. Объем воды в
термостате определяется с помощью мерной линейки; температура
воды измеряется ртутным термометром 5, а вода в термостатах
перемешивается мешалкой 4.
4. Проведение опыта
Для проведения экспериментальных наблюдений лабораторная
установка должна быть предварительно подготовлена. Сборник
конденсата необходимо освободить от остатков конденсата, для чего
отвернуть крышку, вылить конденсат, а затем плотно завернуть
крышку. Сборник конденсата вместе со змеевиком установить в
термостат. Измерить мерной линейкой объем воды в термостате и
температуру воды. В испаритель 3 залить дистиллят примерно
его объема. Включить электрическую плитку 2 в сеть через Л А Т Р 1 и
предварительно прогреть испаритель минут 5-10. Затем соединить
испаритель 3 резиновым шлангом со змеевиком и продолжить
процесс получения пара и его последующей конденсации до тех пор,
0
пока температура воды в термостате не увеличится на 2 - 4 С . В
процессе конденсации пара, вода в термостате перемешивается
мешалкой 4. По окончании опыта взять испаритель с плитки, снять
шланг со змеевиком и определить количество конденсата мерным
сосудом.
5. Обработка результатов опыта
В данной экспериментальной установке для определения
скрытой теплоты парообразования х принят метод конденсации,
обратный испарительному, то есть равный таковому по величине,
обратного знака. Вместе с тем, пар, полученный в испарителе,
является влажным, и, таким образом, теплота конденсации,
отнесенная к 1 кг равна
х - r , что необходимо учесть при
вычислениях.
В условиях опыта, эта искомая величина определяется из
уравнения
теплового
баланса
теплообменного
процесса,
осуществляемого в установке. В левой части равенства уравнения
учитывается
теплота
М • х • г,
выделенная М (кг)
конденсирующегося пара, и теплота охлаждения
конденсата
M -(t ~t )
а в правой - теплота, усвоенная как охлаждающейся
п
n
s
2
п
t
водой в термостате
М • A t , так и металлическими частями
установки:
змеевиком,
сборником,
мешалкой,
термостатом.
Теплоемкость последних равна сумме:
в
М
-с
где
M ,M M M
ш
+М -с +М
ш
СБ
m
CEt
M>
СБ
-с
м
+М
м
с =W-c ,
Т
т
(10)
P
- массы указанных частей; с
T
з м
,с
С А
,с ,с
и
г
- удельные теплоемкости указанных частей; W- водяной параметр
калориметра,, равный массе воды; с
• теплоемкость воды.
Р
Воспринятое водой и металлическими частями калориметра
тепло конденсации равно:
e=(*f,+FP)-c,-о,-*,).
(и)
где (t + t ) - нагрев системы от начальной температуры.
2
x
Таким образом, уравнение теплового баланса имеет вид:
М -xr
п
+ M -(t -t )-c =(M +W)-c -{t
n
s
2
P
B
P
2
- О -
(12)
Для нахождения степени сухости
х
необходимо найти
скрытую теплоту парообразования
г по таблицам сухого
насыщенного пара при давлении опыта (по барометру). Таким
образом, расчетная формула для условиях опытаможет
быть
представлена в следующем виде:
где W - водяной параметр калориметра, равный 0,27 кг; М
количество воды, заливаемое в термостат;
г - скрытая теплота
парообразования (или теплота конденсации), определяемая по
таблицам сухого насыщенного пара при давлении опыта; t , , t температуры воды, измеряемые термометром в начале и в конце
опыта; М
- масса сконденсировавшегося пара, измеренная при
в
2
п
опорожнении змеевика и сборника конденсата.
6. Составление отчета
Отчет должен содержать:
1 .Основные теоретические положения.
2. Схему экспериментальной установки.
3. Протокол записи измеряемых величин.
4. Расчетные данные.
5. Определения искомых величин х , h , s
,и
6.Ответы на контрольные вопросы и выводы по работе.
Результаты наблюдений заносятся в таблицу следующей формы:
x
x
х
Таблица ^Результаты экспериментальных данных.
№
наименование
размерност
ь
1. барометрическое давление В
мм рт. ст.
2.
температура насыщенного пара при бар.
°с
давлении t
опытные
данные
по
таблице
s
3.
количество воды в калориметре
4.
водяной пар. калориметра W
5.
теплоемкость
установки. (М
7.
в
p
начальная температура воды в калориметре
tl
конечная температура воды в калориметре
t2
8.
масса конденсата
9.
средняя теплоемкость воды
кг
кг
калориметрической
+W)-c
в
6.
М
кДж/К
°с
°с
кг
М
п
с
Р
кДж/кг- К
10. скрытая теплота
парообразования г
кДж/кг
11. степень сухости х
-
12. энтальпия воды h
кДж/кг
13. энтальпия сухого насыщенного пара h"
14. энтропия воды s
кДж/кг
кДж/кг* К
15. энтропия сухого насыщенного пара s"
кДж/кг- К
1
!
0,27 кг
7. Контрольные вопросы
1. В каких пределах изменяется степень сухости влажного
пара?
2. Как определяется энтропия влажного пара?
3. В чем отличие перегретого и насыщенного водяного пара?
4. Область применения воды и водяного пара?
5. Как
изображаются
основные
термодинамические
процессы для воды и водяного пара в тепловой и
рабочей диаграммах?
6. В чем отличие энтальпии от энтропии влажного и
перегретого водяного пара?
Лабораторная работа № 7
Исследование процессов теплообмена при свободной конвекции
воздуха
1. Цель работы
Определение конвективной и радиационной составляющих
теплового
потока
теплообменника
и
экспериментального
исследования зависимости коэффициента теплоотдачи
ОС
от
температурного напора при свободной конвекции воздуха.
2. Основные теоретические положения
Процессы теплообмена, связанные с движением жидкостей
(капельных и упругих), соприкасающихся с поверхностью нагрева,
получили наименование конвективного
теплообмена. П о природе
возникновения различают два вида движения: свободное и
вынужденное. Изучаемое в данной работе свободное движение
возникает при наличии частиц разной плотности в соприкасающейся
с телом среде, т. е. когда температура тела отличается от
температуры окружающей среды. Возникающее при этом возле тела
температурное поле обуславливает возникновение плотностного
поля. Таким образом, в окружающей тело среде появляются
архимедовы
силы, под действием
которых нагретые
при
соприкосновении более легкие частицы поднимаются, а на их место
поступают холодные более тяжелые частицы. Тепло, воспринятое от
тела частицами, переносится в окружающее пространство.
Чем больше разность температур между телом и средой, тем
интенсивнее
теплоотдача
соприкосновением
(конвекцией).
Теплоотдача зависит, также, от физических свойств среды, от формы
и положения тела и ряда других факторов.
В основу тепловых расчетов конвективного теплообмена
положена формула Ньютона-Рихмана, имеющая вид:
Q=a{ -t ).F-T
tv/
где Q
f
w
0)
- количество тепла, Дж, переданное поверхностью нагрева
жидкости или газу;
\f -t )'
t
2
F
-поверхность нагрева, М ; г - время, с;
разность температур между стенкой
f
и жидкостью или
газом.
Интенсивность теплообмена
определяется
коэффициентом
2
теплоотдачи СС ( В г / м к ) , который по своему физическому смыслу
представляет
количество
тепла
(Дж), переданное
стенкой
поверхностью в 1 М , омывающей ее среде за единицу времени сек.
при разности температур между стенкой и средой в 1 К.
3. Описание опытной установки
2
На рис. 1 показана схема опытной установки для определения
коэффициента теплоотдачи горизонтальной трубы при свободной
конвекции воздуха.
Рис.1. Схема экспериментальной установки.
Основным элементом установки является горизонтальная труба
4, нагреваемая изнутри размещенным в ней нагревателем.
Питание нагревателя производится от сети U - 220 В через
лабораторный автотрансформатор 2 и измерительный прибор 3 (К505).
В трубе установлены термопары, ЭДС которых контролируется
потенциометром 9 (1111-63). Переключение термопар производится
пакетным переключателем 8. Свободные спаи термопар размещены в
сосуде Дьюара.
В схему включена также и вертикальная труба 6, имеющая
нагреватель 7 и термопары 5. Подключение этой трубы к сети и
измерительному прибору осуществлено также как и горизонтальной
трубы.
4. Проведение опыта
Главным
условием
постановки
эксперимента
является
осуществление стационарности теплового режима, т. е. постоянство
температур, замеряемых во времени. Оно достигается тем, что
прогрев трубы выдерживают (в течение 30 мин.) до тех пор, пока
температуры не установятся на определенном уровне. Этот прием
должен быть строго соблюден при каждом тепловом режиме. Опыт
проводится для 3-4 режимов, для чего необходимо работать при
разных напряжениях в сети действующей установки. Переход на
разные
режимы
осуществляется
посредством
лабораторного
трансформатора (ЛАТР) при наблюдении за вольтметром 3. Л А Т Р
подключен к щитку, питаемому от электросети 220 В. Включение
установки в работу производится с разрешения преподавателя. Все
измерения заносятся в протоколы и по ним производятся
необходимые
подсчеты.
Режимы
(по
напряжению)
задает
преподаватель.
5. Обработка результатов опыта
Искомая величина
О
СС вычисляется по формуле:
При обработке экспериментальных данных
необходимо
учитывать сопровождающее опыт следующее обстоятельство: дело в
том, что кроме охлаждения трубы посредством свободной конвекции
имеет место также тепловое излучение трубы в окружающее
пространство.
Таким
образом,
общая
потеря
тепла
Q
o 6 n
представляет суммарный эффект конвекции и радиации:
Q „
6
= Q . o » + Q
m
w
N
Для учета теплового излучения применяют формулу, пригодную к
условиям опыта.
т ^
100
где
S
-
Tp
степень
дюралюминиевой
(3)
,100
черноты
трубы,
равная
поверхности
полированной
2
0,203;
4
5,7Вт/'м • К -
излучательная способность абсолютно черного тела; Т ^ . и Т ^
абсолютные температуры поверхности трубы и окружающей среды,
совпадающей с температурой воздуха; F - поверхность рабочей
части трубы при диаметре d = 0,04 м. и длине I = 0,655 м.
Таким образом, применительно к условиям опыта расчетная
формула приобретает вид:
Q
а =
K
ОН
Qo6
Щ
Q-рад
]
Общее количество тепла, выделенное
(центральным),определяется по формуле:
Q
где
o 6
и
(4)
электронагревателем
=/.£/[Вг],
1 - сила тока, A ; U - напряжение в сети, В .
Полученные значения коэффициента теплоотдачи при разных
силовых режимах должны быть представлены в виде графика
а = f{At)
В современном учении о конвективном теплообмене принято
обрабатывать данные эксперимента в виде некоторых безразмерных
комплексных переменных, называемых критериями подобия. Эта
обработка позволяет распространять результаты опыта на группу
схожих явлений. Примером такой обработки служит "критериальная
формула" для свободной конвекции, предложенная академиком М.
А. Михеевым для случая горизонтальной трубы:
,
25
25
№ „ =O,50(Gr ,,.Pr ) - (Pr /PrJ- ,
/
где
Gr
fd
подъемные
= р• ^ f
(t
/
w
-tf)
(архимедовые)
(6)
/
- критерий Грасгофа,
u
силы;
^ /,d
учитывающий
~ ~~~
~ критерий
у
Нуссельта, учитывающий теплообмен возле стенки трубы; Рг = — а
критерий Прандтля, учитывающий тепловые свойства окружающей
тело среды; ОС - коэффициент теплоотдачи; v - коэффициент
кинематической
вязкости,
М
2
/
сек;
а-коэффициент
2
температуропроводности, М /сек; Л -коэффициент
теплопроводности,
Вт/м-
К;
/3-
коэффициент
объемного
расширения, равный для газов, \jT
,1/К.
Физические константы берутся из соответствующих таблиц.
Индексы
fyW d
у критериев указывают, что их надо
f
y
вычислять при температуре среды t
f
или t
w
и диаметре трубы d (в
данном случае d = 0,04 ).
Дробный множитель в скобках является поправочным,
учитывающим направление теплового потока; в данном случае он
может быть принят равным единице. Обработка опыта должна быть
произведена (для одного режима) в определении Nu
по формуле
/4
(6).
Гидродинамическая
картина движения при достаточной
протяженности поверхности, вдоль которой перемещается поток при
свободной конвекции, показывает, что в начальном соприкосновении
имеет место ламинарный режим, который на некотором участке
начинает разрушаться, образуя переходный режим (названный по
внешнему сходству "локонообразный"), а затем
полностью
преобразуется в турбулентный.
Эти последовательные превращения режимов зависят от
температурного напора At = t
—t >
w
а также от протяженности
f
следования жидкостей по омываемой
ими поверхности. Для
вертикальной трубы академик М. А. Михеев рекомендует следующие
расчетные формулы, пригодные для воздуха:
3
а) при 10 < ipr '?r )<
f
h
10
f
9
(ламинарный режим)
25
NUf^OjeiGr^-Vr,}' ;
б) при lpr
fJt
№
/ A
(7)
- Pi> ) > 10* (турбулентный режим)
c(U5-(a-
n
/ >
-Pr )P' .
(8)
/
В качестве определяющего линейного размера принята высота
трубы п.
6, Составление отчета
Отчет по выполненной работе должен содержать:
1. Протоколы записей измерений;
2. Обработку результатов опыта;
3. Построение графика ОС = f(b£^
;
4. Определение Nu по критериальным формулам (6 - 8);
5. Сопоставление опытной величины ОС с литературными
значениями.
ее
Результаты наблюдений заносятся в таблицу по следующей форме
(таблица 1).
Таблица 1. Результаты исследований.
№ 1(A) U ( B )
Qo6in=I*U Вт
термо
Э.Д.С. мв
Tw(K)
Tf ( К)
1
2
3
7. Контрольные вопросы
1. Какой вид теплообмена имеет место в конвекторах?
2. В чем отличие процессов передачи тепла при
теплопроводности, конвекции и тепловом излучении? Как
учитывается процесс теплового излучения?
3. Каким образом передается тепло окружающему воздуху при
свободной конвекции воздуха?
Лабораторная работа № 8
Исследование процессов теплообмена при вынужденном
движении жидкости
1. Цель работы
Определение опытным путем коэффициента теплоотдачи на
физической
модели
и сравнение значения
коэффициента
теплоотдачи с расчетными данными.
2, Основные теоретические положения
При этом виде теплоотдачи перемещение жидкостей внутри
трубопровода
вызывается
внешними
побудителями,
как-то:
вентилятором,
насосом
и
т.
п. Механизм
теплопереноса
обуславливается гидродинамическим режимом потока. Последний
определяется соотношением инерционных и вязкостных сил,
действующих в потоке. При преобладании инерционных сил создаются условия, формирующие турбулентный режим
течения
жидкости. При преобладании вязкостных сил - формируется
ламинарный режим течения. При ламинарном течении отдельные,
параллельно перемещающиеся струи скользят друг по другу. Если
режим турбулентный, то
непосредственно у стенок образуется
тонкий, как бы прилипший, пограничный слой с присущим ему
ламинарным течением. Над ним, в "ядре" сечения, развиваются
беспорядочные, хаотические, сильно перемешивающиеся между
собой траектории частичек. Таким образом, перенос при ламинарном
потоке
связан
с
теплопроводностью
жидкостей,
то
есть
интенсивность теплоотдачи зависит от теплофизических свойств
среды и не зависит от скорости движения. При турбулентном режиме
интенсивность
теплопереноса
определяется
развитием
завихренности в "ядре" потока, зависящей от скорости потока СО
(м/сек). В этом случае, чем больше соударений между мало
теплопроводным пограничным слоем и набегающими на него
эффективными частичками ядра, тем интенсивнее теплоотдача.
Ламинарный режим может перейти в турбулентный при достижении
определенного соотношения между действующими в потоке силами
трения и кинетической энергией. Это соотношение для труб с
диаметром d (м) оценивается числовым значением критерия
кинематического подобия Рейнольдса:
_
о) • d
Re = — .
v
(1)
Указанный переход режимов наступает при критическом
значении Re,^ = 2000; при Re < 2000 имеет место ламинарный
поток, а при Re > 10 000 - турбулентный. При промежуточном
значении наблюдается переходный режим, имеющий завершенную
форму, зависящую от случайных элементов. Итак, при теоретической
обработке экспериментальных данных необходимо определить
числовое
значение
критерия
Рейнольдса. Чтобы
учесть
теплофизические свойства рабочего тела при использовании
теории подобия следует ввести в критериальные уравнения
критерий Прандтля;
Pr = v / « ,
(2)
где а - коэффициент температуропроводности;
v - коэфиициент
кинематической вязкости.
В работе необходимо получить опытным путем коэффициент
теплоотдачи и сравнить его с расчетным значением коэффициента
теплоотдачи, определенным из критериального уравнения:
3 3
M/ = Re°' Pr,
где Nu = a-d/X
(3)
- критерий теплового подобия; Л - коэффициент
теплопроводности при средней температуре жидкости.
При вынужденном ламинарном потоке приходится учитывать
проявление архимедовых сил и ввести в расчетную формулу
критерий подъемных сил Грасгофа:
3. О п и с а н и е опытной установки
Принципиальная схема установки дана на рис. 1.
Экспериментальный
участок
представляет
собой
горизонтальную латунную трубу с внутренним диаметром d = 0,01 и
длинной £ = 1 , 3 м .
Воздух вентилятором 2 прокачивается через ротаметр 3 и
исследуемую трубу 5. Тепло к воздуху подводится от электрического
нагревателя 6. Питание к нагревателю подводится от сети через
Л А Т Р (4), измерительный прибор К-505 (12). Температура стенки
контролируется шестью термопарами 7, величина ТЭДС которых
измеряется потенциометром 9 (ПП-63). Переключение термопар
производится пакетным переключателем 8. Свободные спаи
термопар помещены в сосуд Дьюара. Температура воздуха на входе
определяется по ртутному термометру, а на входе - термопарой.
Скорость вращения рабочего колеса вентилятора 2 регулируется
путем изменения ЛАТРом 11 частоты вращения двигателя 1.
ft
7
Рис.1. Схема экспериментальной установки.
4. Проведение опыта
Опыт проводят в следующем порядке:
1. Включают вентилятор и нагреватель на режим, указанный
преподавателем.
2. На установившемся тепловом режиме измеряют следующие
величины:
а) мощность нагревателя N (Вт) ваттметром 12;
б) расход воздуха по ротаметру 3;
в) температуру воздуха на входе ^
ж
и выходе ?
ртутному термометру и термопаре;
г) температуру стенки трубы в шести точках
ж
из трубы по
t t ^J .
a([9 m2
o6
Изменение
режима
лабораторной
установки производят
путем регулирования мощности нагревателя. Опыт проводят на трех
режимах.
5. Обработка результатов опыта
Расчеты проводятся по приведенным ниже формулам:
1. Средняя температура воздуха в трубе:
^ =
?
*
* ' *
•
(5)
2. Средняя температура поверхности трубы:
1
3. Средний температурный напор:
Д* = / ~ - / ~
(7)
4. Коэффициент теплоотдачи:
а=
g
n-X-d-Ы
.
5. Для воздуха при Re <2000
(8)
jVw=0,13-Re
0,33
ж -Gr­ж
it)
при R e > 10000
ЛЬ = 0,018-Re
ж
(Ю)
Полученное по уравнению (8) значение а необходимо сравнить
с расчетным, подсчитанным по формулам (9) и (10). Расчеты
критериев подобия следует проводить согласно таблицам параметров
сухого воздуха.
При вычислении критерия Рейнольдса среднюю скорость
потока высчитывают по формуле:
где G - расход воздуха - определяется по тарировочной кривой,
приведенной на стенде; р- плотность воздуха при условиях опыта.
6. Составление отчета
4) определение ОС по критериальным формулам (9) и (10);
5) сопоставление опытной величины
ОС с литературными
значениями.
Результаты измерений заносятся в таблицу по форме:
1(A)
U (В)
Q=IU
(Вт)
Tw(K)
Tf(K)
а
1
2
3
7. Контрольные вопросы
1. Какова размерность коэффициента теплоотдачи?
2. Что вызывает вынужденную конвекцию в системах водяного
и воздушного отопления?
3. Как изменяется
теплоотдача отопительного прибора от
температуры теплоносителя?
Лабораторная работа № 9
Построение рабочих характеристик теплообмеиного аппарата
1.
Цель работы
Изучение работы теплообменного аппарата при
расходах сред.
2.
различных
Основные теоретические положения
Теплообменники — это устройства, в которых теплота
переходит от одной среды к другой. Теплообмен
между
теплоносителями является одним из наиболее важных и часто
используемых в технике процессов. Например, получение пара
заданных параметров в современном парогенераторе основано на
процессе передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. В
конденсаторах
и
градирнях
тепловых
электростанций,
воздухоподогревателях
доменных печей и многочисленных
теплообменных устройствах химической промышленности основным
рабочим
процессом
является
процесс
теплообмена
между
теплоносителями. П о принципу действия теплообменные аппараты
могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и
смесительные Выделяются еще теплообменные устройства, в
которых нагрев или охлаждение теплоносителя осуществляется за
счет внутренних источников теплоты.
Рекуперативные теплообменные аппараты представляют собой
устройства, в которых две жидкости с различными температурами
текут в пространстве, разделенном твердой стенкой. Теплообмен
происходит за счет конвекции среды и теплопроводности стенки, а
если хоть одна из жидкостей является излучающим газом, то и за
счет теплового излучения. Примером таких аппаратов являются
котлы, подогреватели, конденсаторы выпарные аппараты и др.
Регенераторы - такие теплообменные аппараты, в которых одна
и та же поверхность нагрева через определенные промежутки
времени омывается то горячей, то холодной жидкостью. Сначала
поверхность регенератора отбирает теплоту от горячей жидкости и
нагревается, затем поверхность регенератора отдает энергию
холодной жидкости. Таким образом, в регенераторах теплообмен
всегда происходит в нестационарных условиях, тогда
как
рекуперативные теплообменные аппараты большей частью работают
в стационарном' режиме. Типичным примером регенеративных
аппаратов
являются
воздухоподогреватели
мартеновских
и
доменных печей.
Так как в регенеративных и рекуперативных аппаратах процесс
передачи теплоты неизбежно связан с поверхностью твердого тела,
то их еще называют поверхностными.
В смесительных аппаратах теплопередача осуществляется при
непосредственном контакте и смешении горячей и холодной
жидкостей. Типичным примером таких теплообменников являются
градирни тепловых электрических станций. В градирнях вода
охлаждается атмосферным воздухом. Воздух непосредственно
соприкасается с водой и перемешивается с паром, возникающим изза частичного испарения воды.
В теплообменниках с внутренними источниками энергии
применяются не два, как обычно, а один теплоноситель, который
отводит теплоту, выделенную в самом аппарате. Примером таких
аппаратов могут служить ядерные реакторы, электронагреватели и
другие
устройства.
Независимо
от
принципа
действия
теплообменные аппараты, применяющиеся в различных областях
техники, как правило, имеют свои специальные названия. Эти
названия
определяются
технологическим
назначением
и
конструктивными особенностями теплообменных устройств. Однако
с теплотехнической точки зрения все аппараты имеют одно
назначение - передачу теплоты от одного теплоносителя к другому
или поверхности твердого тела к движущимся теплоносителям.
Последнее и определяет те общие положения, которые лежат в
основе теплового расчета любого теплообменного аппарата.
Тепловые расчеты теплообменных аппаратов могут быть
проектными и поверочными. Проектные (конструктивные) тепловые
расчеты выполняются при проектировании новых аппаратов, целью
расчета
является
определение
поверхности
теплообмена.
Поверочные тепловые
расчеты
выполняются в случае, если
известна поверхность нагрева теплообменного аппарата и требуется
определить количество переданной теплоты и конечные температуры
рабочих жидкостей. Тепловой расчет теплообменных аппаратов
сводится к совместному решению уравнений теплового баланса и
теплопередачи. Эти два уравнения лежат в основе любого теплового
расчета.
Уравнения
теплового
баланса
выглядит
следующим
образом:
dQ = Gdh
= G-c dt
,
P
(I)
где G — расход массы, кг/с; h — удельная энтальпия, Дж/кг.
Чаще всего для определения поверхности теплообмена
используют следующее уравнение теплопередачи:
dQ^k-M-dF,
(2)
где к - коэффициент теплопередачи; А/ - температурный
F - поверхность теплообмена.
напор;
Кожухообразные теплообменные аппараты (ТОА), у которых
пучок трубок, проходящих через трубные решётки (доски), заключён
в
кожух
(корпус),
являются
самыми
распространёнными.
Теплоноситель подаётся во внутритрубное пространство, а рабочее
тело циркулирует в межтрубном пространстве ТОА. Количество
тепла,
передаваемое
от
теплоносителя
к
рабочему
телу,
пропорционально разности температур между ними.
В
данной
лабораторной
работе
проти во точная схема движения теплоносителя
Расход теплоносителя
(воздуха) G t h постоянен,
применена
и рабочего тела.
а
регулируемые
параметры - это расход рабочего тела (воздуха) Gpr и электрическая
мощность
нагревателя
W. Степень изменения этих
(отношение расходных теплоемкостей) равна:
параметров
3.
Описание лабораторной установки
Схема лабораторной установки приведена на рис.
1.
Лабораторная установка состоит из ТОА 1, двух центробежных
вентиляторов 2 и 3, электрического нагревателя 4, а также приборов
различного назначения.
Рис. 1. Схема лабораторной установки.
Теплоноситель подаётся в ТОА вентилятором 2 через
электронагреватель. Рабочее тело поступает от вентилятора 3.
Питание к нагревателю подводится от сети переменного тока через
автотрансформатор 5 типа РНО-250-5 и измерительный комплект 6
типа К-505 с трансформатором тока 7 марки УТТ-5М. Изменение
напряжения
питания
осуществляется
вращением
рукоятки
автотрансформатора 8.
Расходы теплоносителя и рабочего тела
регулируются
заслонками 9, 10 на всасывающих патрубках вентиляторов.
Измерение
расходов
выполняется
двумя
ротаметрами
11,
собранными в общем корпусе 12. На их шкалах отмечены высоты
подъёма поплавков, соответствующие полному (<р = 1) и частичным
расходам (<р = 0,6;
<р = 0,8). Там же указаны величины массовых
расходов воздуха для соответствующих значений ср.
Температуры теплоносителя и рабочего тела на входе и выходе
ТОА измеряются хромель-алюмелевыми термопарами 13
16,
подсоединёнными через переключатель 17 к потенциометру 18 типа
ПП-63. При этом холодный спай термопар помещается в сосуд 19 с
тающим льдом. Положениям 1+ 4 переключателя 17 соответствуют
ТН
ТН
PT
PT
температуры t x , t bix , t x , t bix • П о измеренным термо-э.д.с.
с помощью переводной таблицы находят температуры в °С.
B
B
4.
B
B
Порядок проведения опытов
Проверив положение переключателей
комплекта К-505, подать питание на стенд.
измерительного
П р и полностью открытых заслонках 9 и 10 включить
вентиляторы 2 и 3.
Установить напряжение питания нагревателя для
режима U i = 80В.
1-го
Установить с помощью заслонок 9, 10 и ротаметра 11
расходы теплоносителя и рабочего тела, соответствующие ф - 1.
После достижения установившегося теплового режима
(продолжительность нагрева 20...25мин) с помощью потенциометра
ПП-63 измерить температуры теплоносителя и рабочего тела на
входе и выходе Т О А .
Снять показания вольтметра U , амперметра I и ваттметра
W.
Для второго режима, не меняя расход теплоносителя,
установить расход рабочего тела, соответствующий (р2 и мощность
нагревателя W2 = 0,8Wi.
Повторить п.п. 4.5,4.6.
Установить для третьего режима расход рабочего тела,
соответствующий <рз и мощность W3 = 0,6Wi.
После
завершения
опытов
открыть
регулирующие заслонки 9,10 на обоих вентиляторах.
полностью
Снизить мощность нагревателя д о нуля.
Через
10 мин., охладив
вентиляторы и снять питание со стенда.
нагреватель,
выключить
Результаты испытаний занести в протокол, показанный
таблицей 1.
Таблица 1. Результаты испытаний.
Опыт!.
у=
;
Ц=
В;
I ^
A;
W=
Вт
№ № термопар
1
2
3
4
Термо-э.д.с. м В
Температура °С
Опыт 2. <р =
;
U=
В;
I=
A;
W=
Вт
№ № термопар
1
Термо-э.д.с. мВ
Температура °С
2
3
4
Опыт 3.
Ф~
;
U=
В; I =
A; W =
Вт
№ № термопар
1
2
3
4
Термо-э.д.с. мВ
Температура °С
5.
Содержание отчета
Отчёт по лабораторной работе должен содержать:
•
краткие теоретические положения;
•
схему лабораторной установки;
•
протокол испытаний;
•
графики
распределения
теплообменного аппарата t
температуры
= fi(L) и t
по
длине
= f (L) при различных
2
режимах, где L - условное расстояние между входом и выходом
воздуха в Т О А.
ТН
тн
- tebix ) = Ы<?)
•
статические характеристики TOA: (t x
•
анализ полученных результатов на основе теории ТОА.
B
6.
и
Контрольные вопросы
1.
Разновидности ТОА.
2.
Основные статические характеристики ТОА с однофазными
средами.
3.
От чего зависит количество
теплоносителя рабочему телу?
тепла,
передаваемого
от
Л а б о р а т о р н а я работа № 1 0
Исследование изобарного процесса
1. Цель работы
Изучение характеристик процесса изобарного расширения
воздуха.
2. Основные теоретические положения
Изобарным называется термодинамический процесс, при
котором
давление
сохраняется
постоянным
(р= const). Для
аналитического описания любого термодинамического процесса
используются
уравнения
первого
закона
термодинамики
и
уравнение
состояния.
Применительно
к
изобарическогому
процессу
первое
начало
термодинамики
может
быть
представлено следующей зависимостью:
dQ =
dQ =dH
P
dH-Vdp,
=
C dT.
(1)
p
Энтальпия
Н
любой
термодинамической
системы
представляет собой сумму внутренней энергии системы и
потенциальной энергии источника внешнего давления. Уравнение
состояния для идеального газа может быть
представлено
формулой
Клапейрона, либо, в
общем
случае
уравнением
Менделеева.
Из
находим:
уравнения
состояния
v/T = R/p = const,
или
IT,1 '
идеального
газа
при р= const
(2)
то есть в изобарном процессе объем газа пропорционален
абсолютной температуре (закон Гей-Люссака).
Уравнение (2) можно представить в приращениях:
(AV/ДТ) =А= const
его
(3)
Если к газу в некотором объёме подводить тепло и при этом
намеренно увеличивать его объём таким образом, что давление в
объёме не будет изменяться, то будет реализован изобарный процесс
расширения. Для простоты эксперимента можно поддерживать в
объёме атмосферное давление. Если при этом регистрировать AV и
AT, то может быть построена кривая процесса, определена константа
А уравнения (3) и построена расчетная кривая процесса.
З.Описание опытной установки
Схема лабораторной установки приведена на рис. 1.
Рабочий объём - колба 1 помещена в термостат 6 типа Т С 24А. Температура в колбе измеряется термопарой типа ТХК,
подсоединённой к потенциометру 5. Температура воды в термостате
измеряется с помощью термометра 7. Кран 2 служит для сообщения
газового тракта с атмосферой. Объём газа изменяется с помощью
цилиндра 3 (цена деления шкалы 0,2мл), опущенного в сосуд с
водой, а давление измеряется дифманометром 4.
Термостат имеет два нагревателя: 700 Вт и 1300 Вт. Он
снабжён осевым насосом (мешалкой) для перемешивания жидкости.
4.Проведение опыта
Перед началом работы составляется протокол испытаний в
виде таблицы 1.
Таблица 1. Протокол испытаний.
№ п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Отсчёт
уровня,
мл
AV
мл
t в термо­
стате^
Е
мВ
t в колбе
°С
Лабораторная установка приводится в исходное состояние:
о
о
о
о
кран 2 открыт;
цилиндр 3 опущен в воду до дна сосуда;
установка термостатирована, холодный
находится в сосуде со льдом;
дифманометр 4 регистрирует ДР=0.
Порядок выполнения работы следующий.
спай
термопары
1. Закрыть кран 2 и записать:
о уровень воды в цилиндре 3;
о температуру (термо-э.д.с.) в колбе 5;
о температуру в термостате по термометру 7;
о ДР=0 по дифманометру 4.
2.
Включить двигатель мешалки и один из нагревателей.
3.
Практически непрерывно поднимая цилиндр 3, поддерживать
в воздушном тракте атмосферное давление, т.е. ДР=0.
4.
Каждую минуту фиксировать:
о температуру (термо-эд.с.) в колбе 5;
о уровень воды в цилиндре 3;
о ДР=0 по дифманометру 4;
о температуру в термостате по термометру 1.
5.
Наблюдения проводятся до достижения температуры воды в
термостате 35°С.
6.
После завершения наблюдений отключить
термостата и мешалку, открыть кран 2.
нагреватели
5.0бработка результатов опыта
По результатам наблюдений строится график изобарного
процесса ДТ = f (AV), определяется среднее значение константы
уравнения (3) и наносится расчетная кривая процесса.
6. Соде ржание отчёта
Отчёт по лабораторной работе должен содержать:
о
о
о
о
о
краткие теоретические положения;
схему и описание лабораторной установки;
протокол испытаний;
графики;
анализ полученных результатов.
7.Контрольные вопросы
1 .Дайте словесное и аналитическое определение изобарного
процесса.
2. Как изображается изобарный процесс на термодинамических
диаграммах?
3. Приведите примеры использования изобарного процесса в
циклах тепловых двигателей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Теплотехника / В.НЛуканин и др.; Под ред. В.Н.Луканина. М.: Высшая школа, 1999.
2. Теплотехника / А.М.Архаров и др.; Под ред. В.И.Крутова. М.: Машиностроение, 1986.
3. Кириллин
В.А.
Техническая
термодинамика.М.:
Энергоатомиздат, 1983.
4. Авчухов В.В. Задачник по процессам тепломассообмена.М.: Энергоатомиздат, 1986.
5. Воронец Д. Влажный воздух. Термодинамические свойства
и применение. - М.: Энергоатомиздат, 1984.
6. Исаченко В.П. Теплопередача.-М.: Энергоиздат,1981.
7. Краснощекое Е.А. Задачник по теплопередаче.- М.: Энергия,
1976.
8. Рабинович О.М. Сборник
задач
по
технической
термодинамике. - М.: Машиностроение, 1975.
СМ
Сл" <л"
IN
СЛ
СМ
§ ct
гл
О
(Л о
гл"
гл
гл
6
И
s
in
со
со
гл
о
6
О
%
•ч"
ГЛ
S3
S
1П
V»
1Л
^
-
45
СМ
45
ГЛ
£ «ла
§ S g
S 8S
m г~, 05
сл"
!гГ
-* ч •*
5 г»
о"
"t
$ я
и
СО
ГЛ
3
45
со" о,"
сл •— см см
W
со СО
О
45 о
1П
о in
см
сл" ГЛ
см" гл гл
гл гл гл гл
CO
41 СМ СО г-
CM
СМ
гл
см см
О
О
гл
m
со
см
а а а
o"
Г> 1Л >-i 45
о."
СМ
см
о
О
О
% 3 Я
45
R
й
tn
Г> i n
<si ГЛ
со
о"
гл сл СЛ
со
S
сл
m
o> СМ г - о
in
ш
г~. о " о CO CM Г- см" см" гл"
гл сл гл
гл
гл
см
о R i
сл
•п
со
"О
-
m
m
45,
ш" •п m
гл гл сл
8 05 R § ш £ 8 s
ft Р сл ей
5 со 45
3 оГ к со
оС Ч 1-П «»
СЛ см о." см О
гл гл гл
см
•
h СО о
о
Г;
n
$ 3i $
СЛ
•е- 00 45
| СМ
о
Г-„ 45"
m
m Ш
s = sЙ
8 45" t—"* 6со
а* m
m m in
о," гм оГ о" Sо* г- т
СМ
со г*
гл
^ ^- 1—
о Oi
р- гм
1П см 45 CM СЛ гл
см
гл
>п
$
со
ГЛ"
со* о" см" сл
5 f *П 1Л m
«Г
гм
45
гл см
см c t г> со
гм" гл"
О т}со"
<n m i n 4-1
ш" m"
in m
1П
ON
О
«П
45
О. ГЛ
гл"
гл гл
ГЛ
5"
m
гл
г-
О
в
см
о"
оГ
см гл
35,0066 j
35,2955 |
35,5510 |
45
! 46,9198
| 47,9038
| 48,8083
g
30,9532
31,6441
32,3057
32,9045 |
33,4363 [
I
37,1966
38,4110
39,6672
[ 40,9569
| 42,2550
гл
-
СЛ
ГЛ
СМ"
- t CO осл
$ ® Л 45
гл
гл
гл сл
см 45
со
СО
О Tl
m
N г—
i n in"
ГЛ
гл сл
сл
3
—"
ГЛ
m o o
cl
СМ
ct
§
сл"
гл сл
ей
—
о\
m"
сл
2
I
45
ш"
гл
сл
СМ
г~
см
Г-"
45" 45 45"
сл гл гл
сл
о
о
о
о
О О О
о о
см гл
5 g $
о
о
о
о
о
S §83
О О
8
О
О
гл
о
ON
ON
ft
r*N
m
C*1
со
e-J
IJ"N
4D
ON
O "
"3-
CO
О
g\ o 5Э
О
CO
i—'
CO
OO
Г<4
c$ r~
of
о
ON
4"">
vn
CO
.
i
W~»
8$
8 P;
r*~i
i n m in
a
£
csf
О
Ю
SO
SO
Ol
f*-t
C
N
ir\ So
u~>
m
С
CM
ON
О
csl
г—
VO
4 )
VO
SO
P*N
ON
ft
so"
r*N
SO
ci
r»N
«
г*ч
SO
ON
so
r- o
vT
л" a'
СП
n
CM
ON
ON
f*N f<N
ЧО
О
О
О)
r-
8
so"
m
О
vo
r*N
SO
w~» to
$
ON
Ю
ю ^
v8 ER Ss_ О
S 8 S vo
N
8
§
U"l
r^-
SO
CO
SO
s
ON
со*
so O O O N о
\o" so~ \ O " С*-"
CI СП C*> <-*N
H"N
Csl
t s
r*i
,1949
Г-
8
s
s
Pi
fi_ S O C O
vT trf ю*
ГО СП (Sr,
^
pN ^
SB
—
W
4j"
V~l
SO"
m r**i
\D~
so" C*N
О
so" so"
<*"i
CN
VO
<"*"« O l
3$.
i —
c~i CM
c§
Г -
ON
CO~
C*N
ON
ON"
ON"
•—• r^J
N
pg
CN
CO*" C O
r*N
О
N
8
ci
N
so r~
N
N
CO
N
ON
tM
Коэффициент теплопроводности сталей
в зависимости от температуры.
Наименование и
марка стали.
Углеродистая
15
30
Хромомолибде новая
12MX:l%Gr,0,5%
Mo:
ЭЙ107: 10%Gr,0,8%
Mo:
Хром никель вольфрам
овая жаростойкая
ЭИ69:
13-15% Gr, 13-15%
N i , 2,8% W.
Хромистая
нержавеющая Э Ж - 1 .
15% Со, 12-14% Gr,
0,5% Мп
Хромникелевая
кислотоупорная
нержавеющая
1Х18Н9Т (ЭЯ1-Т):
18% Gr, 9 % N i .
100
м-К
при температу эе t, °С.
200
300
400
500
600
54,4
50,2
50,2
46,1
46,1
41,9
37,7
18,4
35,6
33,5
21,7
15,5
-
18,1
-
22,4
21,2
-
16,0
17,5
19,2
41,9
37,7
37,7
33,5
-
-
33,5
29,3
700
-
24,7
22,0
-
21,2
22,0
23,5
-
22,0
-
20,8
22,3
23,8
25,5
Коэффициент теплопроводности некоторых сплавов
в зависимости от температуры.
х,
Алюминиев
ые сплавы:
92% А1, 8%
Mg
80% A I , 20%
Si
Дюралюмин
ий:
(94-96)% А1,
(3-5)% Си,
0,5% M g .
Латунь:
90% Си, 10%
Zn;
70% Си, 30%
Zn;
67% Си, 33%
Zn;
60% Си, 40%
Zn.
Нихром:
90% N i , 10%
В
т
0
20
.
м-К
при температуре t, °С.
100
200
300
400
102
158
106
161
123
169
148
174
159
165
181
194
-
-
-
-
117
109
107
120
134
110
113
137
149
114
121
152
166
116
128
169
180
120
135
186
193
121
151
200
20,9 | 22,8
24,6
Наименован
ие сплава
102
106
100
106
-
-
-
i
17,1
17,4
19,0
500
-
600
-
Gr;
80% N i , 20%
Gr.
Алюминиева
я бронза:
95% Си, 5%
Al.
Бронза:
90% Си, 10%
Sn;
75% Си, 25%
Sn;
88% Си, 10%
Zn, 2% Sn.
Сплав
натрия с
калием:
22% Na, 78%
К.
Сплав
свинца с
висмутом
(эвтектич.)
44% РЬ,
55,5% B i .
12,2
12,6
13,8
15,6
17,2
19,0
-
22,6
-
82,6
-
-
-
-
-
-
41,8
25.6
47.7
-
-
-
-
-
-
24,4
-
-
26,6
-
-
-
-
-
9,65
10,9
-
-
-
-
-
Теплофизические свойства некоторых
материалов.
Ср,
Наименование
материала
Влажность
абс, %
Асбест
Бакелитовый лак
-
Бетон сухой
Бумага
обыкновенная
Гетинакс
Графитовые
изделия
Двуокись
циркония
Железобетон
Картон
кг/м
3
t, °С
м-К
кДж
кг-К
500
20
0,106
0,837
1400
-
0,29
-
0
Воздушно
сухая
1600
20
0,84
0,840
-
20
0,14
1,507
-
-
20
0,1560,175
-
-
1600
100
158
0,837
100
167
0,586
20
1,55
0,840
-
20
0,14-0,35
1,507
8
Воздушно
сухой
52205350
2200
Кембрик
(лакированный)
Кирпич красный
машинной
формовки
Котельная
накипь
-
-
36
0,157
Воздушно
сухой
1800
0
0,77
0,879
0
20002700
100
0,7-2,3
-
Льяная ткань
Воздушно
сухая
-
-
0,088
-
Миканит
То же
-
20
0,21-0,41
-
Мипора
-
30
0,038
-
Окись алюминия
-
100
30,2
0,925
Парафин
-
17,5
36903790
920
20
0,27
-
Пенокерамика
-
1400
1,16
0,840
Пенопласты
0
200
30
0,058
-
Пеностекло
-
400
20
0,107
-
1180
20
0,184
1,425
Плексигас
Резина:
пористая;
твердая
обыкновенная
мягкая
Слюда (поперек
слоев)
Стекло
обыкновенное
Стекловата
Стеклотекстолит
Воздушно
сухая
160
1200
0,05
0-100
20
0,157-0,161
0,13-0,16
-
26003200
20
-
2500
-
0
200
20-30
0,74+
+0,00116*t
0,0465
-
20
0,459
Текстолит
-
Тефлон
-
1650
13001400
2150
Фарфор
-
Фибра красная
0,47-0,58
1,382
1,382
0,879
0,670
-
1,640
20
0,23-0,34
-
0,246
1,6451,507
1,05
2400
95
1,04
1,089
-
1200
20-100
0,46-0,5
-
Шелк
-
100
0-93
0,043-0,058
Шерстяная ткань
0
240
-
0,052
-
Эбонит
-
20
0,157-0,174
-
1200
Физические характеристики двуокиси углерода и водяного
пара при р=1,013 бар.
Воздух
8
Па-с
vlO
м /с
2
со
Х-10
3
У
Вт
ц 10
4
м-К
Па с
Водяной пар
2
XI О
8
v-10 ,
м /с
м-К
2
3
Вт
рЮ
XI О
4
Пас
8
vlO ,
м /с
м-К
2
3
Вт
0
100
200
300
400
500
17,21
21,92
26,04
29,73
33,08
36,17
13,31
32,16
34,89
48Д4
63,04
79,18
24,8
31,9
38,3
44,5
50,5
56,3
13,84
18,46
22,62
26,42
29,91
33,16
7,05
11,84
19,66
28,24
37,55
47,81
14,4
22,7
31,1
39,4
47,5
54,7
8,18
12,08
16,05
20,00
23,90
27,72
10,17
20,53
34,57
52,19
73,25
97,59
16,2
24,6
33,7
45,6
57,1
70,0
600
39,05 96,53
61,9
36,20
58,95
62,9
31,45 125,05
83,9
700
800
900
1000
1100
1200
41,75
44,30
46,72
49,04
51,25
53,38
67,2
72,4
77,2
82,0
86,4
90,8
39,06 70,89 70,1
41,77 83,60 76,9
44,35 97,03 83,4
46,81 111,14 89,7
49,17 125,91 95,7
51,43 141,31 101,3
35,10
38,64
42,10
45,47
48,74
51,94
98,5
114,1
130,1
146,7
163,4
180,3
115,0
134,6
155,2
176,8
199,3
222,7
155,50
188,00
214,90
263,60
304,80
348,40
Физические характеристики воды на линии насыщения.
t,°c
0,01
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
ПО
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
L 220
Г
р, бар
0,0061
0,0123
0,0234
0,0424
0,0738
0,1234
0,1992
0,3117
0,4736
0,7011
1,0132
1,4326
1,9854
2,7011
3,614
4,760
6,180
7,920
10,027
12,553
15,551
19,080
23,201
№
с
"кг-К
4,218
4,193
4,182
4,178
4,179
4,181
4,184
4,189
4,196
4,205
4,217
4,230
4,245
4,264
4,286
4,311
4,340
4,372
4,409
4,451
4,498
4,552
4,614
Л-10*
//•10
5
ВТ
Рг
Па-с
55,13
57,45
59,9
61,8
63,4
64,8
65,9
66,8
67,5
68,0
68,3
68,5
68,6
68,6
68,5
68,4
66,3
67,9
67,5
67,0
66,3
65,5
64,5
1786,5
1304,4
1003,5
800,7
652,7
548,3
469,4
405,7
354,8
314,6
282,2
258,7
237,6
217,6
200,9
186,2
173,5
162,7
152,9
144,1
136,2
130,3
124,5
v-10
3
3
м /кг
13,67
9,52
7,02
5,42
4,31
3,54
2,98
2,55
2,21
U95
1,75
1,60
U47
1,36
1,25
U17
1,10
1,04
1,00
0,96
0,93
0,91
0,89
1,0002
1,0004
1,0018
1,0044
1,0079
1,0121
1,0171
1,0228
1,0290
1,0359
1,0435
1,0515
1,0603
1,0697
1,0798
1,0908
1,1021
1,1144
1,1275
1,1415
1,1565
1,1726
1,1900
230
240
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
27,979
33,480
33,480
39,778
46,94
55,05
64,19
74,45
85,92
98,70
112,90
128,65
146,08
165,37
186,74
210,53
4,686
4,769
4,769
4,866
4,981
5,118
5,28
5,49
5,75
6,10
6,56
7,21
8,16
9,80
13,98
40,32
63,7
62,8
62,8
61,8
60,5
59,0
57,5
55,8
54,0
52,3
50,6
48,4
45,7
43,0
39,5
33,7
119,6
114,7
114,7
108,8
105,8
101,9
98,0
94,1
91Д
88,2
85,3
81,3
77,4
72,5
66,6
56,8
0,88
0,87
0,87
0,86
0,87
0,88
0,90
0,93
0,97
1,03
1,11
1,22
1,39
1,60
2,35
6,79
1,2087
1,2291
1,2291
1,2512
1,2755
1,3023
1,3321
1,3655
1,4036
1,447
1,499
1,562
1,639
1,741
1,894
2,22
Физические характеристики дымовых газов,
(продуктов сгорания среднего состава r
6
2
2
COi
=0,13)
Pr
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
12,2
21,5
32,8
45,8
60,4
76,3
93,6
112
132
152
174
197
221
245
272
297
2,28
3,13
4,01
4,84
5,70
6,56
7,42
8,27
9,15
10,10
10,90
11,75
12,56
13,49
14,42
15,35
0,72
0,69
0,67
0,65
0,64
0,63
0,62
0,61
0,60
0,59
0,58
0,57
0,56
0,55
0,54
0,53
1600
323
16,28
0,52
r
-10 ,м /сек
=0,41,r
ЛЮ вт/мК
t,°C
v
H j 0
r
Примечание:
Средние
значения
коэффициентов
кинематической вязкости, теплопроводности и критерия Рг для
продуктов полного сгорания (дымовых газов) имеющих состав
отличный о т среднего, определяется главным образом содержанием
водяных паров. Характеристики дымовых газов заданного состава
определяются по формулам:
v = v -M
r
Л = Л
2
v
>
м /с,
-М^Вт/м-к,
Г
Рг = Р г - М
г
Р г
.
Значения v , Х и Pry приведены в справочных таблицах, а
r
г
значения M , Мх и Мрг определяются по графикам
v
от r
H i 0
в зависимости
и температуры газов.
При проектировании теплотехнических агрегатов нужно
знать
состав
газов, чтобы
рассчитать
их
теплоемкость,
теплопроводность и кинематическую вязкость. Большое значение
имеет определение состава газов в процессе эксплуатации
агрегата, ибо это дает представление о режиме работы топки
или камеры сгорания. В частности, наличие заметных количеств
продуктов неполного горения говорит о плохой организации
топочного процесса, а высокая концентрация кислорода указывает
на чрезмерно большой избыток воздуха.
Степень черноты полного нормального излучения
различных материалов.
Наименование материалов
Алюминий полированный
Алюминий с шероховатой поверхностью
Бронза полированная
Бронза пористая шероховатая
Вольфрам
Вольфрам
Вольфрам
Железо оцинкованное листовое блестящее
Жесть белая, старая
Золото, тщательно полированное
Латунь полированная
Латунь листовая прокатная
Медь полированная
Медь окисленная
Молибден
Молибденовая нить
Никелевая проволока
Нихромовая проволока чистая
Платиновая проволока
Платиновая проволока
Ртуть чистая
Серебро чистое полированное
Сталь листовая шлифованная
Стальное литье полированное
Сталь с плоской шероховатой
поверхностью
t,°C
50-500
20-50
50
50-150
200
600-1000
1500-2200
30
20
200-600
50-100
20
50-100
500
1500-2000
700-2500
200-1000
50
50-200
1400
0,100
200-600
950-1100
750-1050
50
е
0,04-0,06
0,06-0,07
0,1
0,55
0,05
0,1-0,16
0,24-0,31
0,23
0,28
0,02-0,03
0,02
0,06
0,02
0,08
0,19-0,26
0,1-0,3
0,1-0,2
0,65
0,06-0,07
0,18
0,09-0,12
0,02-0,03
0,55-0,61
0,52-0,56
0,56
!
500-1000
50
50
20
50
20
20
40-100
40-100
20
20-200
50-1000
0,28-0,38
Хром полированный
Цинк листовой
Чугунное литье
Асбестовый картон
Вода (слой толщиной 0,1 мм и более)
Смоченная металлическая поверхность
Кирпич красный шероховатый
Лак черный матовый
Л а к белый
Резина мягкая серая шероховатая
Сажа с жидким стеклом
Сажа, нанесенная на твердую поверхность
Снег
Стекло
Стекло
Угольная нить
Шеллак черно-матовый
Шлаки котельные
250-1000
1100-1500
1000-1400
75-150
0-100
ол
0,81
0,96
0,95
0,98
0,88-0,93
0,96-0,98
0,8-0,95
0,86
0,96
0,96
0,96
0,87-0,72
0,7-0,67
0,53
0,91
0,97-0,93
Шлаки котельные
Шлаки котельные
Шлаки котельные
Эмаль белая
200-500
600-1200
1400-1800
20
0,89-0,78
0,76-0,70
0,69-0,67
0,9
-
Рис. Ш . Степень черноты водяного пара
Рис. Щ . Степень черноты углекислого газа
£
С0
2
=fl(*>Pl)
Рис. Ш . Поправочный коэффициент р на
парциальное давление для водяного пара-
Средняя массовая теплоемкость при постоянном
давлении Срщ,
кДж
—.
кг-К
N
2
t,°C
О2
(атмосф
ерный)
СО
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
0,9148
0,9232
0,9353
0,9500
0,9651
0,9793
0,9927
1,0048
1,0157
1,0258
1,0350
1,0434
1,0509
1,0580
1,0647
1,0714
1,0773
1,0831
1,0886
1,0904
1.0990
1,1041
1,0304
1,0316
1,0346
1,0400
1,0475
1,0567
1,0668
1,0777
1,0881
1,0982
1,1078
1,1170
1,1258
1,1342
1,1422
1,1497
1,1564
1,1631
1,1690
1,1748
1,1803
1,1853
1,0396
1,0417
1,0463
1,0538
1,0634
1,0748
1,0861
1,0978
1,1091
1,1200
1,1304
1,4401
1,1493
1.1577
1,1656
1,1731
1,1798
1,1865
1,1954
1,1983
1,2033
1,2083
С0
2
0,8148
0,8658
0,9102
0,9437
0,9826
1,0128
1,0396
1,0639
1,0852
1,1045
1,1225
1,1384
1,1530
1,1660
1,1782
1,1895
1,1995
1,2091
1,2179
1,2259
1,2334
1,2405
но
2
so
2
1,8594 0,607
1,8728 0,636
1,8937 0,662
1,9192 0,687
1,9477 0,708
1,9778 0,724
2,0092 0,737
2,0419 0,754
2,0754 0,762
2,1097 0,775
2,1436 0,783
2,1771 j 0,791
2,2106 0,795
2,2429
2,2743
2,3048
2,3346
2,3630
2,3907
2,4166
2,4422
2,4664
Воздух
абсол
ютно
сухой
1,0036
1,0061
1,0115
1,0191
1,0283
1,0387
1,0496
1,0605
1,0710
1,0815
1,0907
1,0999
1,1082
1,1166
1,1242
1,1313
1,1380
1,1443
1,1501
1,1560
1,1610
1,1664
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
1,1087
1,1137
1,1183
1,1229
1,1271
1,1313
1,1903
1,1945
1,1991
1,2029
1,2129
1,2175
1,2217
1,2259
1,2468
1,2531
1,2586
1,2636
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
2,4895
2,5121
2,5334
2,5544
2,5745
2,5937
2,6121
2,6297
-
-
1,1710
1,1757
1,1803
1,1840
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Теплофизические свойства сухого воздуха при нормальном
атмосферном давлении.
2
t,
°с
-50
-30
-10
0
10
30
50
70
100
140
180
200
250
300
350
400
500
600
700
800
900
1000
1200
Р з
кг/м
1,584
1,453
1,342
1,293
1,247
1,165
1,093
1,029
0,946
0,854
0,779
0,746
0,674
0,615
0,566
0,524
0,456
0,404
0,362
0,329
0,301
0,277
0,239
кДж
кг-К
1,013
1,013
1,009
1,005
1,005
1,005
1,005
1,009
1,009
1,017
1,022
1,026
1,038
1,047
1,059
1,068
1,093
1,114
1,135
1,156
1,172
1,185
1,210
X I О"
Вт
м-К
2,035
2,198
2,361
2,442
2,594
2,757
2,896
3,129
3,338
3,641
3,780
3,931
4,269
4,606
4,908
5,211
5,746
5,222
6,711
7,176
7,630
8,072
9,154
а-10
м /сек
ц10
1,27
1,49
1,74
1,88
2,01
2,29
2,57
2,86J
3,36
4,03
4,75
5,14
6,10
7,16
8,19
9,31
11,53
13,83
16,34
18,88
21,62
24,59
31,65
5
2
6
6
Па-с
v-10"
м /сек
Рг
14,61
15,69
16,67
17,16
1765
1863
19,61
20,59
21,87
23,73
25,30
25,99
27,36
29,72
31,38
33,05
36,19
39,13
41,78
44,33
46,68
49,04
53,45
9,23
10,80
12,43
13,28
14,16
16,00
17,95
20,02
23,13
27,80
32,49
34,85
40,61
48,33
56,46
63,09
79,38
96,89
115,4
134,8
155,1
177,1
223,7
0,728
0,723
0,712
0,707
0,705
0,701
0,698
0,694
0,688
0,684
0,681
0,680
0,677
0,674
0,676
0,678
0,687
0,699
0,706
0,713
0,717
0,719
0,724
2
Тепло-физические свойства воды на линии насыщения.
Ср.
X
кДж
Вт
аЮ
м-К
в^/с
0,55
0,57
0,59
0,63
0,65
0,67
0,68
0,68
0,68
0,68
0,67
0,66
0,64
0,62
0,60
0,57
0,54
0,50
0,45
0,39
0,33
1,31
1,37
1,43
1,53
1,60
1,66
1,69
1,71
1,72
1,73
1,72
1,70
1,66
1,62
1,56
1,46
1,32
1,15
0,92
0,51
0,18
°с
Р,
бар
Р
кгЫ
К2-К
0
10
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
370
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,0!
1,99
3,62
0,18
10,03
15,55
23,20
33,48
46,95
64,20
85,92
112,9
146,1
186,8
210,5
999
999
998
992
983
971
958
943
926
907
886
863
840
813
784
750
712
667
610
528
450
4,21
4,19
4,18
4,17
4,17
4,19
4,22
4,25
4,28
4,34
4,41
4,505
4,614
4,756
4,949
5,229
5,736
6,573
8,164
13,98
40,32
3
ц10
Па-с
и10
6
рю
2
м /с
1787
1305
1001
653,2
468,8
355,0
282,4
237,3
201,0
173,6
153,0
136,3
124,6
114,7
105,9
98,1
91,2
85,3
77,5
66,7
56,9
1,789
1,306
1,000
0,659
0,478
0,365
0,295
0,252
0,217
0Д91
0,173
0,158
0,148
0,141
0,135
0,131
0,128
0,128
0,127
0,126
0,126
б
7
4
4
1/К
510 к
г/м
Рг
-0,03
0,70
1,82
3,87
5,11
6,32
7,52
8,64
9,72
10,7
11,9
13,3
14,8
16,8
19,7
23,7
29,2
38,2
53,4
109
264
77,1
75,6
74,1
71,0
67,5
63,8
60,0
55,9
51,7
47,5
43,1
38,4
38,8
29,1
24,2
19,5
14,7
10,0
5,78
2,06
0,48
13,6
9,52
7,02
4,31
2,98
2,21
1,75
1,47
1,26
1,10
1,00
0,93
0,89
0,87
0,87
0,90
0,97
1,И
1,39
2,35
6,79
Физические параметры дымовых газов.
ыо*
t,°C
0
200
400
600
800
1000
1200
Р ,
кг/м
1,295
0,748
0,525
0,405
0,3295
0,275
0,240
кДж
кг К
1,042
1,097
1,151
1,213
1,264
1,304
1,340
2
Вт
м-К
2,33
4,01
5,75
7,52
9,15
11,50
12,62
$
д-10
м /се
к
2
1,69
4,89
9,43
15,10
21,94
30,33
39,00
ц-10
6
Пас
15,784
24,495
31,686
37,866
43,380
48,353
52,994
vlO
м /с
6
2
12,20
32,80
60,38
93,61
131,8
174,3
221,0
Рг
0,72
0,67
0,64
0,62
0,60
0,58
0,56
Содержание
Введение
3
1 .Работа № 1 . Определение параметров влажного воздуха
4
2. Работа № 2 . Определение термического сопротивления
теплопроводности материала методом цилиндрического слоя
^
3. Работа № 3 . Исследование процессов теплообмена
методами электроаналогии
4. Работа № 4 . Определение изобарной теплоемкости воздуха
^
5. Работа №5.. Определение степени черноты физического
тела
6. Работа № 6 . Определение основных параметров воды и
водяного пара
7. Работа № 7 . Исследование процессов теплообмена при
свободной конвекции воздуха
8. Работа № 8 . Исследование процессов теплообмена при
вынужденном движении жидкости
9. Работа №9.Построение рабочих характеристик
теплообменного аппарата
27
^
^о,
^
^
^
Ю.РаботаЮ. Исследование изобарного процесса
68
Литература
74
Приложение
75
Теплотехника
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
Составитель:
Стенин Валерий Александрович
Компьютерный набор и верстка автора
Подготовка к печати О.А. Мартиросян
Сдано в производство 18.09.07 г. Подписано в печать 27.11.2007 г.
Уч.-изд. л. 4,08. Формат 8 4 x l 0 8 ' / i . Усл.-печ. л. 4,62.
Изд. № 1323. Заказ № 1397.
6
Центр научно-технической информации, технических средств
обучения и вычислительной техники
164500, г. Северодвинск, ул. Воронина, 6.