Система водяного охлаждения нагревательного элемента

 

Условие:

Нагревательный элемент, имеющий тепловую мощность P, охлаждается при помощи потока жидкости. Используя тепловые характеристики жидкости и уравнение теплового баланса вывести и рассчитать соотношение между характеристиками нагревателя и параметрами жидкости.

Задание:

Взяв начальные параметры (см. табл.)

1) разработать и представить в виде блока формул физическую модель явления;

2) разработать и представить в виде блока уравнений математическую модель явления;

3) выполнить теоретический расчет связи физических величин в соответствии с начальными параметрами своего варианта (см. табл.);

4) * разработать программу, позволяющую рассчитывать указанные физические величины (за дополнительные баллы).

 

Дополнительная информация

Количество теплоты Q (Дж) — это мера энергии, передаваемой системе в процессе теплообмена, т. е. без совершения механической работы.

1. Нагревание (охлаждение) тела.

Количество теплоты, поглощаемое телом при нагревании (выделяемое при охлаждении) определяется по формуле:

,

где с — удельная теплоемкость вещества, Дж/кг× К;

С = с m — теплоемкость тела, Дж/К.

Знак «+» ставят при нагревании, «–» — при охлаждении тела.

2. Плавление (кристаллизация) вещества.

Количество теплоты, поглощаемое в процессе плавления (выделяемое в процессе кристаллизации) определяется по формуле:

,

l — удельная теплота плавления вещества, Дж/кг.

Плавление и кристаллизация происходят при постоянной для каждого вещества температуре — температуре плавления.

3. Испарение (конденсация) вещества.

Количество теплоты, поглощаемое в процессе испарения (выделяемое в процессе конденсации) определяется по формуле:

,

где r — удельная теплота парообразования, Дж/кг.

Кипение происходит при постоянной для каждого вещества температуре кипения, зависящей от внешнего давления. 

4. Горение топлива.

Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива, определяется по формуле:

,

где q — удельная теплота сгорания топлива, Дж/кг.

Уравнение теплового баланса: количество теплоты, которое выделяют тела равно количеству теплоты, которое поглощается другими телами с учетом тепловых потерь.

Q_выдел h = Q_погл

 

Общие параметры

Температура кипения жидкости - 100°С;

Плотность жидкости – 1000 кг/м³;

Удельная теплоемкость жидкости — 4 200 (Дж/кг·К)

Коэффициент полезного действия системы - 0, 85

Параметры по группам:

 

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Скорость течения носителя (м/с)	0, 10	0, 10	0, 20	0, 25	0, 15	0, 05	0, 35	0, 40	0, 20	0, 25
Площадь сечения трубы (кв. см)	5	6	5	10	15	25	15	20	25	30
Начальная температура теплоносителя (° С)	20	20	20	25	15	15	20	20	25	30

 

Задание № 5

Определение плотности водоема,

находящегося на планете земного типа, методом поплавкового маятника

Условие:

На планете земного типа обнаружен океан. Для определения его состава на поверхность океана сброшен зонд-поплавок. Измерив характеристики свободных гармонических колебаний поплавка необходимо определить плотность жидкости океана.

 

 

Задание:

Взяв начальные параметры (см. табл.)

1) разработать и представить в виде блока формул физическую модель явления;

2) разработать и представить в виде блока уравнений математическую модель явления;

3) выполнить теоретический расчет связи физических величин в соответствии с начальными параметрами своего варианта (см. табл.);

4) * разработать программу, позволяющую рассчитывать указанные физические величины (за дополнительные баллы).

 

Дополнительная информация

 

Уравнение свободных гармонических колебаний имеет вид

где a – ускорение тела,

  x – смещение тела из положения равновесия,

 w - циклическая частота колебаний.

Одним из условий существования свободных гармонических колебаний является то, что величина возвращающей в положение равновесия силы (в случае поплавка – силы Архимеда) пропорциональна величине смещения тела из положения равновесия.

Тогда, измерив по результатам наблюдений за поплавком, его циклическую частоту, можно определить силу Архимеда и плотность жидкости.

 

Общие параметры

Высота поплавка – 0, 1 м;

Время фиксирования колебаний — 100 с.

Параметры по группам:

 

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Количество колебаний	50	65	250	10	12	20	525	75	115	54
Плотность материала поплавка, (г/см3)	0, 6	0, 45	0, 30	0, 65	0, 80	0, 45	0, 50	0, 50	0, 65	0, 65
Ускорение свободного падения на планете	10	15	35	5	2, 5	5	190	25	45	10
Плотность жидкости водоема планеты, (г/см3)	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?

 

Задание № 6

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться: