Кафедра теплофизики и теплоэнергетики металлургического производства

Стр 1 из 2Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра теплофизики и теплоэнергетики металлургического производства

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К выполнению лабораторной работы № 30

“Определение средней теплоёмкости воздуха”

(специальность 6.090406 “Промышленная теплотехника”

Очной и заочной форм обучения)

Мариуполь, 2008 г.

УДК 662.61+662.61(07)

Методические указания по выполнению лабораторной работы № 30 “Определение средней теплоёмкости воздуха” по курсу “Техническая термодинамика”. Для студентов специальности 6.090406 “Промышленная теплотехника” очной и заочной форм обучения.

Сост.: Куземко Р.Д., Мариуполь, ПГТУ, 2008, с 15

Приведены основные сведения о теплоёмкости идеального и реального газов, дано теоретическое введение, показана связь между различными видами теплоёмкости, излагается способ экспериментального определения средней теплоёмкости воздуха.

Приведены методы обработки полученных результатов.

Составитель, доц. Р.Д. Куземко

Отв. за выпуск зав. каф. ТТМП В.А. Маслов

Цель работы

Экспериментально определить значения средней теплоемкости воздуха в диапазоне изменения температур от t₁ до t₂, установить зависимость теплоемкости воздуха от температуры.

Содержание работы

1. Определить мощность, затрачиваемую на нагрев газа от t₁

до t₂.

2. Зафиксировать значения расхода воздуха в заданном интервале времени.

3. Рассчитать количество теплоты, которую воспринимает газ от нагревательной спирали.

4. Рассчитать величину средней массовой с объемной с´ и мольной μ с теплоемкости, установить влияние температуры на теплоемкость.

Указания по подготовке к лабораторной работе

1. Проработать раздел курса “Теплоемкость” по рекомендуемой литературе.

2. Ознакомиться с настоящим методическим пособием.

3. Подготовить протоколы лабораторной работы, включив необходимый теоретический материал, относящийся к данной работе (расчетные формулы, схемы, графики).

Теоретическое введение

Теплоемкость - важнейшая теплофизическая величина, которая прямо или косвенно входит во все теплотехнические расчеты.

Теплоемкость характеризует теплофизические свойства вещества и зависит от молекулярной массы газа μ , температуры t, давления р, числа степеней свободы молекулы i, от процесса, в котором подводится или отводится теплота р = сопst, v = сопst. Наиболее существенно теплоемкость зависит от молекулярной массы газа μ . Так, например, теплоемкость для некоторых газов и твердых веществ составляет

Вещество	Молекулярная масса, кг/кмоль	Теплоёмкость, кДж/(кг К)
Дерево		2, 4
Сталь		0, 5
Воздух	28, 97
Вода (р=0, 1Мпа, t = 4^оС)		1, 19
Вода (р=18Мпа, t =300^оС)
Водород, Н₂

Таким образом, чем меньше μ , тем меньше вещества содержится в одном киломоле и тем больше нужно подвести теплоты, чтобы изменить температуру газа на 1 К. Вот почему водород является более эффективным охладителем, чем, например, воздух.

Численно теплоемкость определяется как количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 кг (или 1 м³), вещества чтобы изменить его температуру на 1 К.

Так как количество подведенной теплоты dq зависит от характера процесса, то и теплоемкость так же зависит от характера процесса. Одна и та же система в разных термодинамических процессах обладает различными теплоемкостями - c_p, c_v, c_n. Наибольшее практическое значение имеют c_p и c_v.

По молекулярно-кинематической теории газов (МКТ) для заданного процесса теплоемкость зависит только от молекулярной массы. Например, теплоемкость c_p и c_v можно определить как

; .

Для воздуха (k = 1, 4; R = 0, 287 кДж/(кг · К))

кДж/кг

Для заданного идеального газа теплоемкость зависит только от температуры, т.е.

; ; .

Теплоемкостью тела в данном процессе называется отношение теплоты dq, полученного телом при бесконечно малом изменении его состояния к изменению температуры тела на dt

Теплоемкостями

В процессе подвода или отвода теплоты теплоемкость могут относить к 1 кг, 1 или 1 кмолю. Поэтому различают

а) массовую теплоемкость

с, с_рт, c_vm, c_p, c_v кДж/(кг · К);

б) объемную теплоемкость

с', , , , кДж/(м³ · К);

в) мольную теплоемкость

μ с, μ с_р, μ с_v, μ с_р_m, μ с_vm кДж/(кмоль · К).

Покажем связь между этими видами теплоемкости;

- между массовой и объемной

; кДж/(кг · К); .

- между массовой и мольной

; кДж/(кг·К)

- между объемной и мольной

; кДж/(кг·К)

Теплоемкость газовых смесей

Для газовых смесей массовая, объемная и мольная теплоемкости составляют:

кДж/(кг · К);

кДж/(м³ · К);

кДж/(кмоль · К);

кДж/(кмоль · К).

Например, для воздуха:

Дж/(кг · К).

Лабораторная установка

Лабораторная установка состоит из калориметрической трубки 1, которая заключена в стеклянной оболочке 2. В трубке 1 расположена электрическая спираль 3. Воздух просасывается с помощью вентилятора 4, а его расход определяется с помощью газового счетчика 5.

Температура воздуха на входе t₁ и выходе t₂ из нагревательной системы фиксируется с помощью термометров 6, 7. Мощность электроспирали 3 регулируется реостатом 8, а измеряется вольтметром 9.

Рис. Схема лабораторной установки

Порядок проведения работы

3.1. Перед началом работы необходимо заполнить таблицу 1.

Таблица 1 - Характеристика измерительных приборов

№№	Наименование прибора	Предел измерения	Цена деления	Класс точности

3.2. Регулятором 7 установить минимальную мощность электронагревателя (примерного 50 Вт).

3.3. При достижении стационарного режима определить расход воздуха, проходящего через трубку калориметра 1.

3.4. Записать показания приборов в таблицу 2.

Таблица 2 - Параметры, которые измеряются во время опытов.

№ опыта	N, Вт	t₁, °C	t₂, °C	p, МПа	Vн,

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра теплофизики и теплоэнергетики металлургического производства

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

12 Следующая ⇒