Методика обработки результатов эксперимента

Первоначально определяется расход воздуха через установку. Для этого необходимо перевести показания ротаметра в массовый расход воздуха.

Градуировочная шкала ротаметра приведена в табл. 1.

Таблица 1. Градуировочная шкала ротаметра

N, число делений

Расход , л/ч

Расход при параметрах воздуха: t_o=24 ^oC, P_o=755 мм рт. ст., ρ_о=1,18 кг/м³

Перерасчет объемного расхода воздуха с параметров градуировочной шкалы ротаметра на действительные параметры воздуха выполняется по формуле

, (4.1)

где – объемный расход воздуха по градуировочной таблице ротаметра, л/ч;

– объемный расход воздуха в пересчете на параметры воздуха перед ротаметром в опыте, л/ч;

ρ_о – плотность воздуха по градуировочной таблице ротаметра, кг/м³;

ρ₁ – плотность воздуха при его параметрах на входе в ротаметр, кг/м³.

Плотность воздуха на входе в ротаметр определяется по уравнению состояния идеального газа

, (4.2)

где Р₁ – давление воздуха на входе в ротаметр, принимается равным атмосферному давлению;

Т₁ – температура воздуха на входе в ротаметр.

Массовый расход воздуха G, кг/с, через установку рассчитывается по уравнению

. (4.3)

Полученную величину расхода воздуха записывают в таблицу результатов обработки опытных данных (см. табл. 2).

Таблица 2. Результаты обработки опытных данных

№ опыта U_н, В I, А I U_н, Вт t₁, ^оС t₂, ^оС ∆t, ^оС G, c_р_m,

Далее определяется электрическая мощность нагревателя по напряжению U_н и току I. Электрический ток, проходящий через нагреватель, рассчитывается по формуле

, (4.4)

где R_o – образцовое сопротивление 0,1 Ом, подключенное последовательно с нагревателем;

U_o – напряжение на образцовом сопротивлении.

Определение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха может выполняться двумя способами [3].

Определение теплоемкости без учета внешнего теплообмена установки

В этом варианте расчета считается, что вся теплота нагревателя идет только на нагрев воздуха и соответствует выражению

, (4.5)

где ∆t – разница температур воздуха на выходе из сосуд Дюара t₂ и входе в него t₁.

Расчетное выражение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха в этом случае будет соответствовать виду

. (4.6)

Определение теплоемкости с учетом внешнего теплообмена установки

При наличии передачи или получения теплоты воздухом со стороны внешней среды в правую часть выражения (4.5) необходимо добавить второе слагаемое

, (4.7)

где Q_вн – внешняя теплота, подведенная к воздуху или отведенная от него.

Внешняя теплота может быть как положительной, так и отрицательной. При Q_вн>0 происходят потери теплоты во внешнюю среду через стенки сосуда Дюара или часть теплоты электронагревателя идет на прогрев стенок этого сосуда. В случае когда Q_вн<0, нагрев воздуха частично осуществляется за счет того, что сосуд Дюара имеет температуру выше, чем температура воздуха в нем (такое возможно, когда опыт проводится на неостывшей установке).

Для учета внешней теплоты при определении теплоемкости принимаем в качестве постоянных расход воздуха, теплоемкость воздуха и внешнюю теплоту. Определение теплоемкости в этом случае ведется по результатам двух опытов. Записав уравнение (4.7) для двух опытов как

,

и вычтя из первого второе, получим соотношение

. (4.8)

Расчетное выражение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха в этом случае выразится как

. (4.9)

Рекомендуется выполнить расчеты средней массовой изобарной теплоемкости воздуха по обеим методикам.

Далее необходимо сравнить найденную величину c_pm с ее значением из справочных данных [1] и оценить относительную погрешность опытных результатов по сравнению со справочными данными.

Таблица 3. Теплоемкости воздуха

Средние теплоемкости воздуха

c_pm, c_vm, mc_pm, mc_vm, c¢_pm, c¢_vm, к

Теплоемкости идеального воздуха

c_p, c_v, mc_p, mc_v, c¢_p, c¢_v, к

На основании определенной опытным путем c_pm вычислить величины средних теплоемкостей воздуха: массовой при постоянном объеме c_vm; объемных при постоянном давлении и при постоянном объеме при нормальных условиях c¢_pm и c¢_vm; мольных mc_pm и mc_vm и величину к = c_pm/c_vm. Сравнить данные теплоемкости с соответствующими теплоемкостями идеального двухатомного воздуха, используя расчетные выражения этих теплоемкостей, полученных в соответствии с молекулярно-кинетической теорией идеального газа [2]. Результаты расчетов свести в таблицу (см. табл. 3).
⇐ Назад
1
234
Далее ⇒