Расчетные формулы и расчеты

 

При выполнении расчетов следует использовать следующие выражения.

1. Атмосферное давление находится по формуле:

Ратм = 100· В, Па

2. Перепад давления воздуха в воздухомере

ΔP = ρ ·Н·g, Па

где ρ – плотность воды в U-образном вакуумметре, равная 1000 кг/м3; g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/сек2; Н – показание вакуумметра («горло») воздухомера, переведенное в м вод.ст.

3. Плотность воздуха по состоянию в «горле» воздухомера:

 

, кг/м3

где R – характеристическая газовая постоянная воздуха, равная 287 Дж/кг. К.

Таблица 2

Результаты обработки опытных данных

  № п/п     Рассчитываемая величина Обоз-на-чение Едини-ца из-мере-ния   Номер опыта
Атмосферное давление Ратм Па          
Перепад давления воздуха в воздухомере ΔP Па          
Плотность воздуха в воздухомере ρв кг/м3          
Расход воздуха G кг/с          
Плотность воздуха на выходе из трубы ρв2 кг/м3          
Средняя скорость потока на выходе из трубы w2 м/с          
Полная электрическая энергия, потребленная электродвигателем и электронагревателем Ээлдв + Ээлнагр кДж/ кг          
Изменение энтальпии потока при движении через трубу Δh кДж/ кг          
Изменение кинетической энергии потока при движении через трубу Δw2/2 кДж/ кг          
Количество теплоты, отданное в окружающую среду qпот кДж/ кг          
Коэффициент полезного действия компрессора η          

 

 

4. Массовый расход воздуха

 

, кг/с.

 

5. Плотность воздуха на выходе из трубы

, кг/м3 ,

где t2 - температура воздуха на выходе из трубы, оС

6. Средняя скорость воздуха на выходе из трубы

где F= 1,35·10-3 м2 – площадь выходного сечения трубы. Начальную скорость потока воздуха перед входом в трубу следует принять равной нулю: w1 = 0.

7. Изменение потенциальной энергии потока воздуха в пределах трубы

gΔz = g(z2- z1)·10- 3 = 0,0039 кДж/кг одинаково во всех опытах и мало по сравнению с остальными слагаемыми уравнения (8), потому что мало изменение высоты (z2- z1 ) = 0,4 м. Поэтому величиной этого слагаемого gΔz в уравнении (8) можно пренебречь.

8. Изменение энтальпии воздуха в пределах трубы вычисляется по формуле

Δh = h2 – h1 = сp(t2 –t1), кДж/кг.

где сp =1,008 кДж/кг – теплоемкость воздуха при постоянном давлении, которая принимается постоянной в условиях опытов.

Все слагаемые уравнения (8) при записи в табл.2 выражены в единицах кДж/кг. Для этого рассчитанные численные значения слагаемых необходимо умножить на переводной коэффициент 10-3 кДж/Дж.

9. Увеличение кинетической энергии потока газа в трубе

Δw2/2 =(w22- w12)·10-3/2 = w22·10-3/2, кДж/кг.

10. Полная электрическая энергия, потребленная электродвигателем и электронагревателем

Ээлдв + Ээлнагр = (Iк·Uк + Iн·Uн)·10-3 /G, кДж/кг/

11. Потери теплоты в окружающую среду

qпот = (Ээлдв + Ээлнагр ) - Δh - Δw2/2.

Контрольные вопросы

 

1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как достигается поставленная цель?

2. Чем различаются замкнутая и разомкнутая термодинамические системы?

3. Какое отношение имеет первый закон термодинамики к всеобщему закону сохранения энергии?

4. Сформулируйте и напишите аналитические выражения первого закона термодинамики для замкнутой и разомкнутой термодинамических систем.

5. Каков физический смысл величин, входящих в уравнения первого закона термодинамики для замкнутой и разомкнутой термодинамических систем?

6. Дайте определение и поясните физический смысл понятий теплотыи работыв технической термодинамике.

7. Что означают знаки « + » и « − » для теплоты и работы?

8. На что и каким образом влияет изменение нагрева трубы при постоянном расходе воздуха?

9. На что расходуется мощность, подведенная для нагрева трубы, и как она определяется?

10. Как осуществляется выбор контрольной оболочки (границ) системы применительно к данной лабораторной работе?

11. Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажите их назначение.

12. Какими методами измеряется температура в данной работе?

13. Как измеряется и регулируется расход воздуха в данной работе?

14. На что расходуется мощность, подведенная к компрессору, и как она определяется?

15. В каком месте и почему границы подсистем (системы) размыкаются?

16. Что называется внутренней энергией рабочего тела? Свойства внутренней энергии и расчетные формулы.

17. Что называется энтальпией рабочего тела? Свойства энтальпии и расчетные формулы.