51227

Дослідження процесів теплообміну та порівняння потоків теплоти через різні поверхні термодинамічної системи

Лабораторная работа

Физика

Основною метою роботи є визначення коефіцієнта співвідношення теплових потоків що виходять з заданої термодинамічної системи через дві поверхні – відкриту поверхню води та стінки сосуду тобто оцінка ефективності теплоізолюючих параметрів стінок сосуду. Порядок виконання роботи Залити в сосуди визначену кількість гарячої води з температурою t1. Визначити початкові дані температуру води і зовнішнього середовища tзс і занести в таблицю 3. де c – питома теплоємкість рідини теплоємність води с = 4187 Дж кг˚С; m – маса води у сосуді...

Украинкский

2014-02-08

470 KB

5 чел.

Лабораторна робота №3

Дослідження процесів теплообміну та порівняння потоків теплоти через різні поверхні термодинамічної системи

Мета роботи: дослідити процеси теплообміну, що відбуваються у вибраній термодинамічній системі та визначити коефіцієнт співвідношення теплових потоків через різні поверхні розділу. 

Обладнання: установка для нагрівання рідини; термометр з робочим діапазоном вимірювання температур 0 - 100 °С; секундомір, експериментальні сосуди.

Загальні положення

При розгляді реальних термодинамічних систем часто велика складність виникає у правильному встановленні меж застосування законів термодинаміки, що описують ідеальні термодинамічні процеси (лабораторна робота №1), визначення коефіцієнтів і уточнюючих формул (лабораторна робота №2), які дозволяють наблизитись до максимально точного вирішення поставленої задачі. В окремих випадках є можливість виконати тільки оціночні розрахунки, які непрямо характеризують ефективність розробленої машини, конструкції, теплотехнічного пристрою.

В даній роботі виконується розгляд термодинамічних систем, які складаються з різних сосудів для досліджень, наповнених гарячою водою, яка обумовлює тепловміст системи. Перший (рис. 3.1) з подвійними скляними стінками (між якими забезпечено розрідження повітря). Другий контрольний (для порівняння параметрів). Конструкція стінок першого сосуду забезпечує мінімізацію процесів теплопередачі крізь них, але розрахунок цих процесів неможливий при незаданих вхідних умовах товщині стінок, коефіцієнтів теплопровідності, величини розрідження і т. інш. Основною метою роботи є визначення коефіцієнта співвідношення теплових потоків, що виходять з заданої термодинамічної системи через дві поверхні відкриту поверхню води та стінки сосуду, тобто оцінка ефективності теплоізолюючих параметрів стінок сосуду.

Кінцевий результат дослідження та розрахунків, є величиною наближеною, неточність якого визначається  вимогами до точності визначення проміжних параметрів та прийнятих коефіцієнтів.

Порядок виконання роботи

  1.  Залити в сосуди визначену кількість гарячої води з температурою t1.
  2.  Визначити початкові дані (температуру води і зовнішнього середовища tзс) і занести в таблицю 3.1.
  3.  Зафіксувати час початку досліду, зачекати встановлений термін і визначити кінцеву температуру t2 у сосудах.
  4.   Розрахувати середні температури в кожному з сосудів під час досліду за формулою (1), кількість теплоти, втраченої з них за заданий час за формулою (2).

tср = (t2 + t1)/2                (1)

QΣвтр = c m(t1- t2), Дж (2)

Рис. 3.1. Ескіз першого сосуду для

Дослідження m=530g.

де c  питома теплоємкість рідини (теплоємність води с = 4187 Дж/кг˚С); m  маса води у сосуді, кг; t2  кінцева температура, ˚C, t1  початкове значення температури.

                                 

                          Риc. 3.2 Eскіз другого сосуду для дослідження m=500g.

Таблиця 3.1.

τ хв

t1 °С

tср °С

tзс°С

QΣвтр КДж

Qпв Σвтр, Дж

QСт Σвтр

Дж

К

t2 °С

QпвК 

Дж

QпвВип Дж

скл.

1200

50

48,5

  20

    6,28

1,473

4,807

47

 0,981

   0,492

мет.

1200

51,5

47,25

  20

    18.8

2,414

16,386

43

 1,573

  0,841

 

  1.  Розрахувати теоретичне значення кількості теплоти, втраченої з кожного з сосудів за рахунок випромінювання через поверхню води за формулою (3). Отримані значення занести в таблицю 3.1.

Згідно законів Кірхгофа та Стефана-Больцмана втрати тепла за рахунок теплообміну випромінюванням, розраховується за формулою:

Qпвип. = со τ SПВ ((Тcp/100)4 зс/100)4), Дж              (3)

де со = 5,67 Вт/(м2 К4) коефіцієнт випромінювання абсолютно-чорного тіла;

 τ  час процесу, с,

 SПВ  площа поверхні води, м2.

 Тcp, Тзс середня абсолютна (за весь дослід) температура води та    зовнішнього середовища відповідно, К;

  1.  Визначити втрати теплоти з кожного з сосудів за рахунок конвективного теплообміну через поверхню води за формулою (4).

За законом Ньютона-Ріхмана визначається кількість теплоти, що передається за рахунок конвективного теплообміну: 

QпвК = α τ SПВ (tcp  tзс), Дж                   (4)

 

де α  коефіцієнт тепловіддачі, Дж/(м2с˚С) (взяти його значення з результатів лабораторної роботи №2)

  1.  Розрахувати сумарні втрати теплоти через поверхню води за формулою (5) та втрати теплоти через стінки кожного з сосудів за формулою (6).

QПВΣвтр = QПВК + QПВип. , Дж                (5)

 

QСтΣвтр = QΣвтр  QПВΣвтр , Дж              (6)

 

 

8.  Визначити площу бокової поверхні сосуду Sстін та розрахувати коефіцієнт співвідношення теплових потоків за формулою (7), який показує в скільки разів тепловий потік через одиницю поверхні відкритої поверхні води більший ніж через одиницю поверхні стінки сосуду.

К = (QПВΣвтр Sстін) / (QСтΣвтр SПВ),        (7)

Висновок :


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75950. Причины и стадии экономического роста в РФ в начале ХХI века 15.21 KB
  В это время начался рост производства вызванный последствиями дефолта в результате которого возросли цены в рублях на импортные изделия и появился стимул к замещению импорта наращиванием товаров отечественного производства. Росту производства в России помог также рост мировых цен на нефть и газ достигших в конце 2007 г. Вместе с тем этот этап экономического развития России всё ещё характеризовался недостаточной стабильностью роста производства особенно в промышленности чрезмерной зависимостью от мировых цен на сырьё недостаточной...
75951. Проблемы развития правоохранительной и судебной системы в РФ 17.71 KB
  Это вызвано объективными причинами стремлением подчеркнуть независимость и самостоятельность судебной власти уйти от порочной практики сращивания судебной системы и органов осуществляющих следствие дознание и оперативно-разыскную деятельность. Причины неудовлетворительного состояния судебной и правоохранительной системы РФ имеют многоплановый характер. Отмечают что есть все основания для вывода о полномасштабном кризисе судебной и правоохранительной системы.
75952. Развитие гражданского общества в РФ. Неправительственные организации и их значение 20.29 KB
  Это означает что важнейшим условием существования свободного общества в России является не только раскрепощение частной инициативы но и развитая система социальной поддержки. И в-третьих чувство гражданской ответственности а также цивилизованное поведение и активная гражданская позиция – все это необходимые элементы подлинно гражданского общества. Становление гражданского общества есть в сущности бесконечный процесс совершенствования всех без исключения сторон жизнедеятельности людей.
75953. Россия – федеративное государство. Особенности проявления российского федерализма на современном этапе 17.78 KB
  Образование же Российской Федерации шло совсем иным путем. Эти государства а также национально-государственные образования и были признаны субъектами Российской Федерации. Порядок образования Российской Федерации свидетельствует о том что с момента своего возникновения эта федерация носила конституционно-правовой характер поскольку была создана не в результате заключения договора между ее субъектами а на основе провозглашения ее федерацией в Конституции Республики. В настоящее время субъектами Российской Федерации являются не только бывшие...
75954. Россия к началу 21 века: основные задачи и ресурсы для достижения целей 19.4 KB
  Рост производства означает возможность повышения уровня жизни и благосостояния граждан решения важных социальных проблем. Но для достижения этой цели стало ясно что темпы роста необходимо увеличить с 7 процентов в год за 2002–-2004 гг. Главный источник беспокойства за наше ближайшее будущее заключается в том что экономический рост во многом опирается на высокие цены на нефть. Так за последние годы в стране буквально произошла революция в сотовой связи очень широко распространился кредит бытовой техники мебели автомобилей и пр.
75955. РФ и постсоветское пространство – состояние отношений и основные задачи 22.28 KB
  Интеграция в рамках СНГ стала приоритетным проектом в условиях глобального кризиса 2008–2009 гг. В новой версии Концепции внешней политики РФ прописано что Приоритетными направлениями развитие двустороннего и многостороннего сотрудничества с государствами участниками СНГ дальнейшее укрепление СНГ основы углубления регионального взаимодействия его участников имеющих не только общее историческое наследие но и обширный потенциал интеграции в различных сферах. Россия выстраивает дружественные отношения с каждым из государств ...
75956. Сентябрьско-октябрьский кризис 1993: истоки и пути решения 15.95 KB
  были внесены многочисленные поправки ограничивавшие полномочия президента. на VII съезде народных депутатов заставили президента убрать из правительства Е. Степанков осудили действия президента. пытался отрешить президента от должности но должного количества голосов не набралось.
75957. События 19-21 августа 1991 г. и их историческое последствия 19.25 KB
  Августовский путч попытка отстранения Михаила Горбачева с поста президента СССР и смены проводимого им курса предпринятая самопровозглашенным Государственным комитетом по чрезвычайному положению ГКЧП 19 августа 1991 года. Почему 20 августа – День Путча 20 августа – день подписания подписание нового Союзного договора согласно которому вместо СССР создавалась конфедерация Союз Советских Суверенных Государств ССГ. 22 августа все члены ГКЧИ были арестованы Пуго – самоубийство Приостановлено действие компартии РСФСР Горбаче снимает с...