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

28524. Основні поняття бізнес-моделювання. Системний підхід у моделюванні бізнес-процесів 147.5 KB
  Системний підхід у моделюванні бізнеспроцесів Термін моделювання бізнеспроцесів був придуманий у 1960ті роки в галузі інженерних систем. Моделювання бізнеспроцесів покращує адміністративний контроль полягала в том що методи для отримання більш глибокого розуміння фізичних систем управління можуть бути використані аналогічним чином для бізнеспроцесів. Нові методики такі як реорганізація бізнеспроцесів впровадження інноваційних бізнеспроцесів управління бізнеспроцесами комплексне бізнеспланування спрямовані на вдосконалення...
28525. Дані, інформація, її види та формалізація. Інформаційна технологія автоматизації процесу аналізу інформації 170.5 KB
  Технології виявлення знань в базах даних 1. Головною особливістю даних сьогодні є те що їх стає надзвичайно багато. При масовому застосуванні комп'ютерів виникла гігантська кількість джерел даних. Для прикладу можна взяти обсяг даних у всесвітній мережі Інтернет що збільшується щохвилини.
28526. Інтелектуальні технології обробки економічних даних 171.5 KB
  В першому випадку відомості містяться у різноманітних інформаційних джерелах книги документи бази даних інформаційні системи і т. Серед методів першої групи в економіці поширені методи математичної статистики що вирішують спектр задач проте не дозволяють знаходити і видобувати знання з масивів даних. Тому для аналізу сучасних баз даних методи повинні бути ефективними простими у використанні володіти значним рівнем масштабності і певною автоматизованістю.
28527. Принципы построения алгоритма шифрования ГОСТ 28147-89 32.78 KB
  ГОСТ 28147 разработан в 1989 году является блочным алгоритмом шифрования длина блока равна 64 битам длина ключа равна 256 битам количество раундов равно 32. ГОСТ 28147 использует восемь различных Sboxes каждый из которых имеет 4битовый вход и 4битовый выход. Iый раунд ГОСТ 28147 Генерация ключей проста.
28528. Основное преобразование алгоритма ГОСТ 28147–89 25.13 KB
  На самом верхнем находятся практические алгоритмы предназначенные для шифрования массивов данных и выработки для них имитовставки. В ГОСТе ключевая информация состоит из двух структур данных. Основной шаг криптопреобразования по своей сути является оператором определяющим преобразование 64битового блока данных. Определяет исходные данные для основного шага криптопреобразования: N – преобразуемый 64битовый блок данных в ходе выполнения шага его младшая N1 и старшая N2 части обрабатываются как отдельные 32битовые целые числа без знака.
28529. Режим простая замена ГОСТ 28147–89 20.97 KB
  Зашифрование в данном режиме заключается в применении цикла 32З к блокам открытых данных расшифрование – цикла 32Р к блокам зашифрованных данных. Это наиболее простой из режимов а 64битовые блоки данных обрабатываются в нем независимо друг от друга. Размер массива открытых или зашифрованных данных подвергающихся соответственно зашифрованию или расшифрованию должен быть кратен 64 битам: Tо = Tш = 64n; после выполнения операции размер полученного массива данных не изменяется. Блок данных определенной размерности в нашем случае – 4бит...
28530. Режим гаммирования ГОСТ 28147–89 РГПЧ 77.46 KB
  В данных режимах шифрование информации производится побитовым сложением по модулю 2 каждого 64битного блока шифруемой информации с блоком гаммы шифра. последовательности элементов данных вырабатываемых с помощью некоторого криптографического алгоритма для получения зашифрованных открытых данных. Для наложения гаммы при зашифровании и ее снятия при расшифровании должны использоваться взаимно обратные бинарные операции например сложение и вычитание по модулю 264 для 64битовых блоков данных. Гаммирование решает обе упомянутые проблемы:...
28531. Гаммирование с обратной связью 16.05 KB
  Данный режим очень похож на режим гаммирования и отличается от него только способом выработки элементов гаммы – очередной элемент гаммы вырабатывается как результат преобразования по циклу 32З предыдущего блока зашифрованных данных а для зашифрования первого блока массива данных элемент гаммы вырабатывается как результат преобразования синхропосылки по тому же циклу 32З. Как видно из соответствующего уравнения при расшифровании блока данных в режиме гаммирования с обратной связью блок открытых данных зависит от соответствующего и...
28532. Выработка имитовставки к массиву данных 15.64 KB
  Ранее мы обсудили влияние искажения шифрованных данных на соответствующие открытые данные. Мы установили что при расшифровании в режиме простой замены соответствующий блок открытых данных оказывается искаженным непредсказуемым образом а при расшифровании блока в режиме гаммирования изменения предсказуемы. Означает ли это что с точки зрения защиты от навязывания ложных данных режим гаммирования является плохим а режимы простой замены и гаммирования с обратной связью хорошими – Ни в коем случае.