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

28960. Начальный этап Великой Отечественной войны: причины неудач 94.5 KB
  Внешняя политика СССР в годы второй мировой войны. немецким военным командованием был разработан план молниеносной войны против СССР план Барбаросса . Захват Польши позволил фашистской армии создать плацдарм для нападения на Советский Союз на западных границах СССР оккупация Норвегии на северных Балканских стран – на южных. Немецкой армии вторжения в приграничных военных округах СССР противостояли 170 дивизий насчитывавших 29 млн.
28961. СССР в послевоенный период. «Холодная война» и ее сущность 40.5 KB
  СССР в послевоенный период. ряд партийных руководителей ранее когдалибо работавших в Ленинграде были обвинены в попытке разрушить Советский союз противопоставив Россию СССР а Ленинград Москве. Внешняя политика Советского государства в первом послевоенном десятилетии Возросший после II мировой войны авторитет СССР базировался на военной мощи Советского государства и признательности европейских народов за освобождение от фашизма. дипломатические отношения с СССР поддерживали 26 стран то в 1945 г.
28962. Хрущевская «оттепель». Попытки осуществления политических и экономических реформ 31.5 KB
  После смерти Сталина в результате борьбы за власть в 1957 году Председателем Совета Министров был избран Н. Период после смерти Сталина и правления Н. После его смерти руководство КПСС предпринимало попытки по разоблачению преступлений сталинского периода. Но всё же впервые открыто о преступлениях сталинского периода было объявлено на ХХ съезде КПСС февраль 1956г.
28963. СССР в 70-80-е годы XX в. Нарастание кризисных явлений в обществе 31.5 KB
  СССР в 7080е годы XX в. Советская экономика всё больше отставала от экономики развитых стран по техническому и технологическому уровню показателям эффективности и что более важно СССР утрачивал преимущества в темпах экономического роста. По этому показателю СССР отставал не только от ведущих западных стран но и от новых индустриальных стран Южной Кореи Тайваня на десятилетия. Чтобы покупать новейшие технологии и продовольствие СССР вынужден был всё больше сырья поставлять на экспорт.
28964. Политика перестройки, замыслы и результаты 40 KB
  Попрежнему формально высшим органом власти был двухпалатный Верховный Совет СССР регулярно собиравшийся на свои сессии на которых он утверждал решения партии и правительства. 12я внеочередная сессия Верховного Совета СССР приняла закон €œОб изменениях и дополнениях Конституции Основному Закону СССР€ содержанием которого было изменение избирательной системы в СССР принципов выборности народных депутатов СССР и принципов функционирования государственных органов. были проведены выборы народных депутатов СССР а весной 1990 г. Всего...
28965. События 1991, распад СССР, образование СНГ и выбор Россией нового исторического пути 37 KB
  Процесс затягивается4 8 декабря Беловежское соглашение Ельцын Кравчук Шушкевич : СССР прекращает существование Россия Украина и Белоруссия объединяются в СНГ. 5 21 декабря АлмаАтинская встреча лидерорв 9 республик Декларация о прекращении существования СССР и о принципах деятельности СНГ.До конца 1991 к СНГ присоединились Молдова и Азербайджан всего в СНГ 11 государств 15 минут 3 прибалтийские республики6 Горбачев сложил свои полномочия.
28966. Россия на пути социально-экономической модернизации. Октябрьские события 1993, завершающий этап ликвидации советской власти 30.5 KB
  явились следствием противостояния законодательной и исполнительной ветвей власти Российской Федерации. Ельцин издал указ О поэтапной конституционной реформе в Российской Федерации в соответствии с которым Верховный Совет и Съезд народных депутатов прекращали свою деятельность. Конституционный суд РФ пришел к заключению о несоответствии данного указа российской Конституции однако Ельцин его не отменил. В 1994 арестованные участники этих драматических событий были амнистированы Государственной думой Российской Федерации.
28967. Принятие конституции РФ 1993г. Качественные изменения социально политической жизни страны 36.5 KB
  Качественные изменения социально политической жизни страны Работа Конституционной комиссии Необходимость принятия новой Конституции была осознана всеми политическими силами еще в ходе принятия Декларации о государственном суверенитете от 12 июня 1990 г. Поначалу работа комиссии проходила довольно быстро и уже через четыре месяца проект новой Конституции был не только подготовлен но и опубликован для всеобщего обсуждения. Седьмой съезд постановил вынести основные положения проекта новой Конституции на всероссийский референдум но восьмой...
28968. Реформы 60-70-х гг. XIXв., их цели и содержание 36.5 KB
  их цели и содержание Реформа местного самоуправления земская и городская Отмена крепостного права привела к необходимости проведения буржуазных реформ и в других областях государственной жизни. по типу земской была проведена городская реформа. Военная реформа Поражение России в Крымской войне показало что необходимо реконструировать всю военную систему. Военная реформа проводилась до 1874 г.