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

75330. Раннее Возрождение и гуманизм в Италии XIV-XV веков 36.5 KB
  Возникновение культуры Возрождения было подготовлено рядом общеевропейских и локальных исторических условий. Богатый процветающий итальянский город стал главной базой формирования культуры Возрождения светской по своей общей направленности и во многом отвечавшей потребностям его общественного развития. означал духовное обновление подъем культуры после ее тысячелетнего упадка в средние века: отношение деятелей новой культуры к средневековому варварству было подчеркнуто негативным. Идейной основой ренессансной культуры был гуманизм...
75331. Государство периода феодальной раздробленности 32.5 KB
  Феодальная анархия аристократический стройПо мере разветвления правящей династии в раннефеодальных государствах расширения их территории и административного аппарата представители которого осуществляют власть монарха над местным населением собирая дань и войско увеличивается количество претендентов на центральную власть периферийные военные ресурсы увеличиваются а контрольные возможности центра ослабевают. Верховная власть становится номинальной и монарх начинает избираться крупными феодалами из своей среды при этом ресурсы избранного...
75332. Испания и Португалия в XIV-XV веках 42 KB
  Испания и Португалия в XIVXV вв. Пиренейский полуостров в XIV XV вв. Арагон на протяжении всего периода осуществлял планомерную экспансию в Средиземноморье: он подчинил Балеарские острова в конце XIII первой половине XIV в. Крайне неблагоприятные последствия для полуострова как и для остальной Европы имела эпидемия чумы в середине XIV в.
75333. Особенности социально-экономического и политического развития Англии в XII-XIII веках 39 KB
  Развитие товарно-денежных отношений в деревне в целом тяжело отразилось на широких массах крестьянства. С развитием рынка росли потребности феодалов. Коммутация ренты ускорила и углубила начавшееся задолго до XIII в. имущественное расслоение крестьянства
75334. Английское общество и государство в XIV-XV веков 43.5 KB
  Английское общество и государство в XIVXV вв. Во второй четверти XIV в. Под давлением экономической необходимости и усиливающейся борьбы крестьянства многие даже крупные феодалы к середине XIV в. Малая производительность барщинного труда там где он сохранялся слабая приспособляемость домениального хозяйства к условиям рынка наконец нехватка наемной рабочей силы в хозяйстве феодалов коммутировавших барщину уже к середине XIV в.
75335. Испания и Португалия в XI-XIII вв. Ход Реконкисты 66.5 KB
  Испания и Португалия в XIXIII вв. Окончательная победа реконкисты В течение XI XIII вв. За два столетия с середины XI до середины XIII в. Причины успехов реконкисты коренились во внутренней истории как самого Халифата так и Кастилии и Арагона а также в характере реконкисты с конца XI по конец XIII в.
75336. Четвертый крестовый поход. Захват Константинополя и образование Латинской империи 34.5 KB
  Четвертый крестовый поход. Четвертый крестовый поход 1202-1204. Поэтому папа Иннокентий III 1198-1216 развернул пропаганду похода направленного против Египта. В Четвертом крестовом походе справедливо усматривают переломный момент и кризис крестоносного движения ибо впервые жертвой крестоносцев стали христианские государства.
75337. Последние крестовые походы. Причины их затухания и итоги крестоносного движения 38.5 KB
  Последние крестовые походы. Последние крестовые походы. европейскими странами предпринимались крестовые походы против османов не принесшие успеха. Крестовые походы не только не достигли своей прямой цели но принесли гибель сотням тысяч их участников и сопровождались тратой колоссальных средств европейских государств.
75338. Франция в XII-XIII веках 43.5 KB
  Социальноэкономическое развитие Франции в это время отличали заметные сдвиги и прогресс в развитии производительных сил следствием которых явилось повышение продуктивности сельского хозяйства см. Процесс сокращения и даже ликвидации барской запашки получил наиболее выраженные формы именно во Франции и особенно в хозяйствах светских феодалов. Особенностью развития Южной Франции в Х1ХП вв. Обретя большую степень самостоятельности и ориентированные по преимуществу на внешнюю торговлю южные города не сыграли значительной роли в деле...