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

67987. Иван Михайлович Комов 201.5 KB
  В своем очерке посвященном общественно-историческим условиям в России во второй половине XVIII века считаю нужным указать наиболее важные для исторические черты с точки зрения развития и влияния на формирование Комова И. Иван Михайлович Комов Комов Иван Михайлович 1750-1324.
67988. Иван Владимирович Тюрин 132.5 KB
  Официальная биография говорит, что Иван Владимирович Тюрин родился 3 ноября 1892 году в селе Верхние Юшады Мензелинского района Уфимской области. Однако по воспоминаниям М. Оберландер, дочери И.В. Тюрина, в этом селе его крестили, а родился Иван Владимирович в доме своих родителей, Владимира Ивановича и Анастасии Васильевны...
67989. Определение концентрации Ge в эпитаксиальных пленках SixGe1-x/Si методом Оже-спектроскопии 749 KB
  Данное пособие подготовлено в рамках работ по проекту «Научно-образовательный центр Физика твердотельных наноструктур Нижегородского государственного университета им. Н.И.Лобачевского» Российско-американской программы «Фундаментальные исследования и высшее образование».
67990. Розвиток освіти в Іспанії 164.5 KB
  Перші школи в Іспанії як і в ін. школи для бідних а також ряд шкіл і колегіумів при інститутах створених педагогамигуманістами. Працюючим були доступні лише початкові школи але їх не вистачало. Незважаючи на те відповідно до конституції 1931 і закону 1933 школи релігійних організацій...
67991. Навчання в Росії в 11-14 століттях 116.5 KB
  Історичні зведення про російські школи убогі. Аж до XVІІ століття, коли святитель Дмитрій Ростовський влаштував перші народні школи. Істотно те, що характер народної освіти в Руській державі споконвічно складається як церковний і сімейний. Церковним було мистецтво, зачинателем якого став...
67992. Освітня справа доби гетьманату (квітень — грудень 1918 року) 138 KB
  Щоб зрозуміти погляд П. Скоропадського на державу, треба пояснити, у якому середовищі формувався світогляд гетьмана і в якому контексті доводилося йому діяти. Насамперед він був глибоко пов’язаний з історичною традицією. П. Скоропадський належав до старого козацького роду, серед якого був...
67993. Історичні умови, освіта і наука в період українського культурного відродження ХIХ століття 60.5 KB
  У кінці XVIII ст. територія України була розділена між Австрійською (увійшло 20% площі) і Російською (80%) імперіями. До цього часу завершилася ліквідація української державності. В обох імперіях розгалужений бюрократичний апарат повністю контролював всі сторони життя суспільства.
67994. РОЗВИТОК ШКОЛИ Й ПЕДАГОГІЧНОЇ ДУМКИ НА БУКОВИНІ 129.5 KB
  Еволюція українського шкільництва й педагогічної думки Буковини протікала в загальнонаціональному руслі історії України й належить до цінних надбань виховної культури українського народу. Тим більше, що на цій предковічній території з давніх часів жили українські племена, переважно тиверці та уличі.