7086

Процеси теплообміну при нагріванні рідини

Лабораторная работа

Физика

Мета роботи: дослідити процеси теплообміну при нагріванні рідини та виявити величину і причини розбіжності результатів експериментального і аналітичного дослідження. Обладнання: експериментальна установка для нагрівання рідини ТА...

Украинкский

2013-01-14

176.31 KB

12 чел.

  1.  Мета роботи: дослідити процеси теплообміну при нагріванні рідини та виявити величину і причини розбіжності результатів експериментального і аналітичного дослідження.
  2.  Обладнання: експериментальна установка для нагрівання рідини ТА – 88; термометр спиртовий з робочим діапазоном вимірювання температур 0-100 С; штатив; секундомір.

Порядок виконання роботи.

  1.  Ознайомилися з конструкцією і принципом дії водонагрівальної установки ТА -88 (рис.1)

рис.1. Схема водонагрівальної установки.

1-корпус, 2- ємність. 3- електронагрівач. 4 – кнопка вмикання живлення, 5 – індикатор живлення. 6 – регулятор нагріву, 7 – індикатор нагріву, 8 – термометр, 9 – штатив.

  1.  Визначаємо початкові дані.

Розраховуємо кількість теплоти, необхідної для нагрівання заданого об’єму рідини від початкової температури t1 до проміжних фіксованих температур

Qi= cm(ti-ti-1), Дж       (1)

Де с – питома теплоємкість рідини (теплоємкість води с=4187 Дж/кг С); m- маса рідини, кг; ti- кінцева (проміжна)  фіксована температура, ̊С,  ti-1- попереднє значення температури.

Qi= 4187*1(21-17)=4187*4=16748 Дж

Розраховуємо час τр1, за який буде досягнута задана температура ti, за формулою:

τрi= Qi/N, с        (2)

де N- потужність електронагрівача, Вт, N= 400 Вт

τр1= 16748/400=41,9 с

Результати розрахунків заносимо в таблицю 1.1.

  1.  Перевіряємо розрахунки експериментально:
  2.  в робочу ємкість установки заливаємо задану кількість рідини, 0,5 кг;
  3.  вмикаємо установку в мережу 220В;
  4.  за допомогою регулятора нагрівання активізуємо нагрів рідини;
  5.  почавши відлік часу за секундоміром з моменту встановлення режиму нагрівання стежимо за допомогою термометра за зростанням температури рідини; фіксуємо за секундоміром час нагрівання через кожні 5 ̊С та записуємо дані в таблицю 1.1.
  6.  при досягненні температурної стабілізації вимикаємо живлення установки.

Порівнюючи час досягнення заданої температури розрахунковий τр та експериментальний τе, визначаємо абсолютну різницю Δτ і результати заносимо в таблицю 1.1

Δτ= Δτе- τр, с

Δτ1=51-41,87=9,13с

Δτ2=46-41,87=4,13с

Δτ3=47-41,87=5,13с

Δτ4=48-41,87=6,13с

          Таблиця 1.1

№ з/п

t,c

Qр, Дж

τр

τе, с

Qе, Дж

Δτ, с

ΔQ, Дж

η, %

ηср, %

1

17

-

-

-

-

-

-

-

-

2

21

16748

41,87

51

20400

9,13

3652

82

87,25

3

25

16748

41,87

46

18400

4,13

1652

91

4

29

16748

41,87

47

18800

5,13

2052

89

5

33

16748

41,87

48

19200

6,13

2452

87

Розраховуємо кількість  теплоти, витраченої на нагрівання заданого об’єму рідини від початкової температури ti до проміжних фіксованих температур за формулою:

Qi= τе N, Дж        (3)

Q1=51*400=20400 Дж

Q2= 46*400=18400 Дж

Q3= 47*400=18800 Дж

Q4= 48*400= 19200 Дж

  1.  За результатами розрахунків та експерименту будуємо графіки залежності: τр=ƒ(t), τе=ƒ(t).

t, с

  1.  Визначаємо величину втрати теплоти в оточуюче середовище

ΔQ=QеQр, Дж

ΔQ1=20400-16748=3652 Дж

ΔQ2= 18400-16748=1652 Дж

ΔQ3=18800-16748=2052 Дж

ΔQ4=19200-16748=2452 Дж

Розраховуємо коефіцієнт корисної дії (ККД) η установки по перетворенню електричної енергії струму у теплову енергію нагрітої рідини за формулою (4) для всіх діапазонів температур і середнє значення:

ηi=( Qр/ Qе) 100%     (4)

η1=(16748/20400)100=82%

η2=(16748/18400)100=91%

η3=(16748/18800)100=89%

η4=(16748/19200)100=87%

Розраховуємо середнє значення ККД:

ηср=(82+91+89+87)/4=87,25%

8. Висновки: в результаті лабораторної роботи ми дослідили процеси теплообміну при нагріванні  рідини і порівнюючи величини результатів експериментального і аналітичного методів дослідження ми побачили, що розрахункова  кількість теплоти необхідної для нагрівання заданого об’єму рідини від початкової температури до фіксованих температур менша від експериментальної кількості теплоти, тому що при експериментальному визначенні,  витрачається теплота в зовнішнє середовище.

9.  Змішуємо нагріту рідиною масою mг=0,5кг з температурою tг=61,5 ̊С і холодну рідину масою mх=0,5 кг, з температурою tх= 17 ̊С. Вимірюємо температуру суміші tсум.

Розраховуємо кількість теплоти Qвід, відданої гарячою рідиною при охолодженні до температури суміші 9використовуючи формулу (1)) і кількість теплоти Qотр, отриману холодною рідиною при її нагріванні до цієї ж температури.

Результати вимірювань і розрахунків заносимо в таблицю 1.2

        Таблиця 1.2

№з/п

mг, кг

mх, кг

tх,  ̊С

tх,   ̊С

tсум,    ̊С

Qвід, Дж

Qотр, Дж

ΔQ, Дж

1

0,5

0,5

17

61,5

37,5

50244

42916

7327

10. Розраховуємо  Qвід та Qотр

Qвід= cmг(tг-tсум), Дж,   Qотр =cmх(tсум- tх), Дж

Qвід=4187*0,5 (61,5-37,5)=50244 Дж

Qотр=4187*0,5(37,5-17)=42916 Дж

ΔQ= 50244-42916=7327 Дж

11. Висновки: в результаті енергообміну гарячої та холодної рідини, ми побачили, що кількість теплоти , відданої гарячою рідиною при охолодженні до температури суміші більша, ніж кількість теплоти, яку отримала холодна рідина при нагріванні її до цієї ж температури.


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЖИТОМИРСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

        Гр.. ЗТК – 08.2

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА З ТЕПЛОТЕХНІКИ

№1 «Дослідження процесу нагріву в водонагрівальній лабораторній установці»

КЕРІВНИК:       СТЕПЧІН Я.А.

ВИКОНАВЕЦЬ:      ПРОЦЕНКО І.М.

2008


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16605. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ, ПОСТРОЕННЫХ НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ К140УД1408 336.61 KB
  Отчет по лабораторной работе № 1 макет № 18 по дисциплине Электротехника электроника и схемотехника на тему: ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ ПОСТРОЕННЫХ НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ К140УД1408 Цель работы Изучение возможностей практическог...
16606. Исследование усилителя, построенного на основе микросхемы К118УН1 235.75 KB
  Отчет по лабораторной работе №3 по дисциплине Электротехника электроника и схемотехника на тему: Исследование усилителя построенного на основе микросхемы К118УН1 Цель работы Изучение принципов построения транзисторных усилителей устройств с резис...
16607. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ 112.73 KB
  ОТЧЕТ о лабораторной работе №6 по курсу Электроника ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ Цель работы Исследование принципа построения и основных характеристик компенсационного стабилизатора напряжения Схемы Принципи...
16608. Изучение Программы Libedit пакета Orcad 11.99 KB
  Лабораторная работа 1. Изучение Программы Libedit пакета Orcad. Цель работы: изучить назначение возможности и основные команды программы Libedit. Порядок выполнения работы: 1. Открыть подкаталог exe каталога Orcad и запустить на выполнение программу libedit.exe. 2. Внимател
16609. Создание библиотеки элементов пакета Orcad 13.93 KB
  Лабораторная работа 2. Создание библиотеки элементов. Цель работы: научиться создавать библиотеку собственных схемных элементов с помощью программы LIBEDIT на примере создания резистора конденсатора диода транзистора. Порядок выполнения работы: 1. Запустить на
16610. Редактирование стандартных библиотечных элементов пакета Orcad 12.39 KB
  Лабораторная работа 3. Редактирование стандартных библиотечных элементов. Цель работы: получение навыков редактирования готовых элементов библиотек импортирование элемента из библиотеки изменение элементов библиотеки экспортирование элементов в собственн
16611. Работа с макрокомандами пакета Orcad 12.96 KB
  Лабораторная работа 4. Работа с макрокомандами. Цель работы: получение навыков работы с макросами макрокомандами. Использование встроенных макросов создание вызов сохранение собственных макрокоманд. Порядок выполнения работы: 1. Запустить на выполнение прогр
16612. Изучение команды LIBRARY программы PCB пакета Orcad 14.36 KB
  Лабораторная работа 5. Изучение команды LIBRARY программы PCB. Цель работы: изучить назначение возможности и основные команды пункта меню Library программы PCB пакета ORCAD. Порядок выполнения работы: 1. Запустить на выполнение программу pcb.exe находящуюся в подкаталоге EXE катал...
16613. Разработка корпусов схемных элементов пакета Orcad 12.88 KB
  Лабораторная работа 6. Разработка корпусов схемных элементов. Цель работы: получение навыков создания корпусов элементов принципиальных схем средствами программы PCB разработанных ранее с помощью программы LIBEDIT. Порядок выполнения работы: 1. Запустить на выполнени