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

20735. Группа движений. Классификация 115.5 KB
  Классификация Движение такое преобразование плоскости которое сохраняет расстояние между любыми двумя точками. Это определение отличается от определений поворота симметрии и переноса тем что не является конструктивным нельзя определить как выполнять движение. Теорема: каковы бы ни были два прямоугольных декартовых репера и существует движение переводящее так что ориентация сохраняется. Если оба репера ориентированы одинаково то движение не изменяет ориентацию фигур иначе меняет на противоположную.
20736. Трехмерное евклидово пространство. Скалярное, векторное и смешанное произведение векторов. Приложение к решению задач 55.5 KB
  Скалярное векторное и смешанное произведение векторов. Основные отношения сумма векторов скалярное произведение умножение вектора на число. Аксиомы: аксиомы линейных векторов аксиома размерности аксиомы скалярного произведения. Линейное векторное пространство называется евклидовым если каждым двум векторам a и b этого пространства поставлено в соответствие число α называемое скалярным произведением этих векторов.
20737. Система аксиом Вейля трехмерного евклидова пространства и ее непротиворечивость 101 KB
  Геометрия Вопрос №11 Система аксиом Вейля трехмерного евклидова пространства и ее непротиворечивость Пусть трехмерное векторное пространство на полем вещественных чисел а непустое множество элементы которого называются точками. Предполагается также что дано множество отображений каждое из которых является отображением вида . Множество называется трехмерным вещественным евклидовым пространством если выполнены следующие аксиомы. Множество является множеством положительноопределенных билинейных форм таких что если то где .
20738. Линейные отображения (операторы). Матрица линейного оператора. Собственные векторы и собственные значения. Характеристическое уравнение 147 KB
  Матрица линейного оператора. Ядром линейного оператора называется Образом линейного оператора называется Ядро Образ Теорема. Каждый вектор разложим по базису B: Столбцы матрицы линейного оператора представляют собой координатные столбцы образов базисных векторов относительно данного базиса.АBfматрица линейного оператора.
20739. Ранг матрицы 107.5 KB
  Вопрос №11 Ранг матрицы. Столбцевым рангом матрицы называют ранг системы столбцов. Строчечным рангом матрицы называют равный столбцевому для произвольной матрицы. Согласно теореме можно говорить просто о ранге матрицы не уточняя о ранге системы строк или столбцов идет речь.
20741. Решение системы линейных уравнений методом последовательного исключения переменных. Структура множества решений системы линейных уравнений 50.5 KB
  Решение системы линейных уравнений методом последовательного исключения переменных. Структура множества решений системы линейных уравнений Метод Жордана ГауссаМЖГ. Каждое элементарное преобразование системы является равносильным Докво: 1 равносильное преобразование. x1xn решение Каждому элементарному преобразованию СЛАУ соответствует элементарное преобразование строк расширенной матрицы системы.
20742. Кольцо. Примеры колец. Простейшие свойства колец. Подкольцо. Гомоморфизмы и изоморфизмы колец 128 KB
  Подкольцо. Алгебра называется кольцом если: 1 абелева группа. Если ассоциативный группоид полугруппа то ассоциативное кольцо. Если моноид существует то ассоциативное кольцо с единицей.
20743. Векторное (линейное) пространство. Линейная зависимость и независимость системы векторов. Базис и ранг конечной системы векторов. Базис и размерность векторного пространства 63.5 KB
  Векторноелинейноепространство. Совокупность всех nмерных векторов образует nмерное пространство ОПР2:S={a1a2ak} произвольная система векторов nмерного пространства Система векторов называется линейно зависимой если не все равны 0такие чтодействительные числа1. Если 1 выполняется только в том случае когда все числа то система векторов называется линейно независимой. Свойства линейно зависимыхнезависимыхсистем: 1Система векторов S линейно зависима тогда и только тогда когда существует вектор линейно выражающийся через...