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

20140. Функциональное резервирование, его методы и способы 51 KB
  Повышение надежности систем путем резервирования достигается за счет рационального применения избыточных элементов. Поэтому при резервировании основное внимание обращают на выбор рациональных путей создания резервируемых систем при этом используются методы математического вероятностного исследования возможных резервных схем. Будем рассматривать резервирование как путь совершенствования рациональной схемы системы.
20141. Виды испытаний на надежность и их классификация 26 KB
  Испытания на надежность предусматривает : Определение уровня надежности и соответствие нормам надежности. Перед поставкой потребителю изделия проходят приемосдаточные испытания. Для оценки стабильности ТП проводят периодические испытания при внесении изменений в конструкцию материал и технологию типовые испытания. В зависимости от стадии разработки и производства проводятся:1 испытания опытных образцов новых конструкций 2 испытание образцов установочной серии 3 испытание серийных и массовых изделий 4 испытания модернизированных...
20143. Контрольные испытания по методу последовательного анализа 392 KB
  Если говорить о испытаниях основанных на обработке некоторого заранее запланированного объема информации то там результат обработки сравнивают с заданным показателем надежности и на основании сравнения делается вывод либо о соответствии либо о несоответствии полученных и требуемых результатов. есть основания считать что изделие удовлетворяет требования по надежности; б прекратить испытания т. есть основания считать что изделие не удовлетворяет требованиям по надежности; в продолжить испытания т. нет основания для вывода по...
20144. Методы исследовательских испытаний на надёжность 27 KB
  для исследования надёжности приборов значение имеют неразрушающие методы испыт: метод акустической эмиссии кот. методы базир. методы базир. методы ультразвук.
20145. Определение оптимального уровня надежности 324.5 KB
  С=СрСпСэ Ср затраты на разработку; Сп затраты на производство; Сэ затраты на эксплуатацию. Из приведенного графика видно что с ростом безотказной работы увеличиваются затраты на эксплуатацию.
20146. ПРЯМАЯ И ОБРАТНАЯ ЗАДАЧА ТЕОРИИ ТОЧНОСТИ 34 KB
  Многообразие направлений рассмотрения вопросов точности измерительных устройств в значительной мере определяющих погрешность измерения можно отнести к трем стадиям: Проектирование Производство Эксплуатация При проектировании осуществляется обеспечение точности при котором решаются прямая или обратная задача теории точности. Задачи теории точности: Прямая задача синтеза выбор структуры устройства определение номинальных значений параметров пределов их допустимых значений номинальных отклонений т. Изучение методов решения прямой и...
20147. Однокоординатные механические приборы, работающие по принципу сравнения со штриховой мерой 125 KB
  Объединяет все штангенприборы единая конструкция отсчетных устройств основанных на применении линейного нониуса. Принцип действия нониуса состоит в совмещении соответствующих штрихов двух линейных шкал интервалы деления которых отличаются на определенную величину. Конструкция нониуса использует то обстоятельство что невооруженный человеческий глаз не способный непосредственно количественно оценивать малые значения несовмещения штрихов в то же время способен фиксировать наличие весьма малых смещений двух штрихов от их симметричного...
20148. Оптико-механические однокоординатные приборы, работающие по принципу сравнения со штриховой мерой 696.5 KB
  Длинномеры Окулярные длинномеры Спилярный окулярный микрометр В спиральном окулярном микрометре вместо микрометрической пары используется спиральная сетка с помощью которой определяются доли интервалов основной шкалы. Отсчетная часть Поток лучей от источника 1 с изображением штрихов основной шкалы 6 проходит объектив 7 проходит неподвижную пластину 8 со шкалой имеющей интервал 01мм. В месте изображения штрихов основной шкалы 6 и неподвижной шкалы 8 круговой шкалы 10 и витков двойной спирали поток лучей попадает в окуляр 11. В эту...