Обработка результатов измерений

 

Во всех расчетах берут средние значения величин, полученных за время работы.

Количество теплоты, аккумулированное воздухом за секунду Q, кВт, находят по формуле

 

,                             (1.1)

 

где  – объемный расход воздуха, приведенный к нормальным условиям, нм³/с;

 – объемная изобарная теплоемкость воздуха, кДж/(нм³·К);

 – температура воздуха до и после нагревателя, К.

Искомая величина – изобарная объемная теплоемкость воздуха  выражается из формулы (1.1)

.             (1.2)

 

Количество теплоты, подведенное к воздуху от электрического нагревателя за секунду, определяется из состояния

 

,                            (1.3)

 

где – тепло, выделяющееся нагревателем в 1 с, кВт;

 – напряжение в нагревателе, В;

 – сила тока, протекающего через нагреватель, А.

Расход воздуха в секунду, приведенный к нормальным условиям, нм³/с, определяется по формуле

 

,                           (1.4)

 

где  – барометрическое давление, мм рт. ст.;

     – объемный расход воздуха в секунду, м³/с.

 

,                           (1.5)

где  – поперечное сечение трубы, равное , м²;

 – средняя скорость воздуха в трубе, м/с;

    – диаметр трубы, м (d =100 мм).

Средняя скорость воздуха в трубе , м/с, определяется по скорости воздуха по оси трубы из соотношения

 

,                                  (1.6)

 

где  – скоростной коэффициент, равный 0,85, характеризующий неравномерность скорости воздуха по сечению трубы.

Осевая скорость  определяется по динамическому напору

 

,                            (1.7)

 

где  – динамический напор, Н/м²;

    – плотность воздуха, кг/м³.

Динамический напор, Н/м², определяется по формуле

 

,                        (1.8)

 

где  – ускорение силы тяжести, принимается  = 9,81 м/с²;

   – высота столба жидкости, уравновешивающей динамический напор, м;

    – плотность манометрической жидкости, = 1000 кг/м³;

 – плотность воздуха, кг/м³;

                                     ,                       (1.9)

.

 

Тепловые потери исключаются из расчета, так как измерения проводятся в стационарном режиме. С учетом всего объемная изобарная теплоемкость воздуха будет вычисляться по формуле 1.2.

Рассчитанное по формуле (1.2) значение  позволяет рассчитать массовую теплоемкость, кДж/(кг·К) по выражению

 

,                            (1.10)

 

где  – масса моля воздуха, кг/кмоль (  = 28,96 кг/кмоль).

Кроме изобарной теплоемкости, следует рассчитать массовую изохорную теплоемкость  по уравнению Майера , так как воздух в данном состоянии близок к идеальному газу. Газовая постоянная воздуха, кДж/(кг·К), находится по формуле

 

.

 

Полученные величины  и  сравнивают с табличными значениями (приложение В) и сопоставляют величину их расхождения с максимально возможной ошибкой экспериментальных данных. Ошибка экспериментальных данных рассчитывается по следующим формулам:

 

,                                           (1.11)

 

,                                            (1.12)

 

где индекс "экс" – значение средней теплоемкости, полученное в результате эксперимента; индекс "табл" – табличное значение средней теплоемкости.

Далее вычисляют показатель адиабаты воздуха  и сравнивают с табличным значением [1].

Экспериментальное исследование теплоемкости газа дает возможность вычислять изменение удельной энтальпии, Δh, кДж/кг, и внутреннюю энергию, Δu. кДж/кг [1] выражениям

 

,                        (1.13)

 

.                             (1.14)