Экспериментальная часть

1 2 3 4 5 6 7

Бийский технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова»

М.А. Ленский, А.И. Жигульский

ТЕПЛОТЕХНИКА.

СБОРНИК ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ

для студентов всех форм обучения всех специальностей

Бийск

Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова

2009

УДК 621.1016 (076.5)

Л46

Методические рекомендации разработаны в соответствии с госу-дарственными образовательными стандартами специальностей и на основании рабочих программ дисциплин.

Рецензент: к.х.н. профессор БТИ АлтГТУ Попенко Е.М.

Ленский, М.А.

Л46 Теплотехника. Сборник лабораторных работ: методические реко-

мендации по выполнению лабораторных работ для студентов всех

форм обучения всех специальностей / М.А. Ленский, А.И. Жигуль-

ский; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2009. – 56 с.

Методические рекомендации предназначены для студентов технических вузов всех форм обучения и специальностей, содержат основные лабораторные работы по курсу теплотехнических дисциплин. В приложении представлен необходимый справочный материал для расчетов.

УДК 621.1016 (076.5)

Рассмотрены и одобрены

на заседании кафедры ТГВ ПАХТ

Протокол № 3 от 24.03.2009 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 4

Содержание отчета по лабораторной работе.. 5

1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ТЕПЛОВОЙ ЭКВИВАЛЕНТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ 6

2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. ПОСТРОЕНИЕ

ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ ПОРШНЕВОГО

КОМПРЕССОРА…………………………………………………………10

3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА

ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ДВУХТРУБНОМ ТЕПЛООБМЕННИКЕ

ТИПА « ТРУБА В ТРУБЕ » ……………………………………………….19

4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА 32

5 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ КОМПРЕССИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ 41

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РАБОТ.. 52

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Теплофизические свойства веществ. 53

ЛИТЕРАТУРА.. 55

ВВЕДЕНИЕ

Целью выполнения лабораторных работ является теоретическое и практическое ознакомление студентов с методами получения, преоб-разования, передачи и использования тепловой энергии принципами действия, конструктивными особенностями тепловых устройств и систем; обучение студентов методологии проведения расчета различ-ных устройств и систем.

В результате выполнения лабораторных работ студенты должны:

ü знать теплотехническую терминологию, законы получения и преобразования энергии, методы анализа эффективности использования теплоты области применения и потенциальные возможностей основного теплоэнергетического оборудования (теплообменников, паровых котлов, тепловых двигателей и др.);

ü уметь правильно формулировать и решать разнообразные прикладные задачи с использованием основных законов термодинамики и тепломассообмена, связанных с профилем инженерной деятельности.

Содержание отчета по лабораторной работе

Отчет по лабораторной работе должен включать следующие структурные элементы:

ü титульный лист;

ü цель работы;

ü краткую теоретическую часть;

ü схему и описание установки;

ü отчетную таблицу;

ü математическую обработку опытных данных;

ü графическое изображение полученных результатов;

ü вывод по работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ТЕПЛОВОЙ ЭКВИВАЛЕНТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Цель работы: экспериментально определить тепловой эквивалент электрической энергии.

Задание

1. Определить электрическую энергию, подводимую к нагревателю.

2. Определить количество тепла, полученного от нагревателя водой.

3. Вычислить значение теплового эквивалента электрической энергии.

4. Сделать выводы по работе.

Теоретическая часть

Первый закон термодинамики является частным случаем всеобщего закона сохранения энергии применительно к тепловым явлениям, протекающим в термодинамических системах.

Закон формулируется следующим образом: подведенная к изолированной системе теплота расходуется на изменение внутренней энергии и совершение внешней работы, или без подвода теплоты внешняя работа может совершаться только за счет внутренней энергии системы.

Закон сохранения и превращения энергии гласит, что в изолированной системе сумма всех видов энергии является величиной постоянной. Из него следует, что уменьшение какого-либо вида энергии в одной системе, состоящей из одного или нескольких тел, должно сопровождаться увеличением энергии в другой системе тел.

Способность превращения механической энергии или работы в тепловую известна из жизненного опыта с древних времен. Практичес-кое же доказательство возможности превращения теплоты в работу было дано на первых паровых машинах, работающих за счет теплоты, получаемой при сгорании топлива в топке парового котла.

Количество теплоты, как всякого другого вида энергии, измеряемо; его технической единицей служит джоуль – количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг воды на 1 °С. Технической единицей работы также является джоуль.

Согласно закону сохранения энергии, теплота и работа эквивалентны и могут переходить одна в другую. Так как количество теплоты Q и работа L измеряются в одних и тех же единицах, то

(1.1)

где Q – количество тепла, превращенное в работу, Дж;

L – работа, полученная за счет теплоты, Дж.

Или

(1.2)

Постоянный коэффициент A = Q / L носит название теплового эквивалента работы. Тепловой эквивалент работы – величина размер-ная и зависит от системы единиц, выбранной для теплоты и работы.

Промышленной единицей электрической энергии является киловатт-час. Киловатт – промышленная единица электрической мощности. Согласно этому количество тепла, эквивалентное одному киловатт-часу электрической энергии носит название теплового эквивалента электрической энергии.

. (1.3)

Опытами установлено, что 1 кВт·ч = 3,6·10⁶ Дж, т.е. = 3,6·10⁶ Дж/кВт·ч; 1 эрг = 10^-7 Дж; 1 термохим. кал (кал_ТХ) = 4,18400 Дж.

В установленном соотношении теплоты и работы говорится не только об их эквивалентности, т.е. о количественном постоянстве энергии, но и об изменении качества самой энергии.

Экспериментальная часть

Экспериментальная установка (рисунок 1) представляет собой термостат 1, заполненный водой, которая перемешивается с помощью мешалки 6. Внутрь термостата помещен электронагреватель 2, мощность которого регулируется переключателем 3.

При включении нагревателя в сеть тепло от него передается воде, залитой в термостат. Температура воды определяется по показаниям термометра 4, а уровень – с помощью водомерного стекла 5.

Количество электрической энергии в кВт·ч, подводимая к нагревателю, измеряется по показаниям электросчетчика 7 за опреде-ленный промежуток времени, отмеряемый секундомером.

Следует отметить, что не вся теплота от нагревателя отдается воде, часть ее идет на нагревание стенок калориметра, мешалки и нагрев воздуха, окружающего калориметр.

1 – термостат; 2 – электронагреватель; 3 – переключатель;

4 – термометр; 5 – водомерное стекло; 6 – электродвигатель (мешалка);

7 – электросчетчик

Рисунок 1 – Схема экспериментальной установки

Для практических расчетов на данной установке можно принять, что 90 % теплоты, выделенной электрическим нагревателем, идет на нагревание воды. Т. е. количество электрической энергии, воспринятое водой, будет

. (1.4)

Теплоту, полученную водой, можно определить, зная количество воды в калориметре , кг, удельную теплоемкость воды , Дж/(кг × К) и средние температуры воды в калориметре в начале и в конце процесса нагревания и ( кг, Дж/ (кг×К)).