Расчетные формулы и расчеты

Схема и описание установки

Рабочее тело − воздух компрессором 1 (рис. 1) забирается из окружающей среды, сжимается и поступает в горизонтальный участок трубы 5. Воздух на пути из окружающей среды в компрессор проходит через воздухомерное устройство 2 типа «труба Вентури». Количество воздуха, проходящее через установку, может изменяться с помощью заслонки 3. Параметры окружающей среды измеряются приборами, расположенными на панели 11. На панели 4 расположены три U-образных манометра для измерения статических давлений в сечениях: «горло» воздухомера (Н), на входе в компрессор () и за компрессором (). В результате подведенного тепла, воздух, проходя от сечения I−I, где его температура равна температуре окружающей среды , нагревается до температуры t₂_a, которая измеряется термопарой 6 в комплекте с вторичным прибором.

Рис. 1. Схема установки

Для определения мощности, подведенной к электродвигателю компрессора, служит панель 8 «Работа компрессора» с размещенными на ней амперметром и вольтметром. Мощность, израсходованная на нагрев горизонтального участка трубы 5, определяется по показаниям вольтметра и амперметра, расположенных на панели 10 «Нагрев трубы».

Протокол наблюдений

№ П./п.	Измеряемая величина	Обозначение	Единицы измерен	Номера опытов
№ П./п.	Измеряемая величина	Обозначение	Единицы измерен	1	2	3	4	5	6
1	Температура воздуха при входе в воздухомер (сечение I)	t₁	°С
2	Температура воздуха при входе в трубу (сечение IIа)	t_2а	°С
3	Температура воздуха при выходе из трубы (сечение II)	t₂	°С
4	Показания вакуумметра («горло» воздухомера)	Н	мм вод. ст.
5	Показания пьезометра (после компрессора)	Н_н	мм вод.ст.
6	Напряжение и сила тока, потребляемого компрессором	U_к	в
6	Напряжение и сила тока, потребляемого компрессором	I_к	а
7	Напряжение и сила тока, потребляемого на нагрев трубы	U_н	в
7	Напряжение и сила тока, потребляемого на нагрев трубы	I_н	а
8	Показания барометра	B	мбар
9	Температура окружающей среды	t_окр	°С

Расчетные формулы и расчеты

4.1. Атмосферное давление находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле:

ПА (10)

4.2. Перепад давления воздуха в воздухомере ΔР

, Па, (11)

где ρ – плотность воды в U-образном вакуумметре, равная 1000 кг/м³;

g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/сек²;

Н – показание вакуумметра («горло») воздухомера, переведенное в м вод.ст.

4.3. Плотность воздуха по состоянию в «горле» воздухомера ρ_в

кг/м³, (12)

где R – газовая постоянная воздуха, равная 287 Дж/кг·°К.

4.4. Расход воздуха G

кг/сек. (13)

4.5. Абсолютное давление в сечении на выходе из компрессора и на входе в горизонтальную трубу Р_2а

, Па, (14)

где Н_н- показание пьезометра (после компрессора), переведенное в м вод.ст.

4.6. Плотность воздуха на выходе из компрессора и на входе в горизонтальную трубу ρ_2а

кг/м³, (15)

где t_2а– температура воздуха на выходе из компрессора и на входе в горизонтальную трубу (сечение IIa), °С.

4.7. Плотность воздуха на выходе из трубы ρ₂

кг/м³, (16)

где t₂– температура воздуха на выходе из трубы (сечение II), °С.

4.8. Значение энтальпии воздуха h в сечениях I, IIa и II определяется по общему уравнению

кДж/кг (17)

где с_р– теплоемкость воздуха при постоянном давлении, которая может быть принята не зависящей от температуры и равной 1,006 кДж/(кг·°С);

t_j– температура в рассматриваемом сечении, °С;

j – индекс рассматриваемого сечения (I, IIa или II).

4.9. Средняя скорость потока W_jв сечениях IIa и II определяется по общему уравнению

м/сек, (18)

где F – площадь проходного сечения для потока воздуха, одинаковая для сечений IIa и II и равная 1,35·10^{-3 м2};

ρ_j– плотность воздуха в рассматриваемом сечении, кг/м³;

j - индекс рассматриваемого сечения (IIa или II).

Скорость потока воздуха в сечении I (на входе в воздухомер из окружающей среды) должна быть принята равной W₁= 0.

4.10. Изменение потенциальной энергии на участке I − IIа ΔЭ_пот

кДж/кг (19)

Так как в данной работе (Z_2а– Z₁) = 0,4 м, то ΔЭ_пот= 0,0039 кДж/кг одинаково для всех опытов и сравнительно мало. Поэтому величиной этого слагаемого в уравнении (5) можно пренебречь.

4.11. Работа электрического тока l_э1на I-ом участке (подсистеме)

кДж/кг (20)

где I_к– сила тока, потребляемая электродвигателем компрессора, а;

U_к– напряжение, подаваемое на электродвигатель компрессора, в.

4.12. Работа электрического тока l_э2на II-ом участке (подсистеме)

кДж/кг (21)

где I_н– сила тока, потребляемая на нагрев трубы, а;

U_н– напряжение, подаваемое на нагрев трубы, в.

4.13. Результаты расчетов должны быть продублированы в форме сводной таблицы.

Сводная таблица

№ п./п.	Измеряемая величина	Обозначение	Единицы измерен	Номера опытов
№ п./п.	Измеряемая величина	Обозначение	Единицы измерен	1	2	3	4	5	6
1	Атмосферное давление	Р_атм.	Па
2	Перепад давления воздуха в воздухомере	ΔР.	Па
3	Плотность воздуха по состоянию в горле воздухомера	ρ_в	кг/м³
4	Расход воздуха	G	кг/сек
5	Плотность воздуха в сечении IIа	ρ_2a	кг/м³
6	Средняя скорость потока в сечении IIa	W_2a	м/сек
7	Плотность воздуха при выходе из трубы (сечение II)	ρ₂	кг/м³
8	Средняя скорость потока при выходе из трубы (сечение II)	W₂	м/сек
9	Работа электрического тока на первом участке (подсистеме)	l_Э1	кДж/кг
10	Изменение энтальпии потока на первом участке (подсистеме)	Δh₁	кДж/кг
11	Изменение кинетической энергии потока на первом участке (подсистеме)	ΔЭ_кин1	кДж/кг
12	Количество теплоты, отдаваемое на первом участке в окружающую среду	q_н1	кДж/кг
13	Работа электрического тока на втором участке (подсистеме)	l_Э2	кДж/кг
14	Изменение энтальпии потока на втором участке (подсистеме)	Δh₂	кДж/кг
15	Изменение кинетической энергии потока на втором участке (подсистеме)	ΔЭ_кин2	кДж/кг
16	Количество теплоты, отдаваемое на втором участке в окружающую среду	q_н2	кДж/кг
17	Общее количество тепла, отдаваемое в окружающую среду термодинамической системой	q_н	кДж/кг