Расчетные формулы и расчеты

При выполнении расчетов следует использовать следующие выражения.

1. Атмосферное давление находится по формуле:

Р_атм = 100· В, Па

2. Перепад давления воздуха в воздухомере

ΔP = ρ ·Н·g, Па

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.

3. Плотность воздуха по состоянию в «горле» воздухомера:

, кг/м³

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

Таблица 2

Результаты обработки опытных данных

№ п/п	Рассчитываемая величина	Обоз-на-чение	Едини-ца из-мере-ния	Номер опыта
	Атмосферное давление	Ратм	Па
	Перепад давления воздуха в воздухомере	ΔP	Па
	Плотность воздуха в воздухомере	ρв	кг/м3
	Расход воздуха	G	кг/с
	Плотность воздуха на выходе из трубы	ρв2	кг/м3
	Средняя скорость потока на выходе из трубы	w2	м/с
	Полная электрическая энергия, потребленная электродвигателем и электронагревателем	Ээлдв + Ээлнагр	кДж/ кг
	Изменение энтальпии потока при движении через трубу	Δh	кДж/ кг
	Изменение кинетической энергии потока при движении через трубу	Δw2/2	кДж/ кг
	Количество теплоты, отданное в окружающую среду	qпот	кДж/ кг
	Коэффициент полезного действия компрессора	η

4. Массовый расход воздуха

, кг/с.

5. Плотность воздуха на выходе из трубы

, кг/м³ ,

где t₂ - температура воздуха на выходе из трубы, ^оС

6. Средняя скорость воздуха на выходе из трубы

где F= 1,35·10^-3 м² – площадь выходного сечения трубы. Начальную скорость потока воздуха перед входом в трубу следует принять равной нулю: w₁ = 0.

7. Изменение потенциальной энергии потока воздуха в пределах трубы

gΔz = g(z₂- z₁)·10^{- 3} = 0,0039 кДж/кг одинаково во всех опытах и мало по сравнению с остальными слагаемыми уравнения (8), потому что мало изменение высоты (z₂- z₁ ) = 0,4 м. Поэтому величиной этого слагаемого gΔz в уравнении (8) можно пренебречь.

8. Изменение энтальпии воздуха в пределах трубы вычисляется по формуле

Δh = h₂ – h₁ = с_p(t₂ –t₁), кДж/кг.

где с_p =1,008 кДж/кг – теплоемкость воздуха при постоянном давлении, которая принимается постоянной в условиях опытов.

Все слагаемые уравнения (8) при записи в табл.2 выражены в единицах кДж/кг. Для этого рассчитанные численные значения слагаемых необходимо умножить на переводной коэффициент 10^-3 кДж/Дж.

9. Увеличение кинетической энергии потока газа в трубе

Δw²/2 =(w₂²- w₁²)·10^-3/2 = w₂²·10^-3/2, кДж/кг.

10. Полная электрическая энергия, потребленная электродвигателем и электронагревателем

Э_элдв + Э_элнагр = (I_к·U_к + I_н·U_н)·10^-3 /G, кДж/кг/

11. Потери теплоты в окружающую среду

q_пот = (Э_элдв + Э_элнагр ) - Δh - Δw²/2.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как достигается поставленная цель?

2. Чем различаются замкнутая и разомкнутая термодинамические системы?

3. Какое отношение имеет первый закон термодинамики к всеобщему закону сохранения энергии?

4. Сформулируйте и напишите аналитические выражения первого закона термодинамики для замкнутой и разомкнутой термодинамических систем.

5. Каков физический смысл величин, входящих в уравнения первого закона термодинамики для замкнутой и разомкнутой термодинамических систем?

6. Дайте определение и поясните физический смысл понятий теплотыи работыв технической термодинамике.

7. Что означают знаки « + » и « − » для теплоты и работы?

8. На что и каким образом влияет изменение нагрева трубы при постоянном расходе воздуха?

9. На что расходуется мощность, подведенная для нагрева трубы, и как она определяется?

10. Как осуществляется выбор контрольной оболочки (границ) системы применительно к данной лабораторной работе?

11. Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажите их назначение.

12. Какими методами измеряется температура в данной работе?

13. Как измеряется и регулируется расход воздуха в данной работе?

14. На что расходуется мощность, подведенная к компрессору, и как она определяется?

15. В каком месте и почему границы подсистем (системы) размыкаются?

16. Что называется внутренней энергией рабочего тела? Свойства внутренней энергии и расчетные формулы.

17. Что называется энтальпией рабочего тела? Свойства энтальпии и расчетные формулы.