Методика обработки результатов эксперимента

 

Первоначально определяется расход воздуха через установку. Для этого необходимо перевести показания ротаметра в массовый расход воздуха.

Градуировочная шкала ротаметра приведена в табл. 1.

Таблица 1. Градуировочная шкала ротаметра

N, число делений
Расход , л/ч
Расход при параметрах воздуха: to=24 oC, Po=755 мм рт. ст., ρо=1,18 кг/м3

 

Перерасчет объемного расхода воздуха с параметров градуировочной шкалы ротаметра на действительные параметры воздуха выполняется по формуле

, (4.1)

где – объемный расход воздуха по градуировочной таблице ротаметра, л/ч;

– объемный расход воздуха в пересчете на параметры воздуха перед ротаметром в опыте, л/ч;

ρ_о – плотность воздуха по градуировочной таблице ротаметра, кг/м³;

ρ₁ – плотность воздуха при его параметрах на входе в ротаметр, кг/м³.

Плотность воздуха на входе в ротаметр определяется по уравнению состояния идеального газа

, (4.2)

где Р₁ – давление воздуха на входе в ротаметр, принимается равным атмосферному давлению;

Т₁ – температура воздуха на входе в ротаметр.

Массовый расход воздуха G, кг/с, через установку рассчитывается по уравнению

. (4.3)

Полученную величину расхода воздуха записывают в таблицу результатов обработки опытных данных (см. табл. 2).

Таблица 2. Результаты обработки опытных данных

№ опыта	Uн, В	I, А	I Uн, Вт	t1, оС	t2, оС	∆t, оС	G,	cрm,

 

Далее определяется электрическая мощность нагревателя по напряжению U_н и току I. Электрический ток, проходящий через нагреватель, рассчитывается по формуле

, (4.4)

где R_o – образцовое сопротивление 0,1 Ом, подключенное последовательно с нагревателем;

U_o – напряжение на образцовом сопротивлении.

Определение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха может выполняться двумя способами [3].

 

Определение теплоемкости без учета внешнего теплообмена установки

 

В этом варианте расчета считается, что вся теплота нагревателя идет только на нагрев воздуха и соответствует выражению

, (4.5)

где ∆t – разница температур воздуха на выходе из сосуд Дюара t₂ и входе в него t₁.

Расчетное выражение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха в этом случае будет соответствовать виду

. (4.6)

 

Определение теплоемкости с учетом внешнего теплообмена установки

 

При наличии передачи или получения теплоты воздухом со стороны внешней среды в правую часть выражения (4.5) необходимо добавить второе слагаемое

, (4.7)

где Q_вн – внешняя теплота, подведенная к воздуху или отведенная от него.

Внешняя теплота может быть как положительной, так и отрицательной. При Q_вн>0 происходят потери теплоты во внешнюю среду через стенки сосуда Дюара или часть теплоты электронагревателя идет на прогрев стенок этого сосуда. В случае когда Q_вн<0, нагрев воздуха частично осуществляется за счет того, что сосуд Дюара имеет температуру выше, чем температура воздуха в нем (такое возможно, когда опыт проводится на неостывшей установке).

Для учета внешней теплоты при определении теплоемкости принимаем в качестве постоянных расход воздуха, теплоемкость воздуха и внешнюю теплоту. Определение теплоемкости в этом случае ведется по результатам двух опытов. Записав уравнение (4.7) для двух опытов как

,

и вычтя из первого второе, получим соотношение

. (4.8)

Расчетное выражение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха в этом случае выразится как

. (4.9)

Рекомендуется выполнить расчеты средней массовой изобарной теплоемкости воздуха по обеим методикам.

Далее необходимо сравнить найденную величину c_pm с ее значением из справочных данных [1] и оценить относительную погрешность опытных результатов по сравнению со справочными данными.

Таблица 3. Теплоемкости воздуха

Средние теплоемкости воздуха
cpm,	cvm,	mcpm,	mcvm,	c¢pm,	c¢vm,	к
Теплоемкости идеального воздуха
cp,	cv,	mcp,	mcv,	c¢p,	c¢v,	к

На основании определенной опытным путем c_pm вычислить величины средних теплоемкостей воздуха: массовой при постоянном объеме c_vm; объемных при постоянном давлении и при постоянном объеме при нормальных условиях c¢_pm и c¢_vm; мольных mc_pm и mc_vm и величину к = c_pm/c_vm. Сравнить данные теплоемкости с соответствующими теплоемкостями идеального двухатомного воздуха, используя расчетные выражения этих теплоемкостей, полученных в соответствии с молекулярно-кинетической теорией идеального газа [2]. Результаты расчетов свести в таблицу (см. табл. 3).