Содержание и оформление отчета по работе

Отчет по работе должен содержать*:

1. Принципиальная схема и цикл ПСУ.

2. Сводная таблица параметров в узловых точках (таблица 1).

3. Сводная таблица результатов исследования термодинамических процессов водяного пара (таблица 2).

4. Результаты расчета КПД цикла ПСУ (параметры состояния в термический КПД) (таблица 2).

*- все ответы сопровождаются соответствующими изображениями в i-s диаграмме

Практические задания для самостоятельного изучения данной темы

Исходные данные для выполнения задания принимаются по двум последним цифрам зачетной книжки из таблицы 3.

1. Зная любые два параметра водяного пара, определить все недостающие (точка 1).

2. Построить заданный процесс в i-s диаграмме водяного пара, определить параметры водяного пара в конечной точке (точка 2), рассчитать изменение внутренней энергии, работу и теплоту в заданном процессе. Полученные данные занести в таблицу 2 (см. лабораторную работу).

3. Определить термический КПД ПСУ, которая работает по циклу Ренкина.

Контрольные вопросы для самопроверки

1. Что называется кипением, парообразованием и испарением?

2. Что такое водяной пар?

3. Что такое степень сухости и степень влажности пара?

4. Какие процессы называются сублимацией и десублимацией?

5. Что такое термодинамический процесс? Какие термодинамические процессы можно построить в i-s диаграмме водяного пара?

6. Как можно определить работу, изменение внутренней энергии для изобарного процесса в i-s диаграмме водяного пара?

7. Как можно определить работу, теплоту, изменение внутренней энергии для изохорного процесса в i-s диаграмме водяного пара?

8. Как можно определить работу, теплоту, изменение внутренней энергии для изотермического процесса в i-s диаграмме водяного пара?

9. Как можно определить работу, изменение внутренней энергии, теплоту для адиабатного процесса в i-s диаграмме водяного пара?

10. Назначение ПСУ? Как влияет начальное давление и начальная температура пара на термический КПД в цикле Ренкина?

Литература

[2, с.162-179]; [4, с.99-126]; [5, с.58-68]; [7, с.43-46].

Таблица 2 – Сводная таблица результатов исследования термодинамических процессов водяного пара

Уравнение процесса

ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ

Показатели процесса

Начальные

Конечные

Δu, кДж/кг

l, кДж/кг

q, кДж/кг

р1, МПа

t1 , oC

1, м3/кг

i1, кДж/кг

s1, кДж/кгК

x1

p2, МПа

t2, oC

2, м3/кг

i2, кДж/кг

s2, кДж/кгК

x2

p-const

t-const

-const

s-const

Таблица 3 - Исходные данные для выполнения практических задач по теме «Процессы водяного пара»

Пред-послед-няя цифра	Параметры в точке 1						Пос-лед-няя цифра	Урав-нение про-цесса	Параметры в точке 2						Цикл Ренкина
	р1, МПа	t1 , oC	1, м3/кг	i1, кДж/кг	s1, кДж/кгК	x1			р1, МПа	t1 , oC	1, м3/кг	i1, кДж/кг	s1, кДж/кгК	x1	р1, МПа	t1 , oC	Р2, МПа
0		250				1	0	p-const				3400			2	380	0,008
1	0,1				7,0		1	s-const			0,1				1,5	300	0,01
2			10	2500			2	p-const		200					1,6	320	0,12
3				2450	6,2		3	t-const			20				9	480	0,004
4					6,5	0,8	4	s-const	5,0						5	400	0,02
5		300	0,5				5	p-const		600					2,5	300	0,005
6	0,2			3100			6	-const					8,6		1,8	350	0,01
7			0,3		6,0		7	-const		550					4	400	0,018
8					7,5	0,93	8	t-const					9,0		1,6	320	0,12
9	1,0	700					9	s-const			5,0				2	380	0,01

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Теплопроводность твердых тел при стационарном режиме

Цель работы: Изучить теорию теплопроводности твердых тел; экспериментально определить коэффициент теплопроводности материалов методом трубы; получить навыки в проведении экспериментальных работ и обработке опытных данных.

Задание

1. Определить значение коэффициента теплопроводности материала цилиндрической степени при различных тепловых режимах;

2. Составить отчет о выполненной работе.

Основные теоретические положения

Теплопроводность - простой вид теплообмена, происходящий между непосредственно соприкасающимися телами или частями одного и того же тела с различной температурой в результате теплового движения и энергетического взаимодействия между микрочастицами (молекулами, атомами, электронами), из которых состоит данное тело.

В общем случае процесс передачи теплоты теплопроводностью в твердом теле сопровождается изменением значения температуры, как в пространстве, так и во времени:

t=f(x, y, z, ), (1)

где x, y, z- координаты точки;

- время.

Эта функция определяет температурное поле – совокупность значений температуры в данный момент времени для всех точек изучаемого пространства. Температурное поле может быть нестационарным и стационарным .

Если соединить точки тела с одинаковой температурой, то получим поверхность равных температур, называемую изотермической. Изотермические поверхности между собой никогда не пересекаются. Они либо замыкаются на себе, либо кончаются на границах тела.

Предел отношения изменения температуры Δt к расстоянию между изотермами по нормали Δn, когда Δn стремится к нулю, называют градиентом температуры (град/м).

(2)

Условие передачи теплоты теплопроводностью – градиент температуры в разных точках тела не должен быть равен нулю.

Передача теплоты определяется величиной теплового потока Ф. Отношение теплового потока к единице поверхности называется плотностью теплового потока (или вектором плотности теплового потока) и обозначается q..Плотность теплового потока может быть следующей:

- линейной , Вт/м; (3)

- поверхностной , Вт/м²; (4)

- объемная , Вт/м³. (5)

Основное уравнение теплопроводности или закон Фурье:

Количество теплоты dQ, проходящее через элементарную площадку dF, расположенную на изотермической поверхности, пропорционально градиенту температуры grad t.

(6)

Знак «минус» в правой части показывает, что в направлении теплового потока температура убывает и grad t является величиной отрицательной. Коэффициент теплопроводности - коэффициент пропорциональности - есть физическое свойство вещества, характеризующее его способность проводить теплоту.

Числовое значение коэффициента теплопроводности определяет количество теплоты, проходящей в единицу времени через единицу изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице

, Вт/мК. (7)

Так как коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества, в общем случае он зависит от температуры, давления и рода вещества. Для многих материалов с достаточной для практики точностью зависимость коэффициента теплопроводности от температуры можно принять линейной

, (8)

где ₀ – значение коэффициента теплопроводности при температуре t₀;

t - действительное значение температуры, ^оС.

Рисунок - Схема экспериментальной установки: 1- металлическая трубка d=0,013м; 2- электронагреватель; 3- стальная трубка d=0,072м; 4- исследуемый материал; 5- термопары; 6- гнезда; 7- ЛАТР; 8- амперметр; 9- вольтметр; 10- логометр

Установка для определения коэффициента теплопроводности материала методом трубы (см. рисунок) состоит из тонкостенной металлической трубки 1 с внешним диаметром 0,013м и длиной 0,640м, внутри которой расположен электрический нагреватель 2, создающий равномерный ее обогрев. Пространство между этой трубкой (электронагревателем) и внешней стальной трубкой 3 с внутренним диаметром 0,072м заполнено исследуемым материалом 4. Следовательно, исследуемый материал имеет форму цилиндра с внутренним диаметром 0,013м и внешним диаметром 0,072м. На внутренней и внешней поверхности исследуемого материала по винтовой линии через 90º установлено по четыре термопары 5, гнезда 6 соединения которых выведены на панель экспериментального стенда. Тепловая мощность, выделяемая электронагревателем, регулируется лабораторным автотрансформатором (ЛАТР) 7 и измеряется при помощи амперметра 8 и вольтметра 9. ЭДС, возникающая в термопарах, измеряется логометром 10, шкала которого проградуирована в градусах Цельсия.