Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Определение средней массовой теплоемкости воздуха при постоянном давлении

Методические указания к лабораторной работе по технической термодинамике для всех специальностей

Уфа 2007

Описывается установка и методика проведения эксперимента по определению средней массовой теплоемкости воздуха. Даются рекомендации по определению абсолютных и вычислению относительных погрешностей измерения массовой теплоемкости.

Работа предназначена для студентов обучающихся по направлениям . Направление 130500 «Нефтегазовое дело», 280100 «Безопасность жизнедеятельности», 240400 «Химическая технология органических веществ и топлива», 240800 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии нефтехимии и биотехнологии», 130600 «Оборудование и агрегаты нефтегазового производства», 240900 «Биотехнология»

СОСТАВИТЕЛИ: Кузнецова В.В., доцент, канд. техн. наук

Молчанова Р.А., доцент, канд. техн. наук

РЕЦЕНЗЕНТ: Хафизов Ф.М., доцент, канд. техн. наук

© Уфимский государственный нефтяной технический институт, 2007

Цель работы

1. Ознакомиться с методикой экспериментального определения средних теплоемкостей.

2. Приобрести навыки проведения эксперимента.

Задание

Определить экспериментально и расчетом с помощью таблиц величину средней массовой теплоемкости воздуха при постоянном давлении в пределах температур от t₁ до t₂.

1. Теоретические основы

1. Количество теплоты, необходимое для нагрева какой-либо единицы количества вещества на 1 градус, называется удельной теплоемкостью

В зависимости от количества вещества (газа), к которому относят теплоемкость, различают:

1) массовую теплоемкость – C (на 1 кг газа), кДж/(кг·град.);

2) объемную теплоемкость – C’ (на 1 м³ газа при нормальных физических условиях P = 760 мм рт. ст. и t = 0 ºC), кДж/(нм³·град.);

3) мольную теплоемкость - µ·C ( на 1 кмоль газа), кДж/(кмоль·град.).

Связь между указанными теплоемкостями выражается зависимостями

; ; ,

где µ – масса киломоля газа, кг/кмоль;

ρ_н – плотность газа при нормальных физических условиях, кг/м³.

2. Теплоемкость газов зависит от условий протекания процесса:

, (1)

где C – теплоемкость в данном процессе;

C_v – теплоемкость в изохорном процессе;

h – удельная работа, являющаяся функцией процесса.

Для изохорного процесса уравнение (1) примет вид C = C_v, т.к. h = 0; для изобарного процесса

,

где R – удельная газовая постоянная, кДж/(кг·К).

Это уравнение называется уравнением Майера.

3. Теплоемкость изменяется с изменением температуры (рис.1).

Рис.1. Зависимость удельной теплоемкости газа от температуры

В общем случае эту зависимость представляют уравнением вида

, (2)

где a₀, a₁, a₂, a₃ – величины, постоянные для данного газа.

В зависимости от интервала изменения температуры в процессе различают истинные и средние теплоемкости.

Средней теплоемкостью C_m данного процесса в интервале температур от t₁ до t₂ называют отношение количества теплоты, сообщаемой газу, к разности конечной и начальной температур (t₂ – t₁):

. (3)

Истинной теплоемкостью данного процесса называют отношение количества теплоты, сообщаемой газу, к бесконечно малому интервалу температур:

. (4)

Для определения количества теплоты необходимо выражение (4) проинтегрировать в пределах от t₁ до t₂:

. (5)

Подстановка уравнения (5) в (3) позволяет получить выражение для определения средней теплоемкости по известной зависимости истинной теплоемкости от температуры:

. (6)

Среднюю теплоемкость можно также определить по формуле

, (7)

где – значения средних теплоемкостей в интервале температур 0 ºC… t ºC, определяемых с помощью таблиц.