Теплоёмкости воздуха в проточном калориметре

Определение изобарной теплоёмкости воздуха осуществляется методом нагрева воздуха, движущегося в канале постоянного сечения практически при постоянном давлении. Расчёт средней изобарной теплоёмкости ведётся по формуле

(2.47)

где Ф – тепловой поток, отводимый от нагревателя к воздуху, Вт;

– массовый расход воздуха, кг/с;

– изменение температуры воздуха в калориметре, К.

Принять, что электрическая мощность нагревателя равна тепловой мощности (тепловому потоку), т. е. .

Массовый расход воздуха (кг/с) определяется по формуле

, (2.48)

где – плотность воздуха при входе в калориметр, кг/м³;

– средняя по сечению скорость воздуха в трубе, м/с;

– площадь поперечного сечения трубы, м².

Плотность воздуха на входе в трубу принимается равной плотности воздуха в помещении и определяется из уравнения состояния:

, (2.49)

где – атмосферное давление, Па;

К – температура воздуха при входе в калориметр (принимается равной температуре воздуха в помещении);

= 287 Дж/(кг.К) – удельная газовая постоянная воздуха.

Поскольку скорость изменяется по сечению трубы (рисунок 9), а измерение скорости производится на оси трубы, то средняя по сечению скорость определяется по формуле

, (2.50)

где коэффициент осреднения скорости определяется по графику (рисунок 10) в зависимости от числа Рейнольдса

, (2.51)

d – внутренний диаметр трубы, м;

– кинематическая вязкость воздуха (таблица Г.1), м²/с.

Осевая скорость потока определяется по измеренному динамическому давлению , Па:

. (2.52)

Динамическое давление определяется как разность полного и статического давлений с помощью двух трубок и определяется по показаниям микроманометра (рисунок 11)

, (2.53)

где К – коэффициент микроманометра (учитывает угол наклона трубки и плотность спирта и служит для перевода показаний микроманометра в мм вод. ст.), значение К указанно на дуге микроманометра; 9,81 – коэффициент перевода мм вод. ст. в Па.

Описание лабораторной установки. Рабочим участком установки (см. рисунок 11) является проточный калориметр с самоулавливанием тепловых потерь. Корпус 1 калориметра представляет собой двухходовой теплообменник, внутри которого в стеклянной трубке помещён электронагреватель 2. Поток воздуха во внешнем канале уменьшает тепловые потери от нагревателя.

Рисунок 11 – Схема экспериментальной установки

Движение воздуха через калориметр осуществляется за счёт разрежения, создаваемого вакуум-насосом 3.

Напряжение и сила электрического тока, проходящего по спирали нагревателя, измеряются вольтметром 4 и амперметром 5. Температура воздуха измеряется термометром 6. Атмосферное давление определяется по барометру 7, динамическое давление измеряется с помощью трубки Пито (полного давления) 8 и пьезометра (трубки статического давления) 9, подсоединённых к микроманометру 10.