Коммерциялық емес акционерлік қоғам

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

 Жылуэнергетика қондырғыларының кафедрасы

 

 

 

ЖЫЛУТЕХНИКА НЕГІЗДЕРІ

 

5В070200 – Автоматтандыру және басқару

мамандықтарының барлық оқу түрінің студенттері үшін зерттеу

(зертханалық) жұмысттарын орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

  

Алматы 2010

ӘЗІРЛЕУШІ: Д.Ж.Темірбаев. Жылутехника негіздері. 5В070200 – Авто-маттандыру және басқару мамандықтарының барлық оқу түрінің сту-денттері үшін зерттеу (зертханалық) жұмыстарын орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар. – Алматы: АЭжБУ, 2010. – 38 б.

Оқу жоспары бойынша 5В070200 – «Автоматтандыру және басқару (АБ-АУ)» мамандық бакалавриат студенттерінің «Отын қайраттық салалы (ОҚС- ТЭК)» мамандылығы келесі үш таңдалулы арнайы пәндерді: АУ 3312 - «Сұйық пен газ механикасы» (2 несие, 1,5\1\0, пж) мен АУ 3313 - «Жылутехника негіздері» (3 несие, 2\2\0, 3 ЕСЖ) 6-шы семестрде және АУ 4314 - «Жылу өндіруінің тәсілдемелік негіздері» («Технологические основы производства тепловой энергии», 3 несие, 3\3\0, пж) 7-ші семестрде өтеді.

     

Кіріспе 1. Зерттеу жұмыстарынның талаптары мен әдістемелігі

 

Жылутәсілдік теория негізі - жылуқозғалым мен сұйықгазқозғалым және жылумаңызалмасу құбылыстары мен олардың заңдарын және заңдылықтарын білу тәсілдік қондырғылары мен аспаптарының ісін тиімді ұйымдастыруға және құрылымын құрастыруға зор маңызды. Бұлардың ілімі физика мен математикалық физиканың және ғылыми тәжірибе жетістіктеріне негізделген.

Зерттеу жұмыстары теориялық негіздерді тексеруге, ғылыми әдістерін іс жүзінде тануға, қондырғылар мен аспаптар жұмыстарының қағидалы негіздерін игеруге, дәрістерде берілген теориялық білімді тереңдетіп игеріп нықтауға, аспаптарды ойластырып жасау мен пайдаланып жаттығуға және дағдыландырып олардың ісіне үйренуге мүмкіндік береді.

Сондықтан студенттер зерттеу жұмыстарына ғылыми және жағдайлы ынталы болып, оқу сызбағын уақытында орындаумен қатар ізденулік және түсініксіз сұрақтар мен есептерге және теориялық әдістерге алдын ала көңіл бөліп, зерттеу жұмыстарының алдында оқытушымен кеңеседі.

Студенттер тәсілдік пен өрт қауіпсіздіктерінің жалпы және жергілікті жұмыс тәртіптері мен зерттеуханаға жасалған ішкі ережелерінен нұсқаулар алмай зерттеу жұмыстарына кірістірілмейді.

Бұларды студенттер міндетті орындауға тиіс. Әрине, құнды заттардың сақтылығын қадағылау мен мекенділік пен жұмыс жерінің тазалығын сақтау, ғұмыр бойы кең даласын қорғай білген, таза ұстаған қазаққа таңсық емес. Өзімшілдіктен аулақ, сабырлы, кішіпейілді ер қазақ қоғамдық тәртіпті де сақтай білген, даналығымен танылып, өрлегені бізге де зор өнеге, мақтаныш.

Студент әрбір зерттеу жұмысының теориясы мен зерттеу әдісін және өлшеу аспаптарын алдын ала танып, қажеттілігі мен жасау ретін жазып алып, қондырғысы мен өлшеу сүлбелерін және есептік кейіптемелері мен мәліметтік және оларды өңдеулік кестелерін дайындап, сызбалық пен есептік және жазулық жабдықтарымен қамтылып зерттеу жұмысына уақытында келеді.

Берілген сабақ уақытында студент зерттеу қондырғысы және өлшеу аспап-әдістерімен танысып, оқытушымен сұқпақтасып, дайындығын білдіріп, зерттеп, мәліметтерін өңдеп, қорытынды жасап, оны қорғап үлгеруге тиіс.

Студент өзінің есептігінде зерттеу жұмысының нөмірі мен атын, өзі мен оқытушының аты жөндерін, оқу тобының белгісін, зерттеген күнін көрсетеді.

Онда алдын ала дайындалған қолжазбасы мен санды және сызбалы зерттеу қорытындылары, анықталған шамаларының дәлділігі және олардың ілімдік пен істік маңыздылығы көрсетіліп, қорытынды жасалады.

Студенттің зерттеу ынталығы мен өзіндік жасауы және белсенділігі мен талаптылығы және ықшам қорытындылауы аса бағаланады.

Ыстықтық (дәлдігі 2,5 0С, 0,1 мВ) мультиметрмен не (дәлдігі 0,25 0С, 0,01 мВ) Щ4316 аспабымен тікелей өлшенбей, милливольтті хромель-алюмель жұптерімен анықталса, көрсетуі (ε - ЭҚК – электр қозғаушы күші) 0С-ге келесі теңесынау кейіптемесімен (0 ÷ 320 0С аралығында) аударылады (1 - бөлме)

                         t = 24,7(0С/мВ)ε(мВ) +  t1 = 24,7ε + t1 , 0С.               (К1)

1 Тәсілдік жылуқозғалым (ТЖҚ) зерттеу жұмыстары

 

ТЖҚ № 1 Зерттеу жұмысы

Ауаның меншікті жылусыйымдылығын

ағынды калориметр әдісімен анықтау

 

Жұмыстың мақсаты. Атмосфералық қысымдағы ауаның меншікті жы-лусыйымдылығын тәжірибелік анықтау мен ағынды калориметр әдісін игеру.

Тапсырмалар: 1) ағынды калориметр әдісімен 3÷5 тәртіпте ауаның с’р - көлемдік меншікті жылусыйымдылығын (кДж/(м3К)) тәжірибелік анықтау;

2) ауаның t = 0 0C-дегі меншікті маңыздық ср мен cv (кДж/(кгК)), көлемдік c’v (кДж/(м3К)) және мольдік μср мен μcv (кДж/(кмольК)) жылусыйымдылық мәндерін тәжірибелік анықталған с’р (кДж/(м3К)) арқылы ((1.2)-мен) есептеп, әдебиеттік мәндерімен салыстыру ([1, 2], [7], с.  20 ÷ 26).

3) өлшеу қателіктерін анықтап, зерттеу нәтижелерін талдау.

 

1.1 Зерттеуге қажетті теориялық кіріспе

 

Берілген х теңесулі құбылысындағы дененің 1 К (Кельвин) ыстықтыққа қыздыруына қажетті жылуын жылусыйымдылық дейміз

                                                                                    (1.1)

Дененің m, кг не μ, кг/кмоль маңызына, не физикалық қалыпты (tқ = 0 0C, рқ = 101 325 Па) күйдегі Vқ, қм3 көлеміне келтірілген жылусыйымдылықты меншікті маңыздық (сх = Cx/m, Дж/(кгК), қалыпты көлемдік (сх’ = Cx/Vқ, Дж/(қм3К) не мольдік (схμ = Cxμ/m, Дж/(кмольК) жылусыйымдылық дейміз.

Бұл меншікті жылусыйымдылықтардың арақатынасы келесі болады

                          (1.2)

Бұлардағы Qτ - жұмыс денеге берілетін (не одан алынатын) жылу, Дж;

q = Qτ/m - жылуқозғалымдық жүйедегі жұмыс дененің 1 кг маңызына келтірілген жылылық, Дж/кг;

m - жұмыс дененің маңызы, кг;

Т - жұмыс дененің ыстықтығы, К;

∂Т = ∂t – дербес туынды ыстықтық, К, 0С;

сх – х = p, v, T = тұрақты құбылыстардағы меншікті (ауаға t = 0 0C-де) маңыздық (ср = 1,0036, cv = 0,7164 кДж/(кгК)), көлемдік (с’р = cpρ = 1,0036∙1,293 = 1,2971, c’v = 0,9261 кДж/(қм3К)), мольдік (μср = 28,96∙1,0036 = 29,073, μcv = 20,758 кДж/(кмольК), мұндағы 1,293 кг/м3 = ρ – тығыздық, μ = 28,96 кг/кмоль – ауаның мольдік маңызы (массасы)) жылусыйымдылық.

Жылусыйымдылықтың кванттық теориясы күрделі. Сондықтан ол іс жүзінде көпмүшелік бернемен сипатталып, aумаққылық орта (үстіндегі сызықшалы) мәні пайдалынады

                                                                     (1.3)

                                                             (1.4)

Мүлтіксіз газдардың Майер теңдеуі

                                                                                                (1.5)

Мұндағы R – газ тұрақтысы (ауаға R = Rμ/μ = 8314Дж/(кмольК)/28,96 (кг/ кмоль) = 287,0 Дж/(кгК)).

 

1.2 Тәжірибелік қондырғы және жұмысты орындау тәртібі

 

Жылусыйымдылығы анықталатын ауа (1.1 суретті қараңыз) жылулық оқшауланған ағынды калориметр 1-ден электрлі 2-де қыздырылып, сорғы 3-пен ағындалады. Қыздырғыш 2 мен сорғы 3-тің қуаттары зертханалық өзгерткіш ЛАТР-1, ЛАТР-2-лермен реттеліп отырады.

      1 - ағынды калориметр, 2 - электрлі қыздырғыш,

     3 - ауа сорғысы, 4 - тарылтқыш, 5 - U- тәрізді қысымөлшер.

1.1 Сурет - Тәжірибелік қондырғының сүлбесі

 

Бөлме t1 ыстықтығындағы ауаның шығысын өлшейтін тарылтқыш 4 пен U-тәрізді қысымөлшер 5-тің көмегімен өлшенетін қысым айрымы h, мм су бағанасымен анықталады. Калориметрдің шығысы мен кірісіндегі ауаның t2 - t1 = ∆t ыстықтық айырымы ХА-хромель-алюмель ыстықжұптармен өлшенеді.

 

Назар аударыңыз! Қондырғыларды қосу не ажырату және басқа     тәртіпке өткізу тек оқытушының бақылауымен жүргізіледі!

 

1.3 Жұмыс келесі тәртіп пен рет бойынша орындалады

 

1)     Сорғыны электрлік желіге қосу;

2)     ЛАТР-1-дің көмегімен қысымөлшердегі қысым айрымын h = 160 ÷ 180 мм су бағанасына қойып, нақты мәнін 1.1 кестеде келтіру;

3)     ЛАТР- 2 көмегімен ұсынылған кернеуге келтіріп, қыздырғышты қосу; 

4)     Калориметрдегі ауаның t2 - t1 = ∆t ыстықтық айырымы тұрақталысымен оның мәнін 1.1 кестеде келтіру;

5)     Осы қалыптасқан тәртіпте қыздырғыштың электрлік ағыны (тоғы) I (А) мен кернеуі U-ды (В) сонымен бірге барометрлік р1 қысымды және бөлменің t1 (0С) ауа ыстықтығын өлшеп, мәндерін 1.1 кестеде келтіру;

6)     Осы секілді қалыптасқан әр түрлі тәжірибелік тәртіптерді жүргізу арқылы жылусыйымдылықтың ыстықтыққа тәуелділігі қосымша зерттелуі мүмкін.

 

1.1 К е с т е - Мәліметті бақылау және өңдеу. р1 =         Па, t1 =        0C.

 

 

Тәртіп

реті

 

h,

мм

су

бағ.

 

I,

А

 

U,

В

t2-t1

=Δt,

мВ

/

0C

 

V1,

м3/с

 

Vқ,

қм3/с

 

 

W,

Вт

,

%

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Тәжірибенің нәтижесін өңдеу және қателігін бағалау

 

         Калориметрдің келесі жылулық теңестігінен ауаның q’ (мұндағы өлшем бірлігі кДж/қм3) жылылығын (1.4)-ке қойып

                                    (1.6)

анықталатын жылусыйымдылығының есептік кейіптемесін келесідей табамыз

                                                                    (1.7)

Мұндағы IU = W – қыздырғыштың қуаты, кВт;

I мен U – электр ағын күші (тоғы, А) мен электр кернеуі, В;

А = 0,46∙10-3 – калориметрдің жылулық ысырабын ескеретін тұрақтысы, кДж/К;

∆t = t2 – t1 - калориметрдегі ауаның ыстықтық айырымы, К, 0С;

Vқ = p1V1Tқ/(рқT1) – физикалық қалыпты (Тқ = 273,15 К, рқ  = 101 325 Па) күйдегі (ФҚК) ауаның көлемдік шығысы, қм3/с;

V1(h) – ауаның (барометрлік р1 (Па) мен Т1 = 273,15 + t1-дегі (К)) h өлшенетін нүктедегі (V1(h) теңесынау (тарировка) сызбағынан h-тың мәнімен анықталатын) көлемдік шығысы, м3/с.

Ыстықтық (дәлдігі 2,5 0С, 0,1 мВ) мультиметрмен не (дәлдігі 0,25 0С, 0,01 мВ) Щ4316 аспабымен тікелей өлшенбей, милливольтті хромель-алюмель жұптерімен анықталса, көрсетуі (ε - ЭҚК – электр қозғаушы күші) 0С-ге келесі теңесынау кейіптемесімен (0 ÷ 320 0С аралығында) аударылады (1 - бөлме)

                  t = 24,7(0С/мВ)ε(мВ) +  t1 = 24,7ε + t1 , 0С.                             (К1)

Жылусыйымдылықты анықтаудың салыстырмалы қателігі аспаптардың өлшеу дәлділіктерінің қосындысымен (суммой классов точностей, указанных на измерительных приборах) жуықты, төмендегідей, (1.7)-ге сәйкесті анықталады

                                               (1.8)

 

1.5 Бақылау сұрақтары

 

1        Жылусыйымдылығы дейтініміз не және оның маңызы неде?

2        Меншікті жылусыйымдылықтың (1.2) анықтамасы жылуқозғалым-

ның бірінші заңымен қалай келіседі және толықтырылады?

3 Ауаның көлемдік шығысы V1(h) теңесынау сызбағынан (өлшенген h-тың мәнімен) анықталады. Егер бұл сызбақ болмай қалса, осы зерттеу жұмысы қалай орындалмақ? Не екінші тапсырма бойынша анықталған жылусыйымдылықтың тәжірибелік мәндері әдебиеттік мәндерімен келіспей жатса не істеуге болады?

Жауабы. ∆р = ρw2/2, ∆р = ρgh, w = (2gh)0,5, V = wπd2/4 = wf = f(2gh)0,5 = Ch0,5 (*) және с’р = 1,2971 кДж/(м3К) деп, (1.7) бойынша Vқ-ны анықтап, оған сәйкесті өлшенген h-тың мәні арқылы (*)-тан U- тәрізді қысымөлшердің С тұрақтысын анықтауға болады.

4        Теңесынау (К1) кейіптемесінде бөлменің t1 ыстықтығы неге

қосылған?

5 Зерттеу дәлділігінің (1.8) кейіптемесі қалай жуықты жазылған?

6 Жылусыйымдылық пен меншікті жылусыйымдылықтың айырмашы-лығы неде?

7 Ағынды калориметр әдісін түсіндіріңіз.

8 Мұнда газдарға тиімді (срm >> Ск шартты) ағынды калориметр (к) әдісі пайдаланады. Іске асырылған осы Qауа >> Qк шартын түсіндіріңіз.

ТЖҚ № 2 Зерттеу жұмысы

Судың меншікті жылусыйымдылығын

ағынсыз калориметр әдісімен анықтау

 

Жұмыстың мақсаты. Судың меншікті тұрақты қысымдық ср жылусый-ымдылығын тәжірибелік ағынсыз калориметр әдісімен анықтап, оны игеру және жылутәсілдік тәжірибелерді жүргізуге дағдылану ([1, 2], [7], с.  27 ÷ 34).

Тапсырмалар: 1) судың тұрақты қысымдық маңыздық меншікті ср жылусыйымдылығын тәжірибелік анықтау;

2) судың меншікті сv, көлемдік с’р, мольдік μср жылусыйымдылықтары мен меншікті h қажырды және ішкі u қайратты тәжірибелік ср арқылы есептеу;

3) тәжірибенің қателіктерін есептеп, мәліметтерді салыстыру.

 

2.1 Теориялық кіріспе. Зерттеу әдісі мен жүргізу және өңдеу реті

 

         Жылусыйымдылықтың басты ұғымдары мен мүлтіксіз газдық мәндерінің ағынды калориметр анықтау әдісі № 1 зерттеу жұмыстың сипаттамасында қарастырылды. Мұндағы су секілді тамшылы сұйықтар нақты газдарға жатады.

Жылусыйымдылық пен қажыр секілді нақты газдардың калориялық қасиеттері жылуқозғалымның шаққы теңдеулері мен күштік күй теңдеуі арқылы есептелуі (дәрістерде көрсетілетіндей) мүмкін. Бірақ, бұл секілді белгілі есептеу әдістері күрделі, көлемді және дәлділіктері аса жоғары емес.

      Сондықтан жылусыйымдылық пен қажырды калориметрлік тікелей тәжірибелік анықтайды. Маңызы m = 0,5 ÷ 0.7 кг зерттелетін зат (су) калориметрлік 1,0 л шыны ыдысына құйылады. Оның ішінде ыстықтық өлшер (ыстықжұп) пен электр қыздырғыш және араластырғыш болады (2.1 суретті қараңыз).

1. Электр қыздырғышының τ (с) уақытында берген жылуы электр W = IU (кВт) қуаты арқылы келесідей анықталады

                                                                                   (2.1)

Мұндағы I мен U – электр ағын күші (тоғы, А) мен электр кернеуі, В.

         Бұл жылу су (Qcу) мен калориметрді бөлшектерімен (Qкб) қыздыруға және сыртқа (Qск ) кетеді, яғни ол келесі жылулық теңестігін құрады

                                  (2.2)

Калориметрдің (жылусыйымдылықтары сі мен маңыздары mі және саны n) бөлшектерімен қыздыруына кететін жылу келесіге тең

                                  (2.3)

Зерттелетін заттың жылусыйымдылығы оңай анықталады, егер Qкб = 0, Qск = 0, Qсу = Qэл (*) болса. Бірақ бұл (*) шартты орындау өте қыйын. Бұған тәжірибені жақындату үшін Qсу >> Qкб мен Qсу >> Qск шарттары іске асырылады. Мысалы, жылулық оқшауланған, «жылуалмасусыз (адиабатный) калориметр» әдісінде жылусыйымдылықтың мәнін анықтаудың дәлділігін бағалау да оңай емес.

Әдебиет жүзінде Qск = 0(0) қылатын өте жақсы («жанама» дейік) зерттеу әдісі бар. Оның мазмұны бойынша (қысқаша «жедел қыздырылатын зат (ЖҚЗ)» әдісі дейік) зат τ0 = 0-дегі ∆t0 = (tkc – t0)0  = (tжқз – tқб)-ке (2.2 суретті қараңыз) жедел қыздырыла қоюға тиіс. Сонда калориметр сыртпен жылу алмасып үлгермей (2.2)-дегі Qск = 0 болады (тәжірибелік дәлдікпен).

Бұл есептік (tжқз – tқб) = ∆tжқз – ЖҚЗ ыстықтық айрымы тәжірибелік келесідей анықталады. Ол үшін τ0 = 0 мезгілінде заттың tқб ыстықтығын жазып, еске алып, калориметрдін қыздырғышы электр желісіне қосылып, әр бір жеткілікті (∆τі = 1 ÷ 3 мин) уақыт айрымында заттың ыстықтығы жазылып, tқб-ден tқс-ға (мысалы, ∆tқ = tқс - tқб = 30 ÷ 40 0С-ге (τ = τқс)) жеткенде электр қыздырғышы өшіріліп, зат (су, ∆tс = tс – tқб = 5 ÷ 10 0С-ге дейін (τ = τс)) суытылады (мұндағы қб мен қс – қыздырудың басы мен соңы).

Сонан соң t(τ) тәуелділігі, 2.2 суреттегі АВС-дай, өлшемдік (масштабты) салынады. Салқындалу CD сызығы t мекендігінің (ординатаның) Е нүктесіне дейін (D нүктеден) жанамалы жалғастырылып, ЖҚЗ-ның есептік жоғарғы ыстықтығы tжқз мен есептік (tжқз – tқб) = ∆tжқз – ЖҚЗ ыстықтық тегеуріні (айрымы) тәжірибелік анықталады.

Сонымен (2.2)-дегі Qск = 0 деп, су (Ср = срm) мен калориметрдің (Ск) белгісіз екі жылусыйымдылықтарына (2.2)-ні судың екі түрлі m1 мен m2 маңыздарына екі рет жазып, Ск мен ср-лерді келесідей айрықша (қос теңдеу әдісімен) анықтаймыз

                                 (2.4)

                                         (2.5)

                                          (2.6)

           (2.7)

      (2.8)

Мұндағы    кДж, (tжқз1 – tқб1) = ∆tжқз1, (tжқз2 – tқб2) = ∆tжқз2, 0С, К, Ск – калориметр тұрақтысы.

2. Меншікті жылусыйымдылықтардың арақатынасы келесідей анықталады

                          (2.9)

Судың ср жылусыйымдылығы 20 ÷ 70 ˚С ыстықтық аралығында тұрақты, ал (ср - сv) айырымы су ыстықтығына 2.1 кестедегідей тәуелді, кДж/(кгК).

        

2.1 К е с т е

t,0С

0

10

20

30

40

50

60

70

80

(ср- сv)

0

0,004

0,030

0,058

0,100

0,151

0,201

0,260

0,318

 

3. Жылусыйымдылықтың p, v = тұрақты теңесулі құбылыстық меншікті мәндері жылуқозғалымның бірінші заңы теңдеулері арқылы келесідей болады

                                            (2.10)

                                          (2.11)

Судың меншікті қажыры мен ішкі қайрат өзгерістері (2.10) ÷ (2.11) және 2.1 кесте мәліметтері бойынша келесідей анықталады

                 (2.12)

Жылусыйымдылықты анықтаудың салыстырмалы қателігі аспаптардың өлшеу дәлділіктерінің қосындысымен (суммой классов точностей, указанных на измерительных приборах) жуықты, төмендегідей, (2.8)-ге сәйкесті анықталады

                                              (2.13)

 

2.2 Бәсеңдеу әдісі (қосымша тапсырма ретінде)

 

Меншікті жылусыйымдылық ср-ның мәнін келесідей бағалауға болады. Зерттелетін заттың 2.2 суреттегі салқындалу DC бөлігіндегі бәсеңдеу құбылысы екенін ескерсек, келесідей сипаттай аламыз

   

                                            (2.14)

                                         (2.15)

Мұндағы k еселеуіші (2.15)-ті 2.2 суреттің бәсеңдеу DC сызығымен салыстыру арқылы анықталады.

2.3 Жұмыс тәртібі мен орындау реті

 

1) Маңызы (мысалы) m1 = 0,5 кг суды ыдыс 1-ге құйып, бастапқы tқб ыстықтығын өлшеу (τ = 0);

2)     Электр желіге қыздырғышты қосуымен бірге сағатта іске қосылады;

3)     ЛАТР көмегімен қыздырғыш қуатын 150 ÷ 170 Вт-қа келтіру, сонымен бірге уақыт τ мен су t ыстықтығын 2 минут сайын  өлшеу;

4)     Судың ыстықтығы 30 ÷ 50 0С-ге жеткенде қыздырғышты ажыратып, судың t ыстықтығын 2 минут сайын  өлшей беру керек;

5)     Судың ыстықтығы 30 ÷ 35 0С-ге төмендегенде, tc ыстықтық пен τc уақыттың бірге өлшенуімен тәжірибе аяқталады;

6)     Маңызы (мысалы) m2 = 0,7 кг сумен тәжірибе осы ретпен орындалып, мәліметтері 2.2 кестеге жазылып, өңделеді.

 

    2.2 К е с т е - Мәліметті бақылау және өңдеу. рбөлме =         Па, tбөлме =        0C.

τi, с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ti, 0C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δcp= %

tқбi, 0С

Ii, A

Ui, B

τқсі, с

mi, кг

∆tжқзі, 0С

Ск, кДж/кг

ср, кДж/ /(кгК)*

∆h, кДж/кг

cv, *

∆u, кДж/кг

i = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i = 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Ыстықтық (дәлдігі 2,5 0С, 0,1 мВ) мультиметрмен не (дәлдігі 0,25 0С, 0,01 мВ) Щ4316 аспабымен тікелей өлшенбей, милливольтті хромель-алюмель жұптерімен анықталса, көрсетуі (ε - ЭҚК – электр қозғаушы күші) 0С-ге келесі теңесынау кейіптемесімен (0 ÷ 320 0С аралығында) аударылады (1 - бөлме)

                   t = 24,7(0С/мВ)ε(мВ) +  t1 = 24,7ε + t1 , 0С.                   (К1)

Назар аударыңыз! Қондырғыларды қосу, ажырату және басқа тәртіпке өткізу тек оқытушының рұқсатымен және бақылауымен жүргізіледі!

Ескерту. Калориметр тұрақтысы Ск  (2.6) өзгермегендей калориметр

      біреу болу керек.

2.4 Бақылау сұрақтары

        

1 Меншікті жылусыйымдылықты анықтаудың маңыздылығы мен әдісі.

2 Меншікті қажыр мен ішкі қайрат өзгерістерін анықтау әдісі.

3 Жедел қыздырылатын зат (ЖҚЗ) әдісі.

4 ЖҚЗ ∆tжқз ыстықтық тегеуріні тәжірибелік қалай анықталады?

5 Қос теңдеу әдісі дейтініміз не және оның маңызы неде?

6 Жылусыйымдылық сv неліктен 2.1 кесте бойынша анықталмақ?

7 Бәсеңдеу әдісінің маңыздылығы мен мүмкіндігі.

8 Есептеу ретін 2.2 кесте бойынша түсіндіру.

9 Меншікті жылусыйымдылықты анықтау дәлділігінің (2.13) кейіптемесін түсіндіру.

10   үлтіксіз (идеальный) және нақты (реальный) газ дейтініміз не? Олар-дың негізгі айырмашылығы неде?

 

 

ТЖҚ № 3 Зерттеу жұмысы

Судың текті күй өзгерісінің меншікті жылылығын анықтау

 

Жұмыстың мақсаты. Текті күй өзгеріснің меншікті жылылығының басты ұғымдарын танып, жылутәсілдік тәжірибелерді жүргізуге дағдылану.

Тапсырма: Судың текті күй өзгерісінің меншікті жылылығын анықтау мен оның әдебиеттік мәнімен салыстыру және зерттеу қондырғының жобалау негізімен танысу ([1, 2], [7], с.  62 ÷ 66).

 

3.1 Зерттеу қондырғысының сүлбесі мен тәжірибенің жүргізу реті

 

Қайнаудағы 1 кг судың 1 кг құрғақ қаныққан буға айналуына қажетті жылылығын орыс тілінде бу пайда болуының меншікті жылылығы (удельная теплота парообразования) дейді. Берілген ыстықтықта (не оған сәйкесті қысымда) су қайнап, буланып жатса, сол жылуқозғалымдық күйде бу, керісінше, щықтанып жатады. Мұны (бірыңғай) текті күй өзгерісінің меншікті жылылығы (удельная теплота парообразования не конденсации деп жатпай) дейміз. Мұндай жылуқозғалымдық күйді қаныққан текті күй өзгерісі дейміз. Бұл күйдегі су да, бу да қаныққан деп аталады. Ал олардың қоспасын қаныққан ылғалды бу (насыщенный влажный пар) дейміз. Сол күйде су тегі (х = 0) толығымен буға айнала қалса, яғни будың құрғақтық дәрежсі х = mбу/(mбу + mбу) = 1 болса, мұндай буды құрғақ қаныққан (сухой насыщенный) бу дейді. Егер бұл будың ыстықтығын қанығу ыстықтығынан асырсақ, не оның қысымын қанығу мәнінен төмендетсек, құрғақ қаныққан бу аса қызған (перегретый) болады.

Ыстықтық (дәлдігі 2,5 0С, 0,1 мВ) мультиметрмен не (дәлдігі 0,25 0С, 0,01 мВ) Щ4316 аспабымен тікелей өлшенбей, милливольтті хромель-алюмель жұптерімен анықталса, көрсетуі (ε - ЭҚК – электр қозғаушы күші) 0С-ге келесі теңесынау кейіптемесімен (0 ÷ 320 0С аралығында) аударылады (1 - бөлме)

                   t = 24,7(0С/мВ)ε(мВ) +  t1 = 24,7ε + t1 , 0С.                   (К1)

Тәжірибе келесідей жүргізіледі. 3.1 суреттегі 1-бу қазанының ¼ бөлігіндей көлеміне 0,5 литрдей су құйылып, 2-электрлі қыздырғышпен қайнатылады. Егер 8-бу шүмегінен шығатын бу ағыншасының екпіні өте жоғары болса, қыздырғыштың электрлік кернеуі төмендеттіріліп, буды салқындатушы су ыдысының (багінің) краны ашылады.

Бу шығы 3 мен су 4 мензуркаларға түседі. Олардың ыстықтықтары  40÷50 мен 50÷60 0С-лерге сәйкесті болғандай зерттеу тәртібі қалыптастыры-лады. Осы тәртіпте мензуркалардағы бу шығы мен су төгіліп, орындарына қойыла, уақыт қадағыланып, 10 шақты минутан кейін, жиналған шықтың мөлшері 50÷60 миллилитр болғанда, электр қыздырғышы ажыратылып, мензуркалардағы шық пен су (1 литрге жуық) ыстықтықтары мен маңыздары өлшеніп, мәндері 3.1 кестеде жазылады.

 

3.1 К е с т е – Зерттеу және өңдеу мәндері

τ, с

mсу, кг

mш, кг

tб, 0С

tсушүмек, 0С

tш, 0С

r, кДж/кг

δr, %

1

2

3

4

5

6

7

8

 

 

 

 

 

 

(3.3)

(3.5)

        

 

3.2 Судың текті күй өзгерісінің меншікті жылылық кейіптемесі

 

         Будың шықтану жылуы

                                (3.1)

Буды салқындатушы судың алған жылуы

                                      (3.2)

Су мен бу шығының жылусыйымдылығын срсу = 4,18 Дж/(кгК) және (3.1) мен (3.2)-ні (жылулық ысырабы ескерілместей азда) тең деп алып, судың текті күй өзгерісінің меншікті r жылылығы мен маңыздық шығысын келесідей анықтаймыз (м – мензурка, б – бак)

                            (3.3)

                               (3.4)

Зерттеліп анықталған судың текті күй өзгерісінің меншікті r жылылығы әдебиеттік rэ = 2256,8 кДж/кг мәнімен келесідей салыстырылады

                                            (3.5)

 

3.3 Жылуалмастырғыштың мөлшері

 

Жылуалмастырғыш пен су шығысының тәжірибелік қолайлы мөлшерлерін бағалайық. Ол үшін судың текті күй өзгерісінің меншікті rэ = 2256,8 кДж/кг жылылық мәніне қоса, шық шығысы Gш = 6 г/мин = 0,1 г/с пен бу шығы және су ыстықтық айрымдарын tқ – tш = 50 0С мен tқм – tшб = 30 0С деп алып, судың шығысын (3.4) бойынша бағалайық

          (3.6)

Бұған сәйкесті бактың көлемін 5 литрлік, ал жылуалмастырғышты құбыр ішінде құбыр орналастырып, қосөрелері d2 =26 мм, d2 = 20 мм шеңберлі арналы жасасақ, судың сол арнадағы жылдамдығы келесі болады

               (3.7)

Бұл құбырлардың қосөрелері бұдан 2 еседей аз және ұзындықтары 20 ÷ 30 см болулары мүмкін.

 

3.4 Бақылау сұрақтары

 

1 Текті күй өзгеріснің меншікті жылылығы дейтініміз не?

2 r(pқ) тәуелділігінің сызығын көрсетіңіз.

3 r(Тқ) тәуелділігінің сызығын көрсетіңіз.

4 Қаныққан ылғалды будың рТ-сызбағын көрсетіңіз.

5 Бұл зерттеу жұмысында жылулық ысырабы ескерілместей аз деп алынуы неліктен мүмкін болды?  

 

 

ТЖҚ № 4 Зерттеу жұмысы

Судың қайнау ыстықтығының қысымға тәуелділігін анықтау

 

Жұмыстың мақсаты. Судың текті күй өзгеріс рТ-сызбағының басты ұғымдарын танып, жылутәсілдік тәжірибелерді жүргізуге дағдылану.

Тапсырма: Судың қайнау ыстықтығының қысымға тәуелділігін зерттеу ([1, 2], [7], с.  50 ÷ 54).

 

4.1  Теориалық кіріспе

 

         Қыздырылушы сұйықтың барлық көлемінде көпіршіктену құбылысын қайнау дейміз. Қайнаулы сұйық пен жылуқозғалымдық теңесулі болатын оның буын қаныққан бу дейміз. Қанығу күйіндегі сұйық пен будың өзара алмасуын текті күй өзгерісі дейміз. Тектікүй өзгерістері қанығу күй көрсеткіштерімен сипатталады. Қанығу күй көрсеткіштерінің байланысы Клапейрон – Клаузиус теңдеуімен анықталады [1]

         (4.1)

         Мұндағы s, v, r – меншікті энтропия (кДж/(кгК)), меншікті көлем (м3/кг) және текті күй өзгерісінің меншікті жылылығы, кДж/кг;

1 мен 2 – сұйық пен бу текті күйлердің таңбалары. 

         4.1 суретте су мен су буының рТ-тектікүй сызбағы көрсетілген. Мұндағы 0А – қанығу сызығы (линия насыщения), судың І – сұйық пен ІІ – бу текті күй бөліктері, А – аумалы нүкте (критическая точка К).

Қанығу күй көрсеткіштерінің аумалы мәндерінде сұйықтың бет тарту күштері ноль болатындықтан сұйық пен газ қасиеттерінің айырмашылығы (v1ay = v2ay) болмайды          (сұйық пен газ А нүктені айнала, бір біріне біртелеп өтеді).

 

4.2 Тәжірибелік қондырғының сүлбесі

       мен жұмыстың орындау реті

 

         Тәжірибелік қондырғы 4.2 суретте көрсетілген. Оның құрамында: 1 – су ыдысы, 2 – электр қыздырғышы, 3 – екі жолды кран, 4 – сиретулікті өлшер (вакуумметр), 5 – хромель-алюмель ыстық жұптары, 6 – милливольтметр, 7 – салқындатқыш.

Алдымен кран 4 атмосферамен қосылады(!). Су ыдысының ¼-не дейін құйылып, электрлі қайнатылып, буымен ауасы сыртқа 1÷2 минут шығарылады. Енді милливольтметрді қосып, кранмен атмосфераны ажыратып, вакуумметрді қосамыз. Іле электр қыздырғышын ажыратып, желі 7 суын ең кіші шығысына қойып, ыстықжұптар ε мен вакуумметрдің рв көрсетулерін 4.1 кестеге жазамыз.

Су мен бірге буы суый келе, будың рв сиретулігі молайып, жүйенің қанығу ыстықтығы мен рқ = рб - рв қысымы азаяды (рб – барометрлік қысым).

Зерттелуші жүйенің ыстықтары 10÷20 0С-ге азая келе, қанығу көрсеткіштерін осы секілді 4.1 кестеге жазып алып, ҚА (СИ) жүйеде өңдейміз.

 

    4.1 К е с т е - Мәліметті бақылау және өңдеу. рбөлме =         Па, tбөлме =        0C.

Шама

Өлшем бірлігі

Тәжірибе нөмірі

1

2

3

4

5

Су ыстықтығы

мВ

°С

 

 

 

 

 

Бу ыстықтығы

мВ

°С

 

 

 

 

 

Бу-су сиретулігі, рв

кгс/см2

Па

 

 

 

 

 

Бу-су толық қысымы

р=В-рвак

Па

 

 

 

 

 

 

Тәжірибелік қорытындылар 4.1 суреттегідей сызбақты келтіріліп, Тқ(рқ) тәжірибелік тәуелділігі белгілі [3] мәндерімен салыстырылады.

Тәжірибенің аспаптық қателігін келесі формуламен бағалауға болады

                                               (4.2)

Мұндағы Кр –вакуумметрдің дәлдік классы; 

Ар – вакуумметрдің ең үлкен өлшеу шегі;

Dε – ыстықжұппен өлшенген ыстықтықтың ең үлкен толық қателігі.

Ыстықтық (дәлдігі 2,5 0С, 0,1 мВ) мультиметрмен не (дәлдігі 0,25 0С, 0,01 мВ) Щ4316 аспабымен тікелей өлшенбей, милливольтті хромель-алюмель жұптерімен анықталса, көрсетуі (ε - ЭҚК – электр қозғаушы күші) 0С-ге келесі теңесынау кейіптемесімен (0 ÷ 320 0С аралығында) аударылады (1 - бөлме)

                   t = 24,7(0С/мВ)ε(мВ) +  t1 = 24,7ε + t1 , 0С.                   (К1)

Назар аударыңыз! Қондырғыларды қосу, ажырату және басқа тәртіпке өткізу тек оқытушының рұқсатымен және бақылауымен жүргізіледі!

4.3 Есептіктің мазмұны

   

Есептіктің мазмұнында сипаттаманың конспегі, тәжірибелік Тқ(рқ)-нің кестелі мәліметтері мен белгілі [3] мәндерімен салыстырылған рТ-тектікүй сызбағы және жұмыс бойынша қысқаша қорытынды келтіріледі.

2 Жылумаңызалмасу (ЖМА) зерттеу жұмыстары

Кіріспе 2. Жылумаңызалмасудың ұғымдары мен анықтамалары

 

Физиканың қолданбалы бөлімдері: Тәсілдік жылуқозғалым, Сұйық және газ механикасы мен Жылумаңызалмасу Жылутәсілдіктің теориялық негіздері және жоғары білім берудің Жылуқайраттық бағытының іргелі пәндері болады.

Әр түрлі қозғалыстарға тән өлшемді қайрат дейміз. Ол жылу мен механикалық жүйеде жұмыс пен жылу арқылы өзгеріп, қозғалыс (Е, Дж) пен маңыз (m, кг) және жылу (тепло, Qτ, Дж) мөлшерлері сәйкесті серпін (mv, кгм/с) мен маңыз шығысы (G = m/τ, кг/с) және жылу ағынымен (жылылық (теплота), жылулық қуатпен, Q = Qτ/τ, Дж/с = Вт, τ – уақыт) таралады.

Жылу (бейтарап қозғалыс мөлшері) ыстықтықтың төмен жағына қарай таралады. Тұрақты ыстықтықты жылуалмасу (F) бетіне келтірілген оған тік бағытты (жергілікті, орташа) жылылықты жылулық тығыздығы дейміз

                       (К2)

Жылудың таралу құбылыстары мен заңдылықтарын зерттеу жылуалмасу теориясының міндетіне жатады. Ал жылуалмасудың күрделі құбылыстарын түрлеріне бөлшектеп, оларды математикалық физика мен ғылыми тәжірибе әдістерімен зерттеу - жылуалмасу теориясының негізгі әдісі болады. Жылу жылуөткізгіштік (кондукция), ағынды (конвекция) және сәулелену (радиация) түрлерімен таралады.

Дене ішіндегі ыстықтықтарының әр түрлігінен затшаларының әртүрлі жылулық қозғалысымен жылудың таралуын жылуөткізгіштік дейміз.

Жылудың ағынмен ыстықтығы жоғары жерінен ыстықтығы төмен жеріне таралуын ағынды жылуалмасу дейміз. Сыртқы қысыммен ортаның ағындалғандағы ағынды жылуалмасуды еріксіз дейміз. Сыртқы қысымсыз ортаның ағындалғандағы ағынды жылуалмасуды ерікті (кейде табиғи) дейміз.

Қатты дене мен оны аймалаған сұйықтың (тамшылы сұйықтың, газдың, жылутасығыштардың) ағынды жылуалмасуын (ағынды) жылуберу дейміз. 

Қатты денемен бөлінген сұйықтардың жылуалмасуын жылуөту дейміз.

Жылудың электромагнитті толқындармен (фотондармен) таралуын сәулелену жылуалмасу дейміз.

Нақты құбылыстарда жылуалмасудың аталған үш түрлері бірге орын алады. Оған қоса маңыз таралып, жылуалмасу жылумаңызалмасуға айналады.

Маңызалмасу енулігі – жылуөткізгіштіктей, маңызберуі – жылуберудей.

 

Кіріспе 3. Жылуалмасудың негізгі есептік кейіптемелері

 

Жылуөткізгіштік жылу ағынының тығыздығы

                                          (К3)

Мұндағы λ – жылуөткізгіштік еселеуіші (қарқыны), Вт/(мК);

t1, t2 – ыстықтығы тұрақты жылуалмасу беттерінің ыстықтықтары, К;

δ – қабырғаның (есепті қабаттың) қалыңдығы, м;

F – жылуалмасу беті, м2.

Жылуберудің жылулық тығыздығы (Ньютон-Рихман кейіптемесі)

                             (К4)

Мұндағы α – жылуберу еселеуіші (қарқыны), Вт/(м2К);

tс, tб –сұйық пен дене бетінің ыстықтықтары, К.

Жылуөтудің жылулық тығыздығы

                            (К5)

Мұндағы k – жылуөту еселеуіші (қарқыны), Вт/(м2К);

tс1, tс2 – 1 мен 2 сұықтардың ыстықтықтары, К.

1 денеден 2 денеге берілген қорытынды сәулелену жылылық

                      (К6)

Мұндағы С = εC0, С0 = 5,672 мен ε – сұр және толық қара денелердің сәулелену еселеуіштері, Вт/(м2К4) мен сұр дененің қаралық дәрежесі;

-келтірілген сәулелену еселеуішінің кері мәні;

φ12 = Q12/Q1 – бұрыштық сәулелену еселеуіші);

Q12 – 1 денеден 2 денеге түсуші сәулелену жылылығы;

Q1 – 1 дененің сәулелену жылылығы.

Біртекті ортаның ерікті ағынды ұқсастық теңдеуі

                                            (К7)

Мұндағы Nuсℓ = αℓ/λс – Нуссельт саны - өлшемсіз жылуберу еселеуіші;

а, ν – ыстықтықөткізгіштік пен сұйық қозғалысының тұтқырлық еселеуіштері, м2/с;

Pr = ν/a, Ra = GrPr – Прандтль (серпін мен жылудың таралу) және Рэлей саныдары (көтергіш күш пен ағанның физикалық қасиетінің арақатынасы);

Gr = gβ(tб–tс)ℓ3/ν2 – Грасгоф (көтергіш күштің әсерін ескеретін) саны;

g = 9,81 – еркін құлау үдеуі, м/с2;

β = (∂v/∂T)p/v – қысым тұрақтыдағы жылулық кеңею еселеуіші (мүлтіксіз газдарға β = 1/T, тамшылы сұйықтарға Б қосымшасында), 1/К (v – меншікті көлем, м3/кг);

εм = (Prс/Prб)0,25 – М.А.Михеевтің біртекті ортаның ыстықтық тұрақсыздығына түзетуі (газдарға εм ~ 1);

с, б, ℓ - сұйықтың, жылуалмасу беттің анықтаушы ыстықтықтары мен дененің анықтаушы мөлшерінің таңбалары;

 

ЖМА № 1 Зерттеу жұмысы

Дененің жылуөткізгіштік еселеуішін сырықтық әдісімен анықтау

 

Жұмыстың мақсаты. Сырықтық әдісімен дененің жылуөткізгіштік еселеуішін анықтау және оған жаттығу ([5], [8], с. 3 ÷ 10).

Тапсырма: Алебастырдың берілген күйіндегі (ыстықтығындағы)

жылуөткізгіштік еселеуішін сырықтық (цилиндр) әдісімен анықтау.

 

1.1 Әдістің маңызы

 

Жылуөткізгіштік еселеуіші, негізінде, ыстықтыққа, заттың тегі мен құрылымына тәуелді физикалық шама. Ол санды тікмегземі бірге тең жылу ағын тығыздығына тең (λ=|q/. Жылуөткізгіштік еселеуіші қалыптасқан жылуөткізгіштік не Фурье заңының шаққылық теңдеулерінің сырықтық шешімімен келесідей анықталады [4, 5]  

                                     (1.1)

Мұндағы Q – жылу ағыны (жылылық), Вт;

t1 мен t2 – қосөрелері d1 мен d2 сырық дененің ішкі мен сыртқы беттерінің тұрақты ыстықтықтары (1.1 суретті қараңыз).

Тәжірибелік дене кеуектігі 40 % құрылыс алебастрінен жасалған. Оның сырықты 1 қабатының өлшемдері: d1 = 0,018, d2 = 0,037, ℓ = 1,06 м (∆ℓ = 0,01 м). Есеп бір өлшемді болу үшін дененің ұзындығы оның қосөресінен өте көп (ℓ >> d) алынған және шеткі кесіктері жылулық оқшауланған 2, ал сырықтың бет ыстықтықтары тегістелу үшін белдік электрлі қыздырғышы 9 (жылуөткізгіштік еселеуіші өте жоғары) мыс құбыры 3-тің ішіне салынған.

Сырықты қабаттың ыстықтық t1 - t2 арынын анықтауға хромель-алюмель 4 ыстық жұптері алынған. Олардың сымдары мен дәнекерлерінің қосөрелері 0,5 мм мен 1 мм. Сырықтың ішкі және сыртқы беттерінде бес-бестен ыстық жұптер ∆d1 = ∆d2 = 0,5 мм-лі өрелік дәлдәкпен, айнала, ортасынан шетіне қарай 0, 0,23, 0,41 м жерлеріне орналасқан. Ішкі ыстық жұптер мыс құбырына дәнекерленген, ал сыртқылары – алебастрдің бетіне арнайы қоспамен жапсырылған. Бәрінің шеттері 15 мм-дей ыстықтығы тұрақты шеңбер бойымен орналасқан.

 

1.2            Тәжірибе жүргізу және нәтижелерін өңдеу әдісі

 

Өлшеулік 5 – 8 аспаптардың қосылуын тексеріп, қыздырғыштың электрлі кернеуі берілгендей қойылады (50 ÷ 110 В арлығында!). Ыстық жұптің көрсетуі өзгермей, қондырғының жылулық тәртібі қалыптасуымен, есепке қажетті мәліметтер 1.1 кестеге толтырылып, өңделеді.

Егер тәжірибелік дененің кесіктерінен жылу ысырабы болмаса, бақылау беттерінен өтетін жылу ағыны электрлі қыздырғыштың қуатына тең болады

     Q = IU, Вт.                                           (1.2)

Мұндағы I мен U – электр ағын күші (А) мен кернеу құламасы (В).

Тәжірибелік дененің өлшемдері мен (1.2)-ні (1.1)-де ескере, λ-ның есептік түрін табамыз

                              (1.3)

Жылуөткізгіштік еселеуішінің салыстырмалы қателігі (1.1) бойынша

                     (1.4)

Жылуөткізгіштік еселеуішін анықтаушы ыстықтықтың мәні

                                                   (1.5)

1.1 К е с т е – Тәжірибелік және өңдеу нәтижелері

U,

В

I,

A

Ыстық жүп- тер №№-і

 

t1 – t2,

K (0C)

K (0C)

λ,

Вт/(мК)

∆λ/λ

tанық,

K (0C)

 

 

 

 

 

(1.3)

(1.4)

(1.5)

 

1.3 Бақылау сұрақтары

 

1 Неліктен тәжірибелік дененің кесіктеріндегі жылу ысырабынан төмендеген мәңдеріндеғі ыстықтықтарды есепке алмаудың орнына олар жылулық оқшауланған? Неліктен есептің бір өлшемділігі қажет?

2 Қондырғының жылулық тәртібінің қалыптасуы неге қажет?

3 Тәжірибелік дененің өлшемдері мен (1.2)-ні (1.1)-де ескере, λ-ның есепті (1.3) кейіптемесін шығарып, оны тексеріңіз.

4 Қаралған λ-ны анықтау әдісінің негізі неде?

5 Фурье заңының ұғымы мен негізі неде?

6 Жылуөткізгіштік еселеуішінің ұғымы неде?

 

ЖМА № 2 Зерттеу жұмысы

Дененің ыстықтықөткізгіштік еселеуішін ыстықтыққа

тәуелді қозғалымдық әдіспен анықтау

 

Жұмыстың мақсаты. Қозғалымдық әдіс пен теориясын игеріп, өзен құмының ыстықтықөткізгіштік еселеуішін ыстықтыққа тәуелді анықтау және оған жаттығу ([5], [8], с. 20 ÷ 29).

Тапсырма: Құмның ыстықтықөткізгіштік a еселеуішін tорі әртүрлі ыстықтыққа тәуелді анықтап, a(tорі) сызбағын салып, белгілі мәндерімен салыстырып, зерттеулік жаттығу.

 

2.1 Зерттеу әдісінің теориясы

 

Егер өресі R шексіз ұзын тұтас сырықтың (цилиндр) бетінен тұрақты жылулық тығыздығымен (qб = тұрақты (Вт/м2) – шекаралық қабат шарттың екінші түрі) жылу беріліп тұрса, оның жылуөткізгіштік шаққылық теңдеуі мен бірмәндік шарттары келесідей жазылады [5]

                                                  (2.1)

                                    (2.2)

Мұндағы - ыстықтық өрісінің салыстырмалы өзгеріс жылдамдығын көрсететін дененің ыстықтықөткізгіштік еселеуіші, м2/с.

Бұлардың ((2.1) мен (2.1)-лердің) белгілі күрделі шешімінен (Fo ≥ 0,5 уақытынан кейін) реттелген жылулық тәртіптің (РЖТ) екінші түрінде

                                           tR = t0 + bτ                                           (2.3) келесі сызықты тәуелділікті 0,1% дәлдікті қарапайым теңдеу шығады [5]

                                   (2.4)

Шынында, дененің әрбір нүктесіндегі ыстықтығы (2.4) бетіндегі (2.3)  ыстықтығындай уақыт бойынша сызықты келесідей өзгеретінін көреміз

                                                  (2.5)

Дененің өресі бойынша бір нүктесіндегі ыстықтығы келесі бір нүктесіне (мысалы, бетінен ортасына дейін) жететін ∆τ уақытын кешігу уақыты дейміз.

Егер τ2 мен τ1 уақыттарына сәйкесті t1 мен t2 ыстықтықтарды (2.4) бойынша жазып, бірінен бірін алып, кешігу ∆τ = τ2 – τ1 уақытында t1 = t2 екенін ескерсек, кешігу уақытын келесідей табамыз (2.1 суретті қараңыз).

  

                                                                 (2.6)

Мұны тақташа мен сырық және шарлардың осы секілді шешімдеріне сәйкесті, k = 1, 2, 3 және (2.6)-да 4 = 2k деп, жалпы түрінде келесідей жазамыз

                                                                   (2.7)

Сонымен, зерттелетін әртүрлі сырық дененің ыстықтықөткізгіштік еселеуіші, ∆τі арқылы әртүрлі tорі орта ыстықтығына тәуелді, РЖТ (2.3) екінші түрінде (2.6) бойынша келесі кейіптемемен анықталады

                                                          (2.8)

2.2 Тәжірибе жүргізу және нәтижелерін өңдеу әдісі

 

Зерттелетін дене (өзен құмы) 1 ұзын сырық қаңқаға 2 салынған. Ол электр қыздырғышы 3-тің сымымен оралып, жылулық оқшауланған 4. Электр қыздырғышының берілген қуаты өздігінен өзгерткіш (ЛАТр) 5-пен қойылады (2.1 суретті қараңыз).

Дененің ішіндегі ыстықтықтар хромель-алюмель ыстықжұптер мен өздігінен кернеуөлшер (не милливольтметр) 6 арқылы өре бойымен үш нүктелерде: r1 = 0 (дененің ортасы), rор = R/21/2 (көлденең қимасы бойынша орта ыстықтықты өре), r2 = R (сыртқы бетінде) өлшенеді. Сызбақтық таспада аталған нүктелердің ыстықтық сызықтары көрсетіледі не милливольтметр бойынша әр уақытта жазылған ыстықтықтары арқылы салынады.

Ыстықтық сызбақтардан (әрбір τ1 мен τ2 уақыт аралықтарындағы) кешігу уақытының (2.6) ∆τі (с) мәндерін (дененің rор нүктесінің ыстықтық сызбағынан табылатын орташа 4 ÷ 5 tорі ыстықтықтарына (К(0С))) алып, зерттелетін дененің ыстықтықөткізгіштік аі еселеуішін (tорі орташа ыстықтығына тәуелді) r1 = 0 мен r2 = R = 0,0255 м-лі (2.8) бойынша анықтап, a(tор) сызбағы салынады.

Ыстықтықөткізгіштік еселеуішінің анықталу қателігі ((2.8)-ге сәйкес) келесі кейіптемемен бағаланады

                                                                 (2.9)

Мұндағы δr = 0,5 мм, 2δr/r = 2∙0,5∙100%/25,5 ≈ 4%.

Барлық есептік мәліметтер 2.1 кестеде келтіріледі.

 

2.1 К е с т е – Тәжірибелік және өңдеу нәтижелері

tор, K(0C)

∆τ, с

а, м2/с

δа/а

2.1 сурет сызбақтарынан

2.1 сурет сызбақтарынан

(2.8)

(2.9)

 

2.3 Бақылау сұрақтары  

1 Ыстықтықөткізгіштік еселеуіші мен кешігу уақыты дейтініміз не?

2 РЖТ екінші түріннің маңызы. Оны РЖТ 1-ші түрімен салыстырыңыз.

3 Егер a(tор) өсетін болса, дене қыздырылғанда ∆τ өсе ме, төмендей ме?

4 Есепті (2.8) мен (2.9)-ды түсіндіріңіздер.

5 Зерттелетін дененің шеткі кесіктері неге жылулық оқшауланған?

6 Есепке неліктен тек қаралған нүктелер алынған?

7 РЖТ екінші түріннің кезеңінде есепке 4 ÷ 5 кешігу уақытын ала-алғандай тәжірибе уақыты қай шамада болуға тиіс?

8 (2.1) ÷ (2.5) кейіптемелердің міндеттерін түсіндіріңіз.            

9 (2.8)-ден (2.9) шаққысы ретінде шығарылғанда, (2.8)-дің 1/4-і неге ескерілмеген?

10 Жылуөткізгіштік шаққы теңдеуінің бірінші мен екінші шекаралық шарттары нені сипаттайды?

11 Табылған t(τ) сызбағы бойынша қыздыру (2.5) жылдамдығын анықтаңыз.

12 Жылуөткізгіштік шаққы (К3) теңдеуі бойынша ыстықтықөткізгіштік еселеуішіне анықтама беріңіз.

13 Ыстықтықөткізгіштік еселеуішінің анықталу қателігі қалай бағаланады?

 

ЖМА № 3 Зерттеу жұмысы

Сымның қаралық дәрежесін ыстықтықөлшер әдісімен анықтау

 

Жұмыстың мақсаты. Сымның қаралық дәрежесін ыстықтықөлшер әдісімен анықтау, әдістемелігі мен жылулық теңестігін құрастыруды игеру және тәжірибе жүргізуге дағдылану ([5], [8], с. 86 ÷ 99).

Тапсырма: Ыстықтығы ажағайлы (tб = 600 ÷ 800 0С) алюмель сымының қаралық дәрежесін ыстықтықөлшер әдісімен анықтау.

 

3.1 Жұмыс тақырыбының маңыздылығы

 

Сымның қаралық дәрежесі ерікті ағынды мен сәулелену жылуалмасуын есептеп зерттеуге  маңызды. Оның мәні келесі ЖМА№4 зерттеу жұмысында сымның жылуберу қарқынын анықтауға да қажетті. Бірақ, алюмель сымының қаралық дәрежесі әдебиетте белгісіз [5]. Сондықтан қаралып отырған жұмыс ілімдік және іс жүзінде маңызды орын алады.

 

3.2 Тәжірибе әдістемесі мен қондырғысының сипаттамасы

 

Алюмель сымының қаралық дәрежесін тәжірибелік сымның электрлі кедергісінің Rt(t) ыстықтыққа тәуелділігі арқылы қарапайым қондырғы мен оның 3.1 суреттегі электрлік сүлбесі арқылы анықтаймыз. Тәжірибелік сым белгілі «кедергілі ыстықтық өлшер» түрінде пайдалынады. Сондықтан бұл әдіс ыстықтықөлшер әдісі деп аталды.

 Жұмыстың қорытындысына электр толқуы әсер етпеу үшін электр ағыны сымға тұрақтандырылып беріледі. Оның қоршаған ортаға қауыпсыз болуы үшін сым мөлдір шынымен қалқаланған.

Дененің қаралық дәрежесі оның затына, ыстықтығына, бетінің күйі мен басқадай ықпалдарға байланысты. Бара-бара сымның беті қышқылданып және күйдірмеленіп, қаралық дәрежесі өзгереді. Сондықтан алюмель сымының қаралық дәрежесін кезеңді анықтап отыру да қажетті. Бұл тұрғыда қаралып отырылған ыстықтықөлшер әдісі жеңілдігі және зерттеу лездігімен ұтымды.

Егер дененің қаралық дәрежесіне зат тегінінің ықпалы басым болатынын ескерсек, алюмель сымына анықталған қаралық дәреже мәні сымның мөлшеріне тәуелсіз деп, жалпы алюмельге қатысты деуімізге болады.

Алюмель сымының мөлшерлері есептік әсер етпегендей, оның электрлік кедергісі өлшемсіз салыстырмалы Rt/R0 түрінде қаралып, ыстықтыққа Rt(t)/R0 тәуелділігі  3.1 кестеде келтірілген. Мұндағы R0 = Rt=0 – алюмель сымының t = 0 0C-дегі электрлік кедергісі. Әдетті зерттелетін қосөресі d = 0,6 мм мен ұзындығы ℓ = 300 мм тәжірибелік алюмель сымының Rt=0 = 0,275 Ом деп беріледі не келесідей анықталады.

Бөлменің, мысалы, 22 0С ыстықтықтығында Rt=22 өлшеніп, 3.1 кестеден R22/R0 = 1,07 мәні алынып, R0 = R22/1,07 деп анықталады.

 

3.1 К е с т е – Қосөресі d = 0,5 мм тәжірибелік алюмель сымының

    салыстырмалы электрлік кедергісінің ыстықтыққа

    Rt(t)/R0 тәуелділігі, 0С. Мұндағы R0 = Rt=0 0C .

Rt/R0

00

01

02

03

04

05

06

07

08

09

1,00

0

4

7

10

13

16

19

22

25

28

1,10

32

35

39

43

47

51

54

58

62

66

1,20

70

74

78

82

87

92

97

102

107

112

1,30

117

122

127

132

137

142

148

155

163

172

1,40

182

192

202

213

225

236

247

257

267

277

1,50

287

297

307

318

329

341

352

363

373

383

1,60

394

405

416

427

437

447

457

467

478

488

1,70

499

510

521

532

543

553

563

574

585

596

1,80

607

617

628

639

650

661

672

682

692

702

1,90

712

723

733

744

755

765

775

786

796

807

2,00

817

827

838

849

860

870

881

892

902

912

2,10

922

932

943

953

963

974

985

995

1006

1017

 

3.3 Тәжірибе жүргізу реті

 

1 Қондырғы және өлшеу аспаптарымен танысу, күй-жағдайларын тексеру, оларды іске дайындау, өлшеу әдісін айқындау.

2 Сымның берілген электрлік кернеуін қою.

3 Өлшенген электр ағын I (А) күшін, кернеу U (В) құламасын және Rt (Ом) кедергі мәндерін 3.2 кестеде келтіру.

4 Оқытушы І = 2 ÷ 10 А аралығында 1 ÷ 5 тәжірибе жүргіздіруі мүмкін.

 

3.4 Мәліметтердің өңделу әдістемесі

 

Сымның шеттеріндегі жылулық ысыраптарының салыстырмалы аздығы мен жылуалмасуының қалыптасқан тәртібінде оның барлық электрлік Q қуаты оны қоршаған ортаға еркін ағынды Qа жылылығы мен сәулелену Qr жылылығы арқылы келесі жылулық теңестік бойынша толық беріледі

                                      (3.1)

Мұндағы q = Q/F = IU/(πdℓ) – толық жылулық тығыздығы, Вт/м2;

F = πdℓ – сымның жылуалмасу бет ауданы, м2;

                                              qа = α(tб – tс)                                           (3.2)

– толық жылулық тығыздықтың ағынды құраушысы, Вт/м2;

- дене мен сұйықтың арасындағы ыстықтық тегеурін, 0С;

                                                               (3.3)

- толық жылулық тығыздықтың сәулеленулік құраушысы, Вт/м2;

         Tб = tб + 273, Tс = tс + 273 – дене мен ауаның толық ыстықтықтары, К;

C0 = 5,672, Вт/(м2К4) – толық қара дененің сәулелену еселеуіші;

εкC0  = εC0 = Ск – сәулелену денелер жүйесінің келтірілген сәулелену еселеуіші (F1/F2 << 1, εк = ε), Вт/(м2К4).

Сымның ε қаралық дәрежесін тәжірибелік tб ыстықтығына тәуелді анықтайтын кейіптемесін, жылулық (3.1) теңестікте оның (3.2) мен (3.3) құраушылрын ескере, келесідей табамыз

       (3.4)

Мұндағы α жылуберу еселеуіші qб = тұрақтыда (tб = тұрақтыда 7 пайызға кем) ерікті ағынның Raбгd = 10-3÷3-тегі жылжу тәртібінде академик М.А. Михеевтің газдарға (ауаға) деген келесі кейіптемесімен анықталады

                                                                              (3.5)

Мұндағы  - Нус-сельт, Рэлей мен Грасгоф және Прандтльдің ұқсастық сынамалары (сандары);

α (Вт/(м2К), λ (Вт/(мК), а (м2/с), ν (м2/с) – жылуберу, жылуөткізгіштік пен ыстықтықөткізгіштік және тұтқырлықтың қозғалыс еселеуіштері;

g, d – дененің (бос кеңістіктегі) еркін түсу үдеуі (м/с2) мен анықтаушы мөлшері (қосөресі), м;

β – тұрақты қысымдағы заттың ыстықтығына байланысты көлемінің кеңею еселеуіші, ол мүлтіксіз газдарға (ауаға) β = 1/Tбгd = 1/(tбгd + 273), 1/К;

і = бгd – газдың физикалық қасиеттерін анықтаушы дене беті мен газдың орта ыстықтығы (tсгd = (tб + tг)/2) және денені сипаттаушы қосөресі d.

Осы анықтаушы орташа ыстықтықта ауаның жылуфизикалық қасиеттері А қосымша кестесінен анықталып, Рэлей мен Нуссельт сандары есептеледі.

Сымның анықталған жылуберу еселеуіші кателігінің (3.4)-ке сәйкесті кейіптемесі

                              (3.6)

Мұның оң жағындағы бірінші төрт қосындылары –сәйкесті аспаптардың дәлдік дәрежелері, δd/d = 0,01/0,5 = 0,02 = 2 % и δℓ/ℓ = 1/300 ≈ 0,003 = 0,3 % - сымның қосөресі мен ұзындығының өлшеу қателіктері.

Мәліметтердің өңдеу қорытындылары 3.2 кестеде келтіріледі.

 

   3.2 К е с т е – Мәліметтердің (3.4) ÷ (3.6) бойынша өңдеу қорытындылары

    tс = ___, 0C, Tс = ___, K, d = ___, м, ℓ = ___, м, F = πdℓ =___, м2,  R0 =___, Oм.

Тәжірибе№№

1

2

3

4

5

I, A

 

 

 

 

 

U, B

 

 

 

 

 

q = IU/F, Вт/м2

 

 

 

 

 

Rt, Ом

 

 

 

 

 

Rt/R0

 

 

 

 

 

tб, 0C (3.1кестеден)

 

 

 

 

 

θ = tб – tс, 0C

 

 

 

 

 

Tб = tб + 273, K

 

 

 

 

 

(Tб /100)4-(Tс/100)4

 

 

 

 

 

Raбгd

 

 

 

 

 

Nuбгd

 

 

 

 

 

α = Nuбгdλ/d (3.5)

 

 

 

 

 

qа = αθ, Вт/м2

 

 

 

 

 

 q – qа, Вт/м2

 

 

 

 

 

ε (3.4)

 

 

 

 

 

δε/ε, %  (3.6)

 

 

 

 

 

 

Сымның қаралық дәрежесінің ε(tб) тәуелдігін анықтау.

Ескерту. Қосөресі d = 0,6 мм-лі сымның барлық есептерінде сымның сыртындағы (қоршаған ортамен жылуалмасатын Күннің көзіндей жарқыраған) ажағайының (плазмасының) сыртқы қосөресінің мәні 1,2 мм алынады.

 

3.5 Бақылау сұрақтары

 

1 Жұмыс тақырыбының маңыздылығы.

2 (3.1) – (3.4)-лерді түсіндіру.

3 Жұмыста неліктен (3.5) пайдаланған?

4 Нуссельт пен Рэлей сынамалары нені сипаттайды?

5 Нені 3.1 сурет көрсетеді?

6 Нені 3.1 кесте көрсетеді?

7 R0 мен Rt қалай табылады?

8 Ерікті ағындағы сәулелену жылуалмасуының әсері қандай?

9 Нелітен d = 0,5 мм-лі сымның 3.1 кестесі d = 0,6 мм-лі сымға пайдалануы мүмкін?

10 Дененің қаралық дәрежесі ε дейтініміз не?

ЖМА № 4 Зерттеу жұмысы

Рэлей санының аз мәндеріндегі жылуалмасу

 

Жұмыстың мақсаты. Рэлей санының аз мәндеріндегі ерікті ағынды және сәулелену жылуалмасуын зерттеу, әдістемелігі мен жылулық теңестігін құрастыруды игеру және қорытындыларын белгілі мәндерімен салыстыру ([5], [8], с. 86 ÷ 99).

Жұмыстың қорытындысында ерікті ағынды жылуалмасудың үлдір және жылжу тәртіптерінің физикалық негіздерін, ұқсастық сандары мен ұқсастық теңдеулерін және анықталатын ұқсастық сандардың анықтаушы ұқсастық сандарынан тәуелсізденіп, ұқсастық теңдеулерінің «азуы» мен ағынды және сәулелену жылулық тығыздықтарының qа/qr арақатынасын танып, игеру. 

Тапсырма: а) Тік не бірдеңгейлі орналасқан электрлі сымның ерікті ағынды жылуберу α еселеуіші мен жылулық qа/qr тығыздықтарының арақатынасын дене мен ауаның 4 ÷ 5 ыстықтық θ = tб – tс тегеуріндерінде анықтау және α(θ), qа/qr = f(θ) и α(qа/qr) тәуелділіктерінің сызбақтарын салу.

ә) Тәжірибе мәліметтері бойынша ұқсастық (К7) теңдеуін (С мен n-дерін тауып) анықтау және белгілі [4, 5] мәндерімен салыстыру.

 

4.1 Теориялық басты мәліметтер

 

Қыздырылған орта тығыздығының тікмегземінен пайда болатын көтергіш күшпен ағысталуды ерікті ағын дейміз. Тік дененің бойымен ерікті ағын қозғалымдық шекаралық қабатты (ҚШҚ) құрады. Оның жылдамдық өрісіндей ыстықтық өрісі ыстықтық шекаралық қабатты (ЫШҚ) құрады.

Өзара байланысты жылуалмасу мен ерікті ағын құбылыстары дене мен ортаның ыстықтық тегеуріне, сұйықтың физикалық қасиеттеріне, көтергіш пен тұтқырлық күштердің қатынасына (Грасгоф санына), жылуалмасу бет пен дененің түрі және орналасуына тәуелді болады.

Анықтаушы шамаларға (Ra) байланысты сұйық ағысының түрі мен жылуберу қарқыны әртүрлі болады. Дене мен ортаның әрекеттесу басында ерікті ағыс ылғи ретті болады. Әрі қарай, ортадан зат қосыла, ҚШҚ-ның қалыңдығы өсе келе, ретті ағыс біртелеп, оған қажетті қашықтарда, өтпелі тәртібінен кейін ретсіз ағысқа өтуі мүмкін. Өтпелі тәртіптің басы мен аяғы Рэлей санының бірінші Raay1 = 109 мен екінші Raay2 = 6∙1010 аумалы мәндерімен анықталады.

Ерікті ретті (Raбгd = 103÷9) ағынның ең басында үлдір (Raбгd ≤ 10-3) және одан ретті ағынға өтпелі (Raбгd = 10-3÷3) осы жұмыста қаралатын жылжу (ерекше, маңызды) тәртіптер бар. Рэлей санының аз мәндеріндегі, ерікті ағынды жылуалмасуына сүйене, мысалы, келесі ЖМА №3 зерттеу жұмыста сымның қаралық дәрежесі табылады.

Рэлей санының аз мәндерінде тұтқырлық күштің көтергіш күшінен аса басым болатынынан дененің бетіне жабысқан зат, домбыраның шегіндей сәл дірілдемесе, қозғалмай, үлдір қабатты болып, электр шамының қызған вольфрам сымындай электлі аса жүкті болады. 

Анықтаушы шамалардың өте аз (не өте үлкен) мәндерінде анықталатын шамалардың анықтаушыларынан тәуелсіз қалатыны белгілі. Мысалы, ыстықтық толық нөлге шексіз жуықтағанда дененің теңесу күйін сипаттайтын жылуқозғалымдық шамалар сол толық ыстықтыққа тәуелсіз қалады (бұл жылуқозғалымның бірінші заңы). Осы секілді тәуелділіктің «азуының» классикалық келесі мысалы – ол Никурадзе сызбағындағы Рейнольдс санынан тәуелсіз қалған үйкеліс еселеуішінің аймақтары. Мұндай жағдайлар үнемиеттікте дағдарыс (кризис) деп аталады. Осы секілді Raсгd ≤ 10-3-дегі ерікті ағынның үлдір тәртібіндегі қосөресі d = 0,2 ÷ 2 мм сымдарға Л.С.Эйгенсон тәжірибелі келесіні көрсеткен (Ra → 0-де сырық пен тақташаға Nu → 0 (С.С. Кутателадзе) және шарға Nu → 2 [4, 5])

                                       (4.1)

Тек, Рэлей саны Raбгd = 10-3-ден өсе, үлдірлі қабат, қою балдай, жылжи бастап, Raбгd = 10-3÷3-те (ретті ағысқа өтпелі) жылжу тәртібіне айналады. Мұнда дененің газдарға (ауаға) qб = тұрақтыдағы (tб = тұрақтыда 7 пайызға кем) орташа жылуберу еселеуіші академик М.А.Михеевтің келесі кейіптемесімен табылады

                                                                              (4.2)

Мұндағы  - Нус-сельт, Рэлей мен Грасгоф және Прандтльдің ұқсастық сынамалары (сандары) [4, 5];

α (Вт/(м2К), λ (Вт/(мК), а (м2/с), ν (м2/с) – жылуберу, жылуөткізгіштік пен ыстықтықөткізгіштік және тұтқырлықтың қозғалыс еселеуіштері;

g, d – дененің (бос кеңістіктегі) еркін түсу үдеуі (м/с2) мен анықтаушы мөлшері (қосөресі), м;

β – тұрақты қысымдағы заттың ыстықтығына байланысты көлемінің кеңею еселеуіші, ол мүлтіксіз газдарға (ауаға) β = 1/Tбгd = 1/(tбгd + 273), 1/К;

і = бгd – газдың физикалық қасиеттерін анықтаушы дене беті мен газдың орта ыстықтығы (tсгd = (tб + tг)/2) және денені сипаттаушы қосөресі d.

Л.С.Эйгенсонның (4.1) қорытындысы ауаға М.А.Михеевтің (4.2) кейіптемесінен Ra = (0,45÷1)10-3-де (шекаралықтарында) сәйкесті шығады.

 

4.2 Тәжірибе әдістемесі мен қондырғысының сипаттамасы

 

Бұл жұмыста дененің ыстықтығы тәжірибелік сымның белгілі электрлі Rt(t) кедергісінің ыстықтыққа тәуелділігі («кедергілі ыстықтық өлшер») арқылы анықталады. Мұнда тәжірибелік сымның электрлі Rt(t) кедергісі электр ағын күші I(t) мен кернеу U(t) құламасын тікелей милливольтметр арқылы өлшеп, Ом заңымен анықталады.

Ерікті ағынның қозғалымдық және жылуалмасу құбылыстарына электр толқуы әсер етпеу үшін электр ағыны сымға тұрақтандырылып беріледі (4.1 суретті қараңыз). Қоршаған ортаның қауыпсыздігі үшін тәжірибелік сым мөлдір шынымен қалқаланған.

Тәжірибелік алюмель сымының әдетті қосөресі d = 0,6 мм мен ұзындығы ℓ = 300 мм, ал қаралық дәрежесі ε ЖМА №4 зерттеу жұмысынан ε мәні алынады.

Алюмель сымының мөлшерлері есептік әсер етпегендей, оның электрлік кедергісі өлшемсіз салыстырмалы Rt/R0 түрінде қаралып, ыстықтыққа Rt(t)/R0 тәуелділігі  4.1 кестеде келтірілген. Мұндағы R0 = Rt=0 – алюмель сымының t = 0 0C-дегі электрлік кедергісі. Әдетті зерттелетін қосөресі d = 0,6 мм мен ұзындығы ℓ = 300 мм тәжірибелік алюмель сымының Rt=0 = 0,275 Ом деп беріледі не келесідей анықталады.

Бөлменің, мысалы, 22 0С ыстықтықтығында Rt=22 өлшеніп, 4.1 кестеден R22/R0 = 1,07 мәні алынып, R0 = R22/1,07 деп анықталады.

 

4.1 К е с т е – Қосөресі d = 0,5 мм тәжірибелік алюмель сымының

    салыстырмалы электрлік кедергісінің ыстықтыққа

    Rt(t)/R0 тәуелділігі, 0С. Мұндағы R0 = Rt=0 0C .

Rt/R0

00

01

02

03

04

05

06

07

08

09

1,00

0

4

7

10

13

16

19

22

25

28

1,10

32

35

39

43

47

51

54

58

62

66

1,20

70

74

78

82

87

92

97

102

107

112

1,30

117

122

127

132

137

142

148

155

163

172

1,40

182

192

202

213

225

236

247

257

267

277

1,50

287

297

307

318

329

341

352

363

373

383

1,60

394

405

416

427

437

447

457

467

478

488

1,70

499

510

521

532

543

553

563

574

585

596

1,80

607

617

628

639

650

661

672

682

692

702

1,90

712

723

733

744

755

765

775

786

796

807

2,00

817

827

838

849

860

870

881

892

902

912

2,10

922

932

943

953

963

974

985

995

1006

1017

        

Сонан соң, тәжірибелік өлшенген Rt-ның мәні осы R0-ге бөлініп, табылған Rt(t)/R0-ның мәні бойынша 4.1 кестеден тәжірибелік алюмель сымның tб ыстықтығы анықталады.

4.3 Тәжірибенің жүргізу реті

 

1 Қондырғы және өлшеу аспаптарымен танысу, күй-жағдайларын тексеру, оларды іске дайындау, өлшеу әдісін айқындау.

2 Сымның берілген электрлік кернеуін қою.

3 Өлшенген электр ағын I (А) күшін, кернеу U (В) құламасын және Rt (Ом) кедергі мәнін 4.2 кестеде келтіру.

4 Оқытушының тапсыруы бойынша І = 2 ÷ 10 А аралығында 1 ÷ 5 тәжірибе жүргізілуі мүмкін.

 

4.4 Мәліметтердің өңделу әдістемесі

 

Жылуберу қарқынын сипаттайтын жергілікті және орташа жылуберу еселеуіштері Ньютон-Рихман кейіптемелерімен келесідей анықталады

                                                 (4.3)

                                                        (4.4)

Бұлардағы Q и q –жылылық(Вт) пен жылулық тығыздығы, Вт/(м2);

- дене мен сұйықтың арасындағы ыстықтық тегеурін, 0С;

F = πdℓ – сымның жылуалмасу бет ауданы, м2.

Сымның шеттеріндегі жылулық ысыраптарының салыстырмалы аздығы мен жылуалмасуының қалыптасқан тәртібінде оның барлық электрлік қуаты оны қоршаған ортаға еркін ағынды Qа жылылығы мен сәулелену Qr жылылығы арқылы келесі жылулық теңестік бойынша беріледі

                          (4.5)

Мұны ескере, орташа жылуберу еселеуішті келесідей айқындаймыз

                                (4.6)

Мұндағы q = Q/F = IU/(πdℓ) – толық жылулық тығыздығы, Вт/м2;

                                                                (4.7)

- толық жылулық тығыздықтың сәулеленулік құраушысы, Вт/м2;

         Tб = tб + 273, Tс = tс + 273 – дене мен ауаның толық ыстықтықтары, К;

C0 = 5,672, Вт/(м2К4) – толық қара дененің сәулелену еселеуіші;

εкC0  = εC0 = Ск – сәулелену денелер жүйесінің келтірілген сәулелену еселеуіші (F1/F2 << 1, εк = ε), Вт/(м2К4).

Сымның анықталған жылуберу еселеуіші кателігінің (4.6)-ға сәйкесті кейіптемесі

                            (4.8)

Мұның оң жағындағы бірінші төрт қосындылары – сәйкеті аспаптардың дәлдік дәрежелері, δd/d = 0,01/0,5 = 0,02 = 2 % и δℓ/ℓ = 1/300 ≈ 0,003 = 0,3 % - сымның қосөресі мен ұзындығының өлшеу қателіктері.

Мәліметтер мен олардың өңдеу қорытындылары 4.2 кестеде келтіріледі.

  

    4.2 К е с т е – Мәліметтердің (4.6) – (4.8) бойынша өңдеу қорытындылары

    tс =___, 0C, Tс =___, K, d =___, м, ℓ =___, м, F = πdℓ =___, м2, R0 =___, Oм.

Тәжірибе №№

1

2

3

4

5

I, A

 

 

 

 

 

U, B

 

 

 

 

 

q = IU/F, Вт/м2

 

 

 

 

 

Rt, Ом

 

 

 

 

 

Rt/R0

 

 

 

 

 

tc, 0C (4.1 кестеден)

 

 

 

 

 

θ = tб – tс, 0C

 

 

 

 

 

q/θ, Вт/(м2К)

 

 

 

 

 

Tб = tб + 273, K

 

 

 

 

 

(Tб /100)4-(Tс/100)4

 

 

 

 

 

qr, Вт/м2  (4.7)

 

 

 

 

 

qа = q – qr, Вт/м2

 

 

 

 

 

qа/qr

 

 

 

 

 

qr/θ, Вт/(м2К)

 

 

 

 

 

α, Вт/(м2К) (4.6)

 

 

 

 

 

δα/α, %  (4.8)

 

 

 

 

 

 

Келесі тәуелдіктердің сызбақтарын жасау: α(θ), qа/qr = f(θ) и α(qа/qr).

Бірақ, жылуберу еселеуішінің мәндері тек қаралған сымға қатысты. Бұлар ұқсас жағдайларына (4.2) секілді ұқсастық теңдеулер арқылы қорытылады. Тәжірибе мәліметтері ұқсастық (К7) теңдеуі секілді ә)* тапсырма бойынша қорытылғанда, сипаттаушы шама ретінде сымның қосөресі d, ал ауаның жылуфизикалық қасиеттері қосымша А кестеден анықтаушы tор = (tб + tс)/2  ыстықтық бойынша алынады.

 

Ескерту. Қосөресі d = 0,6 мм-лі сымның барлық есептерінде сымның сыртындағы (қоршаған ортамен жылуалмасатын Күннің көзіндей жарқыраған) ажағайының (плазмасының) сыртқы қосөресінің мәні 1,2 мм алынады.

 

4.5 Бақылау сұрақтары

 

1 Ерікті ағынның үлдірлі мен жылжу тәртіптері дейтініміз не?

2 Ерікті ағынды жылуалмасудағы жылулық сәулеленудің әсері неде?

 

А Қосымшасы

 

- Құрғақ ауаның физикалық қасиеттері

(В =760 мм снап бағанасы = 1,01  105 Па, [6]-ның 9 кестесі)

 

t, °С

ρ, кг/м3

ср,

кДж/(кг∙К)

λ∙102, Вт/(м∙К)

-106, м2/с

μ∙ 106, Па∙с

ν∙106, м2/с

Рr

 

 

 

 

 

 

 

 

-50

1,584

1,013

2,04

12,7

14,6

9,23

0,728

-40

1,515

1,013

2,12

13,8

15,2

10,04

0,728

-30

1,453

1,013

2,20

14,9

15,7

10,80

0,723]

-20

1,395

1,009

2,28

16,2

16,2

12,79

0,716

- 10

1,342

1,009

2,33

17,4

16,7

12,43

0,712

0

1,293

1,005

2,44

18,8

17,2

13,28

0,707

10

1,247

1,005

2,51

20,0

17,6

14,16

0,705

20

1,205

1,005

2,59

21,4

18,1

15,06

0,703

0

~—       4hi

30

1,165

1,005

 2,67

22,9

18,6

16,00

0,701

40

1,128

1,005

2,76

24,3

19,1

16,98

0,699

50

1,093

1,005

2,83

25,7

19,6

17,95

0,698

60

1,060

1,006

2,93

26,2

20,1

18,97

0.696

70

1,029  02Я

1,007

2,96

28,6

20,6

20,02

0,694

80

1,000

1,009

3,05

30,2

21 ,1

21,09 ,УУ

0, 692

90

0,972

1,009

3,13

31,9

21,5

22,10

0,690

100

0, 946

    1,009

3,21

33,6

21,9

23,13

0,688

120

0,898

    1,009

3,34

36,8

22,8

25,45

0,686

140

0,854

1,013

3,49

40,3

23,7

27.80

0,684

160

0,815

1,017

  3,64     .

43,9 443,9  43,9

24,5

30,0'J

0,682

180

0 779

1,022

3,78

47,5

25,3

32,49

0,681

200

0,746

1,026

3,93

51,4

26,0

34,85

0,680

250

0,674

1,038

4,27

61,0

27,4

40,61

0,677

300

0,615

1,047'

4,60

71,6

29,7

48,33

0,674

350

0,566

1,059

4,91

81,9

31,4

55,46

0,676

400

0,524

    1,068

5,21

93,1

33,0

63,03

0,678

500

0,456

1,093

5,74

115,3

36,2

79,38

0,687

600

0,404

1,114

6,22

138,3

39,1

96,89

0,699

700

0,362

1,135

6,71

163,4

41,8

115,4

0,706

800

0,329

1,156

7,18

188,8

44,3

134,8

0,713

900

0,301

1,172

7,63

216,2

46,7

155,1

0,717

1000

0,277

1,185

8,07

245,9

49,0

177,1

0,719

1100

0,257

1,197

8,50

276,2

51,2

199,3

0,722

1200

0,239

1,210

9,15

316,5

53,5

233,7

0,724

 

 

 

  Б Қосымшасы – Судың канығу күйіндегі физикалық қасиеттері ([6], 11 кесте)

 

t, °С

р∙10-5,

Па

 

ρ,

кг

м3

і',

кДж

кг

ср,

кДж кг∙К

λ∙102

Вт

м∙К

a∙106, м2

с

μ∙ 106, Па∙с

 

ν∙106, м2

с

β∙104, К-1

 

 σ∙104,

Н

м

 

 

Рг

0

1,013

993,9

0

4,212

55,1

13,1

1788

1,789

-0,63

756,4

13,67

10

1,013

999,7

42,04

4,191

57,4

13,7

1306

1,306

+0,70

741,6

9,52

20

1,013

998,2

83,91

4,183

59,9

14,3

1004

1 ,006

1,82

726,9

7,02

30

1,013

995,7

125,7

4,174

61,8

14,9

801,5

0,805

3,21

712,2

5,42

40

1,013

992,2

167,5

4,174

63,5

15,3

653,3

0,659

3,87

693,5

4,31

50

1,013

988,1

209,3

4,174

64,8

15,7

549,4

0,556

4,49

676,9

3,54

60

1,013

983,2

251,1

4,179

65,9

16,0

469,9

0,478

5,11

632,2

2,98

70

1,013

977,8

293.0

4,187

66,8

16,3

406,1

0,415

5,70

643,5

2,55

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

80

1,013

971,8

335,0

4,195

67,4

16,6

355,1

0,365

6,32

625,9

2,21

90

1,013

965,3

377,0

4.208

68,0

16,8

314,9

0,326

6,95

607,2

1,95

100

1,013

958,4

419,1

4,220

68,3

16,9

282,5

0,295

7,52

588,6

1,75

110

1,43

951,0

461,4

4,233

68,5

17,0

259,0

0,272

8.08

569,0

1,60

120

1,98

943,1

503,7

4,250

68,6

17,1

237,4

0,252

8.64

5484

1,47

130

2,70

934,8

546,4

4,266

68,6

17,2

217,8

0.233

9,19

528,8

1,36

140

3,61

926,1

589,1

4,287

68,5

17,2

201,1

0,217

9,72

507,2

1,26

150

4,76

917,0

632,2

4,313

68,4

17,3

186,4

0,203

10,3

486,6

1,17

160

6,18

907,4

675,4

4,346

68,3

17,3

173,6

0,191

10,7

436,0

1,10

170

7,92

897,3

719,3

4,380

67,9

17,3

162,8

0,181

11,3

443,4

1,05

180

10,03

886,9

763,3

4,417

67,4

17,2

153,0

0,173

11,9

422,8

1,00

190

12,55

876,0

807,8

4,459

67,0

17,1

144,2

0,165

12,6

400,2

0,96

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

200

15,55

863,0

852,5

4,505

66,3

17,0

136,4

0,158

13,3

376,7

0,93

210

19,08

852,8

837,7

4,555

65,5

16,9

130,5

0.153

14,1

354,1

0,91

220

23,20

840,3

943,7

4,614

64,5

16,6

124,6

0,148

14,8

331,6

0,89

230

27,98

827,3

990,2

4,681

63,7

16,4

119,7

0,145

15.9

310,0

0,88

240

33,48

813,6

1037,5

4,756

62,8

16.2

114,8

0,141

16,8

285,5

0,87

250

39,78

799,0

1085,7

4,844

6l,8

15,9

109,9

0,137

l8,l

261,9

0,86

260

46,94

784,0

1135,1

4,949

60,5

15,6

105,9

0,135

19,7

237,4

0,87

270

55,05

767,9

1185,3

5,070

59,0

15,1

102,0

0,133

2l,6

214,8

0,88

280

64,19

750,7

1236,8

5,230

57,4

14,6

98,1

0,131

23.7

191,3

0,90

290

74,45

732,3

1290,0

5,485

55,8

13,9

94,2

0,129

26-2

168,7

0,93

300

85,92

712,5

1344.9

5,736

54,0

13,2

91,2

0,128

29,2

144,2

0,97

310

98,70

691,1

1402,2

6,071

52,3

12,5

88,3

0,128

32,9

120,7

1,03

320

112,90

667,1

1462,1

6,574

50,6

11,5

85,3

0,128

38,2

98,10

1,11

330

128165

640,2

1526,2

7,244

48,4

10,4

81,4

0,127

43,3

76,71

1,22

340

146,08

610,1

1594,8

8,165

45,7

9,17

77,5

0,127

53,4

56,70

1,39

350

165,37

574,4

1671,4

9,504

43,0

7,88

72,6

0,125

66,8

38,16

1,60

360

186,74

528,0

1761,5

13,984

39,5

5,36

66,7

0,126

109

20,21

2,35

370

210,53

450,5

1892,5

40,321

33,7

1,86

56,9

0,126

264

4,709

6,79

 

 

В Қосымшасы

 

- Су буының қанығу күйіндегі физикалық қасиеттері

([6]-ның 12 кестесі)

 

t, °С

р10-5,

Па

ρ",

кг

м3

і" ,

кДж

кг

r,

кДж             кг

ср,

кДж кг∙К

λ∙102,

Вт

м∙К

а∙106,

 м2

с

μ∙106,

 Па∙с

ν∙106,

 м2

с

Рr

100

1,013

0,598

2675,9

2256,8

2,135

2,372

 

18,58

11,97

20,02

1,08

110

1,43

0,826

2691,4

2230,0

2,177

2,489

13,83

12,46

15,07

1,09

120

1,98

1,121

2706,5

2202,8

2,206

2,593

10,50

12,85

11,46

1,09

130

2,70

1,496

2720,7

2174,3

2,257

2,686

7,972

13,24

8,85

1,11

140

3,61

4,966

2734,1

2145,0

2,315

2,791

6,130

13,54

6,89

1,12

150

4,76

2,547

2746,7

2114,4

2,395

2,884

4,728

13,93

5,47

1,16

160

6,18

3,258

2758.0

2082,6

2,479

3,012

3,722

14,32

4,39

1,18

170

7,92

4,122

2768,9

2049,5

2,583

3,128

2,939

14,72

3,57

1,22

180

10,03

5,157

2778,5

2015,2

2,709

3,268

2,339

15,11

2,93

1,25

190

12,55

6,394

2786,4

1978,8

2,856

3,419

1,872

15,60

2,44

1,30

200

15,55

7,862

2793,1

1940.7

3,023

3,547

1,492

15,99

2,03

1,36

210

19.08

9,588

2798,2

1900.5

3,199

3,722

1,214

16,38

1,71

1,41

220

23,20

11,62

2801,5

1857,8

3,408

3,896

0,983

16,87

1,45

1,47

230

27,98

13,99

2803,2

1813,0

3,634

4,094

0,806

17,36

1,24

1,54

240

33,48

16,76

2803,2

1765,6

3,881

4,291

0,658

17,76

1,06

1,61

250

39,78

19,98

2801,1

1715,8

4,158

4,512

0,544

18,25

0,913

1,68

260

46,94

23,72

2796,5

1661,4

4,468

4,803

0,453

18,84

0,794

1,75

270

55,05

28,09

2789,8

1604,4

4,815

5,106

0,378

19,32

0,688

1,82

280

64,19

33,19

2779,7

1542,9

5,234

5,489

0,317

19,91

0,600

1,90

290

74,45

39,15

2766,4

1476,3

5,694

5,827

0,261

20,60

0,526

2,01

300

85,92

46,21

2749,2

1404,3

6,280

6,268

0,216

21,29

0,461

2,13

310

98,70

54,58

2727,4

1325,2

7,118

6,808

0,176

21,97

0,403

2,29

320

112,90

64,72

2700,2

1238,1

8,206

7,513

0,141

22,86

0,353

2,50

330

128,65

77,10

2685,9

1139,7

9,881

8,257

0,108

23,94

0,310

2,86

340

146,08

92,76

2621,9

1027,0

12,35

9,304

0,0811

25,21

0,272

3,35

350

165,37

113,6

2564,5

893,1

16,24

10,70

0,0580

26,58

0,234

4,03

360

186,74

144,0

2481,2

719,7

23,03

12,79

0,0386

29,14

0,202

5,23

370

210,53

203,0

2330,9

438,4

56,52

17,10

0,0150

33,75

0,166

11,1

 

    

 

 

 

Г Қосымшасы

- Түтіннің физикалық қасиеттері

    р0 ═ 760 мм сн. б. ═ 1,01325∙105 Па, рСО2 ═ 0,13,

рН2О ═ 0,11, рN2 ═ 0,76, [6]-ның 16 кестесі

t,

0C

ρ,

кг/м3

ср,

кДж/(кг∙К)

λ∙102,

Вт/(м∙К)

a∙106,

м2/с

μ∙106,

Па∙с

ν∙106,

м2/с

Рr

0

1,295

1,042

2,28

16,9

15,8

12,20

0,72

100

0,950

1,068

3,13

30,8

20,4

21,54

0,69

200

0,748

1,097

4,01

48,9

24,5

32,80

0,67

300

0,617

1,122

4,84

69,9

28,2

45,81

0,65

400

0,525

1,151

5,70

94,3

31,7

60,38

0,64

500

0,457

1,185

6,56

121,1

34,8

76,30

0,63

600

0,405

1,214

7,42

150,9

37,9

93,61

0,62

700

0,363

1,239

8,27

183,8

40,7

112,1

0,61

800

0,330

1,264

9,15

219,7

43,4

131,8

0,60

900

0,301

1,290

10,0

258,0

45,9

152,5

0,59

1000

0,275

1,306

10,90

303,4

48,4

174,3

0,58

1100

0,257

1,323

11,75

345,5

50,7

197,1

0,57

1200

0,240

1,340

12,62

392,4

53,0

221,0

0,56

 

Әдебиеттер тізімі

 

         1. Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. Е. Техническая термодинамика. - М.: Энергоатомиздат, 1983. – 416 с.

2. Зубарев В. Н., Александров А. А., Охотин В. С. Практикум по технической термодинамике. - М.: Энергоатомиздат, 1986. – 304 с.

3. Александров А.А., Григорьев Б.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Сравочник. – М.: Издательство МЭИ, 1998. – 160 с.

4. Темірбаев Д.Ж. Жылутехника негіздері: Дәрістер жинағы. – Алматы: АЭжБИ, 2010. – 72 б.

5. Темірбаев Д.Ж. Жылумаңызалмасу: Оқу құралы. - Алматы: «TST – company», 2009. – 240 б.

6. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. Изд. 3-е, перераб. и доп. – М.: Энергия, 1975. – 280 с.

         7. Лабораторный практикум по технической термодинамике. - 2-е изд. перераб. / Ермекбаев К.Б., Пак М.И., Темирбаев Д.Ж. - Алма-Ата: АЭИ, 1976. – 96 с.

         8. Лабораторный практикум по теплопередаче. - 2-е изд. перераб. и доп. / Ермекбаев К.Б., Пак М.И., Темирбаев Д.Ж. // Под ред. Д.Ж.Темирбаева. - Алма-Ата: АЭИ, 1976. - 143  с.

9. Пак М.И., Ем Т.М., Дубовик В.П. Техническая термодинамика: МУ к лабораторным занятиям (электронная версия, 2010 г.).

 

Мазмұны

Кіріспе 1. Зерттеу жұмыстарынның талаптары мен әдістемелігі. . . . . . . . . . 3

1 Тәсілдік жылуқозғалым (ТЖҚ) зерттеу жұмыстары. . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

ТЖҚ № 1 Зерттеу жұмысы. Ауаның меншікті жылусыйымдылығын ағынды калориметр әдісімен анықтау. . . .4

ТЖҚ № 2 Зерттеу жұмысы. Судың меншікті жылусыйымдылығын ағынсыз калориметр әдісімен анықтау. . .8

ТЖҚ № 3 Зерттеу жұмысы. Судың текті күй өзгерісінің меншікті жылылығын анықтау. .. 12

ТЖҚ № 4 Зерттеу жұмысы. Судың қайнау ыстықтығының қысымға тәуелділігін анықтау. .. 15

2 Жылумаңызалмасу (ЖМА) зерттеу жұмыстары. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

Кіріспе 2. Жылумаңызалмасудың ұғымдары мен анықтамалары. . . . . . . . . 17

Кіріспе 3. Жылуалмасудың негізгі есептік кейіптемелері. . . . . . . . . . . . . . . .17

ЖМА № 1 Зерттеу жұмысы. Дененің жылуөткізгіштік еселеуішін сырықтық әдісімен анықтау. . . .. . 19

ЖМА № 2 Зерттеу жұмысы. Дененің ыстықтықөткізгіштік еселеуішін ыстықтыққа тәуелді қозғалымдық әдіспен анықтау. .  .21

ЖМА № 3 Зерттеу жұмысы. Сымның қаралық дәрежесін ыстықтықөлшер әдісімен анықтау. . . . . . . . . . .24

ЖМА №4 Зерттеу жұмысы. Рэлей санының аз мәндеріндегі жылуалмасу.28

А Қосымшасы - Құрғақ ауаның физикалық қасиеттері. . . . . . . . . . . . . . . . . .33

Б Қосымшасы – Судың канығу күйіндегі физикалық қасиеттері. . . . . . . . . .34

В Қосымшасы - Су буының қанығу күйіндегі физикалық қасиеттері. . . . . . 35  

Г Қосымшасы - Түтіннің физикалық қасиеттері. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

Әдебиеттер тізімі. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

П І К І Р 

Оқу жоспары бойынша 5В0702 – «Автоматтандыру және басқару (АБ-АУ)» мамандық бакалавриат студенттеріне дайындалған «Отын қайраттық салалы (ОҚС- ТЭК)» мамандылығының үш таңдалулы арнайы пәндерінің бірі - АУ 3313 - «Жылутехника негіздері» (3 несие, 2\2\0, 3 ЕСЖ) 6-шы семестрде оқылатын пәнінің өзіндік зерттеу жұмыстарының әдістемелік нұсқауын нақты және қысқаша (көлемі 2,5 оқу-баспа табақ) қамтиды.

Негізгі мәтіні Тәсілдік жылуқозғалым мен Жылумаңызалмасу ілімдерінен құрастырылған. Бұлар студенттердің алдымен (әсіресе Физика, Сұйық және газ механикасы) және бұдан кейін (әсіресе Жылу өндіруінің тәсілдемелік негіздері) өтетін оған байланысты пәндерімен, сондай-ақ, студенттердің дәрістер жинағымен әдістемелік ұштастырылған.

         Қаралған «Жылутехника негіздері» пәнінің зерттеу жұмыстарының әдістемелік нұсқауларын баспаға ұсынамын.