Лабораторный практикум по дисциплине «Техническая физика» для студентов, обучающихся по специальности 140200 «Судовые энергетические установки» (стр. 1 )

Новосибирская государственная академия

водного транспорта

Кафедра термодинамики и судовых энергетических

установок

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

по дисциплине «Техническая физика» для студентов,

обучающихся по специальности 140200 «Судовые

энергетические установки»

Новосибирск, 2004

Раздел «Теплофизические основы судовой энергетики» дисциплины «Техническая физика» изучается в 5 и 6 семестрах на 3-м курсе. В 5 семестре изучается подраздел «Техническая термодинамика», а в 6 – подраздел «Основы теории теплообмена».

Перечень лабораторно-практических занятий, проводимых в 5 семестре:

1 – Основные положения технической термодинамики

2 – Теплота и теплоемкость

3 – Термодинамические процессы идеального газа

4 – Рабочий процесс поршневого компрессора

5 – Процессы истечения

6 – Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

7 – Циклы газотурбинных двигателей

8 – Циклы пароэнергетических установок

9 – Циклы холодильных установок

Каждое занятие проводятся в течение 2-х академических часов.

Количество лабораторно-практических занятий по рабочему плану – 18 часов.

Перечень лабораторно-практических занятий, проводимых в 6 семестре:

1 Теплопроводность – 2 часа

2 Теплоотдача и теплопередача - 4 часа

3 Интенсификация теплопередачи и изоляция стенок – 2 часа

4 Применение теории подобия для анализа процессов конвективного теплообмена – 4 часа

5 Лучистый теплообмен – 2 часа

6 Теплообменные аппараты – 2 часа

Количество лабораторно-практических занятий по рабочему плану – 16 часов

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ, ПРОВОДИМЫЕ В 5 СЕМЕСТРЕ

Лабораторно-практическое занятие 1 – Основные положения технической термодинамики

Цель работы: ознакомление и усвоение основных терминов, особенностей и законов термодинамики.

Содержание занятия.

Лабораторная часть : ознакомление с различными типами манометров, вакууметров и термометров – пружинными, ртутными, дистанционными и др.

Следует ознакомиться с понятиями: теплота, работа, энергия внешняя и внутренняя, параметры состояния. Использование формул для определения работы и теплоты. Особенности идеального газа и формула, определяющая состояние идеального газа.

Порядок работы: Первый час занятия посвящается ознакомлению с темой показу приборов, их характеристик и решению общих задач, а второй час – решению индивидуальной задачи, условие которой приводится в Таблице 1.1

Манометры, вакууметры и барометры.

Ознакомление с конструкциями и принципом действия пружинных и жидкостных манометров. Области их применения. Шкала деления и точность измерения. Класс прибора.

Термометры – ртутные, манометрические и биметаллические. Принцип действия, точность измерения, класс прибора, области применения.

Решение общих задач

Задача 1.1 Барометр показывает 770 мм рт. ст. Определить абсолютное давление в конденсаторе пароэнергетической установки, если вакууметр показывает разряжение 500 мм рт. ст.

Задача 1.2 В пусковом баллоне дизеля емкостью 300 литров при некоторых температуре и давлении содержится воздух плотность которого равна 28 . Определить массу воздуха, находящегося в баллоне.

Задача 1.3 Определить объём 10 кг кислорода, если известно что его плотность равна 0,75 .

Задача 1.4 Судно на воздушной подушке имеет длину 25 м, ширину 6,5 м и массу 7 тонн. Какое избыточное давление в Па и мм вод. ст. должен создавать вентилятор, чтобы приподнять это судно над землёй?

Задача 1.5 Определить, какова температура по шкале Цельсия, если по шкале Фаренгейта температура равна минус 60 °F.

Задача 1.14 Определить массовый состав и массу газовой смеси в баллоне ёмкостью 150 литров, если давление смеси равно 15 бар, а температура составляет 40 °С. Объемный состав смеси: , %, %.

Контрольная задача по теме

В машинно-котельном отделении (МКО) судна давление по водяному манометру составляет рми, абсолютное давление в МКО равно рма. Барометр на палубе судна показывает рб. Манометр на котле показывает значение – рки, а абсолютное давление в котле равно рка. Вакууметр на конденсаторе показывает рсв, а абсолютное давление в нём составляет рса.

При известных числовых значениях давлений, которые заданы в таблице 1.1, найти числовые значения неизвестных давлений, определённых значком «?». Результаты расчётов выразить в единицах СИ.

Таблица 1.1

Исходные данные	Первая цифра варианта
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Рми, мм вод. ст.	120	?	140	?	120	125	130	?	140	?
Рма, МПа	?	0,12	?	0,13	0,10	0,11	0,11	0,10	?	0,11
рб, мм рт. ст.	760	750	740	735	?	?	?	745	735	740
	Вторая цифра варианта
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
рка, ата	10	12	14	16	25	?	?	?	?	?
Рки, ати	?	?	?	?	?	14	20	22	30	35
Рса, мм рт. ст.	?	550	?	560	?	570	?	590	?	600
Рси, бар	0,5	?	0,45	?	0,40	?	0,35	?	0,47	?

Практическое занятие 2

Тема: Теплота и теплоёмкость.

Цель работы: Ознакомление с прибором по определению теплоёмкости веществ и получение практических навыков в обращении со справочными данными по теплоёмкости и расчёту теплоты в различных термодинамических ситуациях. Методика проведения испытаний и описание прибора даны в [ ].

Порядок проведения занятия.

1 Ознакомление с прибором, порядком проведения испытаний по определению теплоемкости и обработкой экспериментального материала.

1 Объяснения по справочным таблицам, графикам и формулам для определения теплоемкости.

2 Решение общих задач с необходимыми консультациями по изучаемой теме.

3 Решение студентами индивидуальной задачи (по данным таблицы 2.1)

Задача 2.1 Используя табличные данные вычислить среднюю теплоёмкость воздуха в интервале температур от 200 до 800 °С при постоянном давлении, считая зависимость теплоёмкости от температуры криволинейной.

Задача 2.2 Определить истинную изобарную теплоёмкость кислорода при 1000 °С, если зависимость этой теплоемкости от температуры имеет вид:

Задача 2.3 Определить по формуле Майера объёмную изобарную теплоёмкость окиси углерода, если .

Задача 2.5 Определить среднюю объёмную теплоёмкость окиси углерода в интервале температур от 200 до 1200 °С в процессе при постоянном давлении, считая зависимость теплоёмкости от температуры криволинейной. Вычислить погрешность определения теплоёмкости, если :

- зависимость теплоёмкости от температуры прямолинейная;

- теплоёмкость не зависит от температуры.

Контрольная задача по теме

Энергия отработавших газов дизеля используется для нагревания воды в утилизационном котле. Массовый расход газов, проходящих через котёл, составляет Мг , температура газов на входе в котёл составляет t1, а на выходе – t2. Вода в котле нагревается от t3 до t4. Определить, сколько воды нагревается в котле за один час, если потери теплоты в окружающую среду составляют δ%. Теплоемкость газов считать зависимой от температуры, а теплоемкость воды – постоянной и равной 4,19 кДж/(кг К). Исходные данные для расчёта приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Исходные данные	Первая цифра варианта
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Мг, тонн в час	1,2	1,5	1,6	1,8	2,3	2,4	2,6	2,8	3,0	4,0
t1, °С	300	350	400	300	350	400	300	350	400	300
t1, °С	150	200	250	150	200	170	190	210	220	230
	Вторая цифра варианта
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
t1, °С	40	45	50	55	50	40	45	50	55	30
t1, °С	85	90	85	90	95	80	85	90	95	100
Δ,%	5	7	9	11	10	9	5	8	9	6

Практическое занятие 3