Termomechanika

trubích A a B využijte předpokladu, že se jedná o izobarické směšování při tlaku .
Střední rychlost cA, cB v úseku potrubí o průměru d2 se určí, za předpokladu jednorozměrného proudění ideální nestlačitelné tekutiny, z rozdílu statických tlaků na dýze. (Bude podrobně probráno v předmětu Mechanika tekutin) Platí:
[m/s]
Úkol 3:
Určete tepelný tok [J.s-1] (tepelné ztráty) unikající do okolí ze směšovacího prostoru (potrubí mezi termočlánky TA, TB a TS).
Poznámky:
Kvasistatické kontinuální adiabatické směšování proudů ideálních plynů...[1] str.61-62 nebo [2] str.73-74
Úkol 4:
Určete tok entropie [J.K-1.s-1] unikající do okolí ze směšovacího prostoru (potrubí mezi termočlánky TA, TB a TS).
Poznámky:
Návod naleznete v [1] str.39-43 nebo [2] str.48-51.
Úkol 5:
Určete rychlost produkce entropie [J.K-1.s-1] vlivem nevratnosti směšovacího procesu.
Poznámky:
Rychlost produkce entropie určíte z bilance toků entropie z a do směšovacího prostoru.
Nezapomeňte do bilance zahrnout tok entropie unikající do okolí.
Vypracovaný referát bude obsahovat:

naměřené hodnoty
číselné dosazení do všech použitých vztahů
výsledky: úloha 1: 4x – , , ,, , ; 1x –
úloha 2: 4x – , ,
úloha 3: 4x –
úloha 4: 4x –
úloha 5: 4x –
závěr
použitou literaturu
Doporučená literatura:
[1]Nožička J.: Základy termomechaniky. Vydavatelství ČVUT, Praha, 2004
[2]Nožička J.: Termomechanika. Vydavatelství ČVUT, Praha, 1998
Naměřené hodnoty:
pbar =
č.
U(tok)
[mV]
U(tA)
[mV]
U(tB)
[mV]
U(tS)
[mV]
tref
[(C]
U(tref)
[mV]
1
2
3
4
č.
U((pA)
[mV]
U0((pA)
[mV]
U((pB)
[mV]
U0((pB)
[mV]
1
2
3
4
L2: Směšování dvou proudů vzduchu/

L3: OHŘEV PROUDU VLHKÉHO VZDUCHU
Popis úlohy
Odstředivý ventilátor nasává vzduch z okolí. Do výtlaku ventilátoru je vřazen jednoduchý průtokový ohřívač, v němž je proudící vzduch ohříván odporovými topnými tělesy. Pro stanovení hmotnostního toku proudícího vzduchu je za ohřívač dále zařazena měřicí clonková trať. Regulace protékajícího hmotnostního toku se provádí škrcením ve výtlaku ventilátoru vkládáním desek s různě velkými otvory.
Úkol 1:
Stanovte relativní vlhkost vzduchu v laboratoři ion.3 pomocí Assmanova aspiračního psychrometru.
Poznámky:
Assmanův aspirační psychrometr
Přístroj se skládá ze dvou teploměrů, odstíněných proti tepelnému záření, a z ventilátoru, který při měření zajišťuje jejich ofukování konstantní rychlostí. Nádobka se rtutí jednoho z teploměrů je obalena navlhčenou punčoškou. Vlivem odpařováni vody je teploměru odebíráno teplo, a ten ukazuje nižší teplotu než teploměr suchý. Intenzita odpařováni vody z punčošky, a tím i množství odebíraného tepla, závisí na vlhkosti vzduchu, který proudí kolem teploměru. Rozdíl mezi teplotami naměřenými teploměry je tedy závislý na vzdušné vlhkosti. Relativní vlhkost vzduchu se vypočítá podle následujícího vztahu:
[1/K] ..........konstanta Assmanova psychrometru (= 0,00066 1/K)
[Pa] ............barometrický tlak
[°C] ............teplota „suchého“ teploměru
[°C] ............teplota „mokrého“ teploměru
[Pa] ............tlak syté vodní páry při teplotě
[Pa] ............tlak syté vodní páry při teplotě
Barometrický tlak určíte pomocí staničního barometru.
Tlak syté vodní páry
K určení tlaku syté vodní páry využijte průmyslové formulace vody a vodní páry: IAPWS – IF97.
Naleznete ji: rg/release.htm" \t "main" Releases and Guidelines

 EMBED Equation.3  HYPERLINK "http://www.iapws.org/relguide/IF97.pdf" Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam
(Rovnice (30) ... str.33)

Úkol 2:

Určete měrnou vlhkost vzduchu .
Poznámky:
Vlhký vzduch ... [1] str.117-124 nebo [2] str.111-118
Úkol 3:
Pro čtyři různá nastavení měřicí tratě změřte:
příkon topných těles [W]
teplotu vzduchu v laboratoři [K]
teplotu vzduchu před topnými tělesy [K]
teplotu vzduchu za topnými tělesy [K]
teplotu vzduchu proudícího clonkou [K]
tlakový spád na clonce [Pa]
Poznámky:
Postup určování teplot a tlaků je popsán v návodu k laboratorní úloze L1: Měření účinnosti odstředivého ventilátoru.
Úkol 4:
Určete hmotnostní tok vzduchu tratí.
Poznámky:
Hmotnostní tok se určí: ion.3
Při určování hustoty vzduchu ze stavové rovnice použijte teplotu , tlak před clonkou , měrnou plynovou konstantu suchého vzduchu a měrnou plynovou konstantu přehřáté vodní páry .
Průměr potrubí je a průměr otvoru clonky .
Součinitele a určíte s pomocí přílohy P[1] „Průtokový a expanzní součinitel clonky“
Tlak před clonkou .
Úkol 5:
Určete tepelný tok[W], který se dostává do proudícího vzduchu z topných těles a spočítejte účinnost ohřevu .
Poznámky:
Jedná se o izobarický ohřev ():
měrná tepelná kapacita suchého vzduchu je
měrná tepelná kapacita přehřáté vodní páry je
(Pro daný tlak a rozsah teplot, lze považovat za konstantu.)
Vlhký vzduch považujte za směs ideálních plynů.
Pro stavovou změnu nenasyceného vlhkého vzduchu platí:
(, - suchý vzduch, ,- přehřátá vodní pára)
Úkol 6:
Vyneste graficky závislosti a .
Úkol 7:
Do Mollierova diagramu vyznačte bod 0 odpovídající stavu vzduchu v laboratoři a body 1 a 2 odpovídající stavům vzduchu v místech měření teplot a . (Body 1 a 2 vyznačte jen pro měření s nejmenším hmotnostním tokem.)
Z diagramu odečtěte (a vyznačte způsob odečtu veličin):
měrné vlhkosti a vzduchu ve stavech 1 a 2
měrné entalpie , , vzduchu ve stavech 0, 1 a 2
Vypracovaný referát bude obsahovat:
schéma uspořádání měřicí trati
naměřené hodnoty
číselné dosazení do všech použitých vztahů
výsledky: úloha 1:
úloha 2:
úloha 3: 4x – , , , , ,
úloha 4: 4x –
úloha 5: 4x – ,
úloha 6: grafy a
úloha 7: diagram, , , , ,
závěr
použitou literaturu
Doporučená literatura:
[1]Nožička J.: Základy termomechaniky. Vydavatelství ČVUT, Praha, 2004
[2]Nožička J.: Termomechanika. Vydavatelství ČVUT, Praha, 1998
P[1]: Průtokový a expanzní součinitel clonky
Tabulka pro určení průtokového součinitele clonky
m
(
0,05
0,598
0,10
0,602
0,15
0,608
0,20
0,615
0,25
0,624
0,30
0,634
Graf pro určení expanzního součinitele clonky
Naměřené hodnoty:
Barometr:=
Psychrometr:=
=
č
U(t1)
U(t2)
U(t3)
U(tok)
tref
P
U(tref)
U0((p)
U((p)
mV
mV
mV
mV
°C
W
mV
mV
mV
1
2
3
4
L3: Ohřev proudu vlhkého vzduchu/


L4: Tepelná bilance výměníku tepla
Popis úlohy:
Základním dílem měřicího zařízení je tepelný výměník, vyrobený ze dvou souosých trubek. Vnitřní trubkou výměníku protéká teplejší proud vody, který je poháněn čerpadlem. Po průchodu výměníkem proud vytéká do sběrné nádoby, v níž jsou umístěna čtyři topná tělesa, každé o elektrickém výkonu 2,4 kW. Teplo, dodané těmito topnými tělesy, je odváděno jednak do okolí, jednak je předáváno studené vodě proudící vnější trubkou výměníku (mezikružím). Ta je přiváděna hadicemi přes přepouštěcí ventily, které můžeme nastavit tak, že vytvoříme souproudé, resp. protiproudé zapojení výměníku.
Souproudé zapojeníProtiproudé zapojení

Úkol 1:
Pro souproudé i protiproudé zapojení výměníku tepla změřte:
hmotnostní tok chlazené vody:
hmotnostní tok ohřívané vody:
teploty chlazené vody na levém a pravém konci výměníku:,
teploty ohřívané vody na levém a pravém konci výměníku:,
teplotu okolního vzduchu:
Poznámky:
Pro vyhodnocení tepelných bilancí jsou všechna vstupní i výstupní místa výměníku osazena teplotními čidly. Jedná se o plášťované termočlánky NiCr-NiAl o průměru 3, resp. 1 mm. Termočlánky jsou připojeny ke svorkovnici s elektrickými přepínači. Výstup ze svorkovnice je připojen k digitálnímu teploměru. Zapnutím příslušného přepínače se na displeji digitálního teploměru zobrazuje odpovídající teplotní údaj přímo ve stupních Celsia.
Hmotnostní toky obou proudů vody se určí na základě měření času potřebného k naplnění nádoby o známém objemu.
Úkol 2:
Pro souproudé i protiproudé zapojení výměníku tepla určete:
střední teplotní (logaritmický) rozdíl:
tepelný tok odcházející ve výměníku z chlazené vody:
tepelný tok přicházející ve výměníku do ohřívané vody:
Poznámky:
- Termodynamické a termofyzikální parametry vody v závislosti na její teplotě naleznete v příloze P[1].
Úkol 3:
Pro souproudé i protiproudé zapojení výměníku tepla určete tepelný tok mezi výměníkem a okolím.
Úkol 4:
Na základě provedeného měření se pokuste rozhodnout, zda je výhodnější souproudé či protiproudé zapojení měřeného výměníku.
Vypracovaný referát bude obsahovat:

schéma uspořádání měřicího zařízení
naměřené hodnoty
číselné dosazení do všech použitých vztahů
výsledky: úloha 1: 2x – 3 ,  EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 ,  EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 ,  EMBED Equation.3 ,  EMBED Equation.3
úloha 2: 2x –  EMBED Equation.3 ,  EMBED Equation.3 ,  EMBED Equation.3
úloha 3: 2x –  EMBED Equation.3
závěr:úloha 4
použitou literaturu
Doporučená literatura:
[1]Nožička J.: Základy termomechaniky. Vydavatelství ČVUT, Praha, 2004
[2]Nožička J.: Sdílení tepla. Vydavatelství ČVUT, Praha, 1998
Příloha P[1]: Fyzikální vlastnosti vody při tlaku 98,1 kPa, popř. při tlaku na mezi sytosti
t

cp

106 
106 
106 a
Pr
[°C]
[kg m-3]
[J kg-1 K-1]
[W m-1 K-1]
[Pa s]
[m2 s-1]
[m2 s-1]
[1]
0
999,8
4217,8
0,552
1793,7
1,7940
0,131
13,71
1
999,9
4214,2
0,555
1733,7
1,7339
0,132
13,17
2
999,9
4210,8
0,5581676,71,67680,13212,6631000,04207,70,5611622,41,62250,13312,1841000,04204,90,5631570,81,57080,13411,7351000,04202,30,5661521,61,52170,13511,306999,94199,90,5681474,81,47490,13510,907999,94197,70,5711430,21,43030,13610,528999,94195,70,5731387,71,38790,13710,159999,84193,90,5761347,11,34740,1379,8110999,74192,20,5781308,31,30870,1389,4911999,64190,70,5801271,31,27180,1399,1812999,54189,30,5821235,91,23650,1398,8913999,44188,00,5851202,11,20280,1408,6114999,34186,80,5871169,71,17060,1408,3515999,14185,80,5891138,71,13980,1418,1016999,04184,80,5911109,01,11020,1417,8617998,84184,00,5921080,61,08190,1427,6318998,64183,20,5941053,31,05470,1427,4119998,44182,50,5961027,11,02870,1437,2120998,24181,80,5981001,91,00370,1437,0121998,04181,30,600977,70,97970,1446,8222997,84180,70,601954,50,95660,1446,6423997,64180,30,603932,10,93440,1456,4624997,34179,90,605910,60,91300,1456,2925997,14179,50,606889,80,89240,1456,1326996,84179,20,608869,80,87260,1465,9827996,54179,00,609850,60,85350,1465,8328996,34178,70,611832,00,83510,1475,6929996,04178,50,613814,10,81740,1475,5530995,74178,40,614796,70,80020,1485,4231995,44178,30,615780,00,78370,1485,3032995,04178,20,617763,90,76770,1485,1733994,74178,10,618748,20,75220,1495,0634994,44178,10,620733,10,73730,1494,9435994,04178,10,621718,50,72280,1504,8336993,74178,10,623704,30,70880,1504,7337993,34178,10,624690,60,69530,1504,6238993,04178,20,625677,40,68220,1514,5339992,64178,30,627664,50,66950,1514,4340992,24178,40,628652,10,65720,1524,3441991,84178,50,629640,00,64530,1524,2542991,44178,70,631628,30,63370,1524,1643991,04178,80,632616,90,62250,1534,0844990,64179,00,633605,90,61160,1534,0045990,24179,20,635595,2
0,6011
0,153
3,92
46
989,8
4179,4
0,636
584,8
0,5909
0,154
3,84
47
989,3
4179,7
0,637
574,7
0,5809
0,154
3,77
48
988,9
4180,0
0,638
564,9
0,5713
0,154
3,70
49
988,5
4180,2
0,640
555,4
0,5619
0,155
3,63
50
988,0
4180,5
0,641
546,1
0,5528
0,155
3,56
t

cp

106 
106 
106 a
Pr
[°C]
[kg m-3]
[J kg-1 K-1]
[W m-1 K-1]
[Pa s]
[m2 s-1]
[m2 s-1]
[1]
51
987,6
4180,8
0,642
537,2
0,5439
0,156
3,50
52
987,1
4181,2
0,643
528,4
0,5353
0,156
3,43
53
986,6
4181,5
0,644
519,9
0,5269
0,156
3,37
54
986,2
4181,9
0,646
511,6
0,5188
0,157
3,31
55
985,7
4182,2
0,647
503,6
0,5109
0,157
3,26
56
985,2
4182,6
0,648
495,7
0,5032
0,157
3,20
57
984,7
4183,0
0,649
488,1
0,4956
0,158
3,15
58
984,3
4183,4
0,650
480,6
0,4883
0,158
3,09
59
983,8
4183,9
0,651
473,4
0,4812
0,158
3,04
60
983,3
4184,3
0,652
466,3
0,4743
0,158
2,99
61
982,8
4184,8
0,653
459,4
0,4675
0,159
2,94
62
982,3
4185,3
0,654
452,7
0,4609
0,159
2,90
63
981,7
4185,8
0,655
446,1
0,4544
0,159
2,85
64
981,2
4186,3
0,656
439,7
0,4482
0,160
2,81
65
980,7
4186,8
0,657
433,5
0,4420
0,160
2,76
66
980,2
4187,3
0,658
427,4
0,4360
0,160
2,72
67
979,6
4187,9
0,659
421,4
0,4302
0,161
2,68
68
979,1
4188,4
0,659
415,6
0,4245
0,161
2,64
69
978,5
4189,0
0,660
409,9
0,4189
0,161
2,60
70
978,0
4189,6
0,661
404,3
0,4134
0,161
2,56
71
977,4
4190,2
0,662
398,9
0,4081
0,162
2,52
72
976,8
4190,9
0,663
393,6
0,4029
0,162
2,49
73
976,3
4191,5
0,664
388,4
0,3978
0,162
2,45
74
975,7
4192,2
0,664
383,3
0,3928
0,162
2,42
75
975,1
4192,8
0,665
378,3
0,3880
0,163
2,38
76
974,5
4193,5
0,666
373,4
0,3832
0,163
2,35
77
973,9
4194,2
0,667
368,6
0,3785
0,163
2,32
78
973,3
4195,0
0,667
364,0
0,3740
0,163
2,29
79
972,6
4195,7
0,668
359,4
0,3695
0,164
2,26
80
972,0
4196,5
0,669
354,9
0,3652
0,164
2,23
81
971,4
4197,2
0,670
350,6
0,3609
0,164
2,20
82
970,7
4198,0
0,670
346,3
0,3567
0,164
2,17
83
970,0
4198,9
0,671
342,1
0,3527
0,165
2,14
84
969,4
4199,7
0,672
338,0
0,3487
0,165
2,11
85
968,7
4200,6
0,672
334,0
0,3448
0,165
2,09
86
968,0
4201,4
0,673
330,1
0,3410
0,166
2,06
87
967,3
4202,3
0,674
326,2
0,3373
0,166
2,03
88
966,7
4203,3
0,675
322,5
0,3336
0,166
2,01
89
966,0
4204,2
0,675
318,8
0,3300
0,166
1,98
90
965,3
4205,2
0,676
315,2
0,3266
0,167
1,96
91
964,6
4206,2
0,677
311,7
0,3231
0,167
1,94
92
963,9
4207,2
0,677
308,2
0,3198
0,167
1,91
93
963,2
4208,2
0,678
304,8
0,3165
0,167
1,89
94
962,5
4209,3
0,679
301,5
0,3132
0,168
1,87
95
961,8
4210,4
0,679
298,2
0,3101
0,168
1,85
96
961,1
4211,5
0,680
295,0
0,3069
0,168
1,83
97
960,4
4212,6
0,681
291,8
0,3038
0,168
1,81
98
959,7
4213,7
0,681
288,6
0,3007
0,168
1,79
99
959,0
4214,9
0,682
285,4
0,2976
0,169
1,77
100
958,4
4216,1
0,682
282,3
0,2945
0,169
1,75

L4: Tepelná bilance výměníku tepla/