Материал: Шилов Лабораторный практикум курса обсчей физики Разделы 2012
4. Ручку регулировки скорости подачи воды насосом вращать плавно и без усилий. Перед выключением насоса ручку плавной регулировки перевести в крайнее положение против часовой стрелки (метка «0»).
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.Установите рукоятки регуляторов выходного напряжения источника питания циркуляционного насоса в нулевое положение.
2.Включите источник напряжения.
3.Увеличивая выходное напряжение источника (тем самым увеличивая скорость вращения циркуляционного насоса), установите первое рекомендованное значение расхода воды L. Рекомендованные значения приведены на лабораторном столе.
4.Включите лампу. Подождите, пока температуры Тн и Тк перестанут меняться.
5.Занесите в табл. 2.18.1 показание расходомера и значения температур на выходе и входе коллектора и температуру окружающей среды.
6.Используя полученные данные, из уравнения теплового баланса (2.18.4) получите выражение для облученности I, вычислите
еезначение и занесите это значение в табл. 2.18.1.
7.Повторите пп. 3–6 для всех значений расхода воды, рекомендованных в списке, находящемся на лабораторном столе.
8.Постройте график зависимости Тк = f(L). Пользуясь этим графиком, определите оптимальное значение расхода воды для нужд отопления и горячего водоснабжения для обеспечения нормативной температуры горячей воды в точке водоразбора не менее
+50 °С (СНиП-П-34-75).
Таблица 2.18.1
L, м3/с |
Tк, °С |
Tн, °С |
Tо.с, °С |
I, Вт/м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
186
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ
По результатам работы напишите краткое заключение, в котором укажите, что в данной работе изучалось, каким методом, какие получены результаты, как эти результаты соотносятся с результатами, приведенными в литературных источниках и справочных таблицах.
Табличныезначения
Плотность воды |
ρ = 1000 кг/м3 |
|
Теплоемкость воды |
с = 4200 Дж/кг |
|
|
|
|
Термическое сопротивление |
Rн = 0,13 м2 К/Вт |
|
приемной поверхности коллектора |
|
|
Коэффициент пропускания излучения |
τпов = 0,9 |
|
прозрачным покрытием |
||
|
||
|
|
|
Коэффициент поглощения приемной поверхностью |
α = 0,9 |
|
коллектора солнечного излучения |
||
|
||
|
|
|
Коэффициент перехода солнечной энергии |
kf = 0,85 |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Какими параметрами характеризуется работа солнечного коллектора?
2.Как определяется расход воды в солнечном коллекторе?
3.Как определяется температура воды на выходе из солнечного коллектора?
4.Как определяется облученность поверхности солнечного коллектора?
5.Как определяется необходимая тепловая мощность солнечного коллектора?
6.Чем обусловлены характеристики солнечного коллектора?
7.Как влияет расход воды на температуру воды на выходе из солнечного коллектора?
8.Как определяется необходимая площадь солнечного коллек-
тора?
187
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Твайделл Д., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии. М.: Энергоатомиздат, 1990.
Дополнительная
1.ГОСТ 28310–89 «Коллекторы солнечные. Общие технические условия» (утратил силу в РФ).
2.Тарнижевский Б.В. Оценка эффективности применения солнечного теплоснабжения в России // Теплоэнергетика. 1996. № 5.
С. 36−40.
3.Стребков Д.С. Роль солнечной энергии в энергетике будущего // Теплоэнергетика. 2006. № 3. С. 58−65.
4.Мальцева А.В. Концентраторы солнечного излучения в энер-
гетике // Энергия. 2005. № 7. С. 16−24.
5.Сравнительный анализ показателей конструкций солнечных коллекторов зарубежного и отечественного производства. Новые технические решения / О.С. Попель и др. // Теплоэнергетика. № 3.
С. 11–15.
6.СНиП П-34-75. Горячее водоснабжение. М.: Стройиздат, 1976.
188
Работа 2.19
ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Цель: изучение теплопроводящих свойств стекла, дерева и пенопласта; измерение коэффициентов теплопроводности этих материалов.
Оборудование: установка для измерения теплопроводности, пластины из стекла, дерева и пенопласта, четыре термопары, два цифровых термометра, секундомер.
ВВЕДЕНИЕ
Опыт показывает, что если поместить систему из нескольких тел, первоначально имеющих различные температуры, в замкнутую адиабатическую оболочку, т.е. изолировать их от внешних тел, то по прошествии некоторого времени все тела, входящие в систему, будут иметь одинаковую температуру и далее эта температура не будет меняться. Такое состояние системы называется состояни-
ем термодинамического равновесия, процесс выравнивания темпе-
ратуры в системе – релаксацией, а время, за которое он произой-
дет, – временем релаксации.
В случае если система является открытой, т.е. она находится в тепловом контакте с другими телами (не входящими в систему) и содержит в себе источники тепла, то в ней могут возникнуть состояния, в которых тела, ее составляющие, имеют различную температуру или одно и тоже тело имеет неоднородное по его объему распределение температуры. Если такое состояние не меняется со временем, т.е. температура каждого физически бесконечно малого объема системы остается постоянной, то принято говорить, что система находится в состоянии динамического равновесия. Подчеркнем, что установившееся динамическое равновесие исчезает, если рассматриваемую термодинамическую систему изолировать и удалить из нее источники тепла.
189
Пусть объем и форма тел, входящих в рассматриваемую термодинамическую систему, в ходе ее релаксации не меняется, тогда тела не совершают работы друг над другом, поэтому, согласно первому началу термодинамики, изменение их внутренней энергии (а следовательно, и изменение температуры) происходит только посредством обменом тепла, т.е. передачи энергии от одного тела к другому (или от одних частей одного тела к другим).
Перераспределение тепла между различными телами или между участками одного и того же тела без совершения работы называется теплопередачей. Существует три различных механизма теплопередачи (в зависимости от среды, находящейся между телами или частями тел, между которыми идет перераспределение энергии):
теплопроводность, конвекция и излучение.
Теплопроводность – процесс передачи энергии от одного участка тела к соседнему участку тела, от атомов, имеющих большую энергию, к атомам, имеющим меньшую энергию, в ходе столкновений (в жидкостях и газах) или в ходе их непосредственного взаимодействия в кристаллической решетке.
Вжидкостях и газах в случае неоднородного нагрева кроме обычной теплопроводности возможно возникновение макроскопических потоков, приводящих к перемешиванию жидкости или газа
ипоэтому к более быстрому (по сравнению с обычной теплопроводностью жидкости или газа) нагреву. Такой механизм теплопередачи называется конвекцией.
Кроме того, любое нагретое тело излучает и поглощает электромагнитные волны, которые взаимодействуют с другими телами, входящими в термодинамическую систему. Таким образом, даже тела, отделенные друг от друга вакуумной прослойкой, могут обмениваться энергией, испуская и поглощая электромагнитные волны, т.е. через излучение. Если температура тела – порядка комнатной, то оно излучает электромагнитные волны, в основном, в инфракрасном диапазоне. При больших температурах (порядка тысяч градусов) нагретое тело начинает светиться, т.е. испускать электромагнитные волны оптического диапазона.
Вкачестве основных величин, характеризующих передачу энергии от одного тела к другому (или от одного участка тела к другому), принято использовать поток теплоты и плотность потока теплоты.
190