Лабораторна робота N 2 "Визначення показника

політропи при розширенні повітря"

Вступ

Термодинамічні процеси, що відбуваються в теплоенергетичних установках, можуть протікати при сталому об`ємі (ізохорні), при сталому тиску (ізобарні), при сталій температурі (ізотермічні). Такі процеси завжди супроводжуються теплообміном між робочим тілом та навколишнім середовищем.

При взаємодії робочого тіла з навколишнім середовищем без теплообміну протікає адіабатний (ізоентропний) процес.

В перелічених термодинамічних процесах один з параметрів робочого

тіла є величина стала. Якщо в термодинамічному процесі, який протікає при сталій теплоємності, змінюються всі параметри стану, процес зветься політропним.

Рівняння політропного процесу:

pVⁿ = const, (2.1)

де p - абсолютний тиск, Па;

V - об`єм робочого тіла, м³.

Співвідношення параметрів стану на початку і в кінці політропного процесу має вигляд:

p₁Vⁿ₁ = p₂Vⁿ₂ (2.2а)

або

p₂/p₁ = (V₁ /V₂)ⁿ. (2.2б)

Показник політропи n можна обчислити після логарифмування з рівняння (2.2б):

. (2.3)

Вимір об`ємів V₂ та V₁ з достатньою точністю є досить складна технічна задача. Тому в рівнянні (2.3) співвідношення V₁/V₂ доцільно замінити на співвідношення таких параметрів, вимір яких не викликає технічних труднощів. Одним з таких параметрів може бути тиск газу.

Рис. 2.1 Термодинамічні процеси зміни стану ідеального газу

Крива, яка відповідає рівнянню:

p₁V₁ = p₃V₃ = const (2.4)

та з`єднує точку 1, яка відповідає початковому стану робочого тіла, з точкою 3,

яка характеризує його стан наприкінці ізохорного процесу 2 -3, буде зображувати ізотермічне розширення.

З рівняння (2.4) витікає:

V₁/V₃ = p₃/p₁. (2.5)

З урахуванням того, що V₃ = V₂:

V₁/V₂ = p₃/p₁. (2.6)

Підставляючи (2.6) в (2.3), одержимо рівняння для розрахунку експериментального показника політропи при розширенні робочого тіла:

. (2.7)

Мета лабораторної роботи

Мета роботи - поглиблення знань про термодинамічні процеси зміни стану ідеальних газів, співвідношення між параметрами стану та енергетичними характеристиками в термодинамічних процесах, вивчення методики та способу визначення показника політропи.

Завдання лабораторної роботи

- експериментальне визначення показника політропи при розширенні повітря;

- аналіз причин відхилення визначеного показника політропи від показника адіабати для повітря.

Опис лабораторної установки

Схема лабораторної установки зображена на рис.2.2.

Рис.2.2 Схема лабораторної установки для визначення показника

політропи

Основним вузлом установки є сильфон 1, змонтований на підставці 2, який за допомогою гнучкого шланга 3 з`єднується з U - подібним манометром 4.

Зміна тиску в сильфоні 1 здійснюється зміною його об`єму за допомогою пристрою 5.

Відсіч повітря, що знаходиться в сильфоні 1, від атмосферного, а також зниження надлишкового тиску в сильфоні до барометричного виконується за допомогою крана 6.

Методика виконання роботи

Лабораторну роботу по визначенню показника політропи при розширенні повітря необхідно виконувати в такій послідовності:

1. Зафіксувати барометричний тиск повітря В.

2. При закритому крані 6 за допомогою пристрою 5 створити в сильфоні 1 початковий надлишковий тиск Dp₁ = 350...400 мм вод.ст.

Величина надлишкового тиску фіксується на U - подібному манометрі 4 при умові незмінності показу приладу протягом 1...2 хвилини.

3. Відкрити кран 6. Після зменшення тиску в сильфоні до атмосферного, про що свідчить рівновага водяних стовпів в U - подібному манометрі, закрити кран 6.

4. Після встановлення теплової рівноваги між повітрям в сильфоні та атмосферним, яка досягається надходженням тепла з атмосфери через металеві стінки сильфона, зареєструвати на манометрі 4 кінцевий надлишковий тиск Dp₃.

5. Дії по пунктах 2, 3, 4 виконати 2...3 рази для різних початкових значень Dp₁.

6. Результати вимірів занести в журнал спостережень.

Журнал спостережень

Обробка результатів спостережень

1. Визначити абсолютний тиск повітря в сильфоні р₁ на початку досліду:

р₁ = В + Dp₁. (2.8)

2. В кінці політропного процесу розширення тиск в сильфоні зрівнюється з атмосферним, тому:

р₂ = В. (2.9)

3. Визначити абсолютний тиск повітря в сильфоні після ізохорного

процесу 2 - 3, який супроводжується підвищенням температури повітря в сильфоні до температури навколишнього середовища та підвищенням тиску:

р₃ = В + Dp₃. (2.10)

4. Розраховані величини р₁, р₂, р₃ підставити в рівняння (2.6) і розрахувати показники політропи для всіх виконаних дослідів.

5. Для кожного досліду обчислити ступінь відхилення політропного процесу розширення повітря від адіабатного:

, (2.11)

де k - показник адіабати для повітря;

n - відповідний показник політропи.

Контрольні запитання

1. Привести визначення політропного, ізохорного, ізобарного, ізотермічного, адіабатного процесів зміни стану ідеальних газів.

2. Записати рівняння політропного та частинних термодинамічних процесів.

3. В яких межах може змінюватись показник політропи?

4. Формули для розрахунку показника політропи та теплоємності політропного процесу.

5. Зображення частинних термодинамічних процесів у pv - та Ts - координатах.

6. На що витрачається теплота, підведена до робочого тіла в ізохорному, ізобарному та ізотермічному процесах?

7. За рахунок чого виконується робота в адіабатному процесі?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: