8

БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. Д.Ф. Устинова

_______________________________________________________________

Кафедра К1

Лабораторная работа № 3

Исследование термодинамических параметров

и характеристик при сжатии рабочего тела.

Методические указания

	Составили:
	доц. Шевчук В.Т.
	ст. пр. Мартемьянов Р.В.

С. Петербург

1. Цель работы.

Целью работы является измерение термодинамических параметров при сжатии рабочего тела ( воздуха ) в цилиндре, определение показателя процесса по результатам измерений при различных условиях сжатия.

2. Краткая теория работы.

Реальный процесс сжатия в установке является неравновесным, так как сжатие осуществляется при конечных скоростях движения поршня, при этом происходит теплообмен между газом и окружающей средой.

Обобщающим по отношению к изобарному, протекающему при постоянном давлении в термодинамической системе, изохорному - постоянен объем системы, адиабатическому - нет теплообмена с внешней средой, равновесным процессам является политропный процесс, в котором доля тепла, идущая на изменение внутренней энергии постоянна.

Уравнение процесса:

,

где P [Па] - абсолютное давление рабочего тела;

V [м²/кг] - удельный объем;

n - показатель политропы процесса:

,

где с, с_p, c_v - теплоемкость рабочего тела в политропном, изобарном и изохорном процессах соответственно.

Для частных случаев показатель процесса равен:

1. n =  для изохорного процесса;

2. n = 0 для изобарного процесса;

3. n = 1 для изотермического процесса;

4. для адиабатического процесса.

В общем случае n может принимать любые значения в диапазоне -  n  + в зависимости от условий взаимодействия термодинамической системы с внешней средой.

Зная величину n можно провести анализ характера взаимодействия - выяснить имеет ли место подвод q>0 или отвод q<0 тепла, увеличивается U>0 или уменьшается U<0 внутренняя энергия рабочего тела, выяснить совершает ли система работу над окружающей средой l>0, dV>0 или окружающая среда совершает работу над системой l<0, dV<0.

Так, например, для процессов сжатия l<0:

1. При n<1 - теплота отводится q<0, внутренняя энергия уменьшается, газ охлаждается U<0, dT<0;

2. При 1<n<k - теплота отводится q<0, внутренняя энергия увеличивается U>0;

3. При n>k - теплота подводится q>0, внутренняя энергия увеличивается U>0.

Соотношение между параметрами в политропном процессе ( например в начале и в конце процесса ):

,

.

Зная показатель процесса n, среднюю удельную изохорную теплоемкость рабочего тела, параметры в начале и в конце процесса, можно рассчитать изменение внутренней энергии, теплоту и работу процесса:

[Дж/кг];

[Дж/кг];

[Дж/кг].

Если n=1:

;

[Дж/кг].

Для воздуха с_v = 716 Дж/кг/К, R = 287 Дж/кг/к, к=1.4 .

Если известны параметры в двух состояниях системы, то показатель политропы можно определить по уравнению:

.

3. Описание установки.

Схема установки представлена на рис. 1.

Воздух сжимается в цилиндре (1) поршнем (2). Перемещение поршня осуществляется кулачком (3), расположенным на выходном валу планетарного редуктора (4). Кулачок спрофилирован так, чтобы в нескольких положениях производилась остановка поршня; в это время производятся измерения давления в подпоршневом объеме механическим манометром (5) и температуры термопарой (6). Регистрация величины термоЭДС производится цифровым вольтметром (7). Вращение редуктора осуществляется от электродвигателя (8) через клиноременную передачу, передаточное отношение, которой может изменяться. Для напуска воздуха в подпоршневой объем служит кран (9). Измерения температуры и давления окружающей среды производятся ртутным термометром и барометром.