2 Часа Исследование термодинамических процессов

Цель работы

Исследование влияния показателя политропы на характеристики состояния рабочего тела и энергетические результаты процессов.

Задачи работы

1 Изучить экспериментальный метод исследования политропных процессов.

2 Усвоить порядок расчета термодинамических процессов.

Обеспечивающие средства

Экспериментальная установка, порядок проведения измерений и обработки результатов опыта.

Требования к содержанию отчета

Результаты лабораторной работы представить в виде аналитического расчета и графических изображений процессов в р,  - и Т, s - диаграммах.

2.1 Порядок выполнения работы

Проведение процессов в экспериментальной установке предполагает изменение состояния воздуха в трубе (1). При заполнении трубы водой из водопроводной сети через вентиль 6 при запорных вентилях (5) и (7) происходит сжатие воздуха. При удалении воды из трубы (1) через вентиль (7) при закрытых вентилях (5), (6) происходит расширение сжатого воздуха. Скорость заполнения труб водой или удаление воды позволяет провести процессы различного характера. Так, медленная подача (удаление) воды (в течение 30 минут) позволяет провести процесс, близкий к изотермическому.

При исследовании процессов сжатия перед началом опыта при помощи вентиля (5) выравнивается давление воздуха внутри сосуда с окружающим. Опыт заканчивается при достижении избыточного давления 3-3,5 атм.

1 – вертикальная стальная труба (d = 20 см); 2 – водоуказательное стекло;

3 – термометр сопротивления; 4 – манометр; 5, 6, 7 – вентили;

8 – прибор 2ТРМ1

Рисунок 2 – Схема установки для исследования термодинамических процессов

При исследовании процессов расширения предварительно сжатого воздуха опыт заканчивается при достижении давления воздуха в трубе, близкого к атмосферному.

Перед началом, в конце и во время опыта при изменении высоты столба воздуха в трубе на каждые 15 см снимают показания всех приборов и заносят их в соответствующие графы таблицы 2.1.

Таблица 2.1 – Протокол результатов измерений

№	Показания манометра , кгс/см2	Показания прибора 2ТРМ1 t, C	Высота столба воздуха , м	Примечание

2.2 Обработка результатов исследований

Используя полученные в эксперименте данные, определяют абсолютное давление, температуру и объем воздуха в цилиндре для каждого измерения.

Из уравнения состояния находят массу воздуха в цилиндре

, (2.1)

где – газовая постоянная воздуха, кДж/(кг·К);

, (2.2)

где – молярная масса воздуха, равная 28,96 кг/моль.

Удельный объем воздуха , м³/кг, для каждого измерения определяется из соотношения

. (2.3)

Энтропия

, (2.4)

где – средняя массовая изобарная теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К), определяется по формуле

– определяется по температуре таблицы В.2.

– температура и давление при нормальных физических

условиях ( = 273 К; = 101,3 кПа).

Уравнение политропного процесса . Показатель политропного процесса n определяют по выражению

. (2.8)

Используя экспериментальные данные и найденный показатель политропы, проверяют справедливость соотношений

; (2.9)

Теплоту, участвующую в процессе, определяют по уравнению

, (2.10)

где – теплоемкость в политропном процессе:

, (2.11)

где – показатель адиабаты для воздуха, k=1,4.

Работу в процессе находят по уравнению

. (2.12)

Изменение внутренней энергии определяется по формуле

. (2.13)

По результатам расчетов заполняют таблицу 2.2. Проверяют справедливость 1-го закона термодинамики для условий опыта.

. (2.14)

В р, - и Т, s- координатах строят графики процессов.

Таблица 2.2 – Результаты расчетов

№	, кПа	, К	V, м3	, м3/кг	, кДж/(кгК)

2.3 Контрольные вопросы

1 Какие процессы называются политропными?

2 Назовите частные случаи политропных процессов.

3 Назовите приборы и способы определения основных характеристик состояния рабочего тела.

4 Изобразите графически частные случаи политропных процессов в р,  – и Т, s – координатах.

5 Как рассчитываются энергетические результаты процессов?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3