4. Расчетные формулы и расчеты

1. Атмосферное давление (Па) с учетом температурного расширения столбика ртути барометра:

.

2. Перепад давления (Па) воздуха в воздухомере:

.

Здесь g=9,81 м/с² – ускорение свободного падения; Н - показание вакуумметра (в «горле») воздухомера, мм вод. ст.

3. Плотность воздуха (кг/м³) по состоянию в «горле» воздухомера:

,

где R – характеристическая газовая постоянная воздуха, равная 287 Дж/кг.

4. Расход воздуха (кг/с):

,

где - коэффициент расхода.

5. Абсолютное давление (Па) в сечении на выходе из компрессора (на входе в горизонтальную трубу):

.

6. Плотность воздуха (кг/м³) на выходе из компрессора (на входе в горизонтальную трубу):

,

где t_2а - температура воздуха (°С) на выходе из компрессора (на входе в горизонтальную трубу) в сечении IIа.

7. Плотность воздуха (кг/м³) на выходе из трубы:

,

где p₂=p_атм, t₂ - температура воздуха (°С) на выходе из трубы, в сечении II).

8. Энтальпия воздуха (кДж/кг) в сечениях I, IIa и II:

,

где с_р - теплоемкость воздуха при постоянном давлении. Может быть принята не зависящей от температуры и равной 1,006 кДж/(кг∙°С); t_j - температура в рассматриваемом сечении, °С; j - индекс рассматриваемого сечения (I, IIa или II).

9. Средняя скорость потока (м/с) в сечениях IIa и II:

,

где F =0,00135 м² - площадь проходного сечения для потока воздуха, одинаковая для сечений IIa и II; ρ_j - плотность воздуха в рассматриваемом сечении, кг/м³; j - индекс рассматриваемого сечения (IIa или II).

Скорость потока воздуха в сечении I (на входе в воздухомер из окружающей среды) должна быть принята равной нулю, W₁ = 0.

10. Изменение потенциальной энергии (кДж/кг) на участке I-IIа:

.

Так как в данной работе Z_2а – Z₁ = 0,4 м, то ∆Э_пот = 0,0039 кДж/кг одинаково для всех опытов и сравнительно мало. Следовательно, этим слагаемым в уравнении (1) можно пренебречь.

11. Работа электрического тока l_э1 на I-м участке (подсистеме), кДж/кг:

.

Здесь I_к - сила тока, потребляемая электродвигателем компрессора, А; U_к - напряжение, подаваемое на электродвигатель компрессора, В.

12. Работа электрического тока l_э2 на II-м участке (подсистеме):

, .

Здесь I_н – сила тока, потребляемая на нагрев трубы, А; U_н – напряжение, подаваемое на нагрев трубы, В.

Результаты расчетов записываются в табл. 2.

Пояснения к расчетам некоторых величин в табл. 2 (все в кДж/кг):

;

;

;

;

;

;

.

Таблица 2. Результаты расчетов

№  п/п	Измеряемая величина	Обозначение	Единицы измерения	Номера опытов
				1	2	3	4	5	6
1	Атмосферное давление	pатм	Па
2	Перепад давления воздуха в воздухомере	Δp	Па	4041,72	4022,10	4031,91	5513,22	7592,94	9084,06
3	Плотность воздуха по состоянию в горле воздухомера	ρв	кг/м3	1,1379	1,1382	1,1380	1,1202	1,0953	1,0774
4	Расход воздуха	G	кг/с	0,0356	0,0355	0,0355	0,0412	0,0478	0,0519
5	Плотность воздуха в сечении IIа	ρ2a	кг/м3	1,2625	1,2626	1,2627	1,2525	1,2287	1,2128
6	Средняя скорость потока в сечении IIа	W2a	м/с	20,941	20,882	20,882	25,750	29,875	32,437
7	Плотность воздуха при выходе из трубы (сечение II)	ρ2	кг/м3	1,0776	1,0494	1,0100	1,0937	1,1267	1,1469
8	Средняя скорость потока при выходе из трубы (сечении II)	W2	м/с	25,428	25,357	27,308	29,428	31,867	34,600
9	Работа электрического тока на 1-м участке (подсистеме)	lэ1	кДж/кг	31,550	31,711	31,696	22,856	13,313	7,891
10	Изменение энтальпии потока на 1-м участке (подсистеме)	Δh1	кДж/кг	30,9848	30,8842	30,9848	22,3332	12,7762	7,3438
11	Изменение кинетич. энергии потока на 1-м участке	ΔЭкин1	кДж/кг	0,2192	0,2180	0,2180	0,3315	0,4462	0,5260
12	Количество теплоты, отдаваемое на 1-м участке в окружающую среду	qн1	кДж/кг	0,3460	0,6088	0,4932	0,1913	0,0906	0,0212
13	Работа электрического тока на 2-м участке (подсистеме)	lэ2	кДж/кг	0,525	10,648	25,768	4,078	3,515	3,237
14	Изменение энтальпии потока на 2-м участке (подсистеме)	Δh2	кДж/кг	-1,5090	7,2432	20,0194	2,4144	2,7162	2,7162
15	Изменение кинетической энергии потока на 2-м участке	ΔЭкин2	кДж/кг	0,0022	0,0022	0,0022	0,0018	0,0009	0,0010
16	Количество теплоты, отдаваемое на 2-м участке в окружающую среду	qн2	кДж/кг	2,0318	3,4026	5,7454	1,6618	0,7979	0,5198
17	Общее количество тепла, отдаваемое в окружающую среду ТД системой	qн	кДж/кг	2,3778	4,0114	6,2386	1,8531	0,8885	0,5410