МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(национальный исследовательский университет)

филиал «Восход»

Кафедра Б11 Сизов А.А.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ по курсу

«Термодинамика и теплопередача»

Часть 1 «Термодинамика»

Одобрено Ред. Советом

филиала «Восход» МАИ

протокол № __________

от «___» _______20__ г.

Байконур 2012 г.

Цель лабораторных работ:

Целью работ заключается в закрепление изложенного лекционного материала и отработанного в ходе выполнения практических занятий. Даны основные расчетные соотношения термодинамики. Приведённые теоретические лабораторные работы отражают основные разделы термодинамики.

Представлены материалы справочного характера.

Содержание

стр.

Введение ……………………………………………………..…………4

Условные обозначения ………………….………………….…….........5

Основные расчётные соотношения термодинамики..…………..……..6

Лабораторная работа № 1 ………………………………………………9

Лабораторная работа № 2 ……………………………………………..12

Лабораторная работа № 3 ……………………………………………..14

Приложение …………………………..……………………………… 17

Список литературы ……………………..………………………...….. 22

Введение

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Термодинамика и теплопередача» часть I «Термодинамика» составлены в полном соответствии с новой рабочей программой по общетехнической дисциплине «Термодинамика и теплопередача».

Приводимые лабораторные работы отражают связь теоретической части курса «Термодинамика и теплопередача» с ее прикладной частью в области ракетно-космической техники.

Условные обозначения

G, – масса (массовый расход или производительность), кг (кг/с) и количество вещества, кмоль;

V – объем (объемный расход или производительность), м³ (м³/с)

T, t – температура, К, ^оС;

Р – абсолютное давление, Па (МПа);

v,  – удельный объем, м³/кг и плотность, кг/м³;

– универсальная газовая постоянная, = 8314 Дж/(кмольК);

 – мольная масса, кг/кмоль;

z – коэффициент сжимаемости;

с_p(v)m , с_mp(v) – удельные массовые первая и вторая средние изобарная (p) и изохорная (v) теплоемкости, Дж/(кгК);

f – площадь проходного сечения сопла, м².

Индексы и символы

o – величины, приведенные к нормальным физическим условиям (н.у.) (Т_o = 273,15 К и Р_о = 0,1013 МПа);

– мольные величины;

1, 2 – индексы начала и конца процесса;

m – средняя величина;

i – компонент смеси;

кр – критические параметры;

 – разность величин;

^', ^'' – параметры однофазного жидкого и газообразного состояний вещества на линии насыщения.

Основные расчётные соотношения термодинамики

Удельные термодинамическая (ℓ_1,2) и потенциальная (_1,2) работы:

ℓ_1,2 = ; _1,2 = - , Дж/кг. (1)

Характеристическая газовая постоянная:

R = , Дж/(кгК). (2)

Уравнение состояния идеального газа:

для 1 кг - закон Клапейрона Pv = RT, (3)

для любого количества PV = GRT = T. (4)

Уравнения состояния реального газа:

Pv = z RT, (5)

где z = f( ,  = – приведенное давление,  = – приведенная температура;

уравнение Редлиха-Квонга:

, (6)

где коэффициенты , ;

уравнение Бертло:

, (7)

где коэффициенты , ;

модифицированное уравнение Бертло:

. (8)

Массовая (m_i) и мольная (r_i) концентрации смеси:

m_i = ; r_i = . (9)

Средняя мольная масса смеси:

_m = = . (10)

Удельные массовая (с_pm) и молярная ( ) теплоемкости смеси:

c_pm = ; = . (11)

Псевдокритические температура (T_пкр) и давление (Р_пкр) смеси:

T_пкр = ; Р_пкр = . (12)

Первое начало термодинамики по балансу рабочего тела для 1 кг простого тела:

q_1,2 = u_1,2 + ℓ_1,2 = h_1,2 + _1,2 . (13)

Удельная энтальпия простого тела:

h = u + Pv. (14)

Изменение внутренней энергии и энтальпии 1 кг идеального газа:

u_1,2 = c_vm(T₂ - T₁) ; h_1,2 = c_рm(T₂ - T₁). (15)

Первое начало термодинамики по балансу рабочего тела для 1 кг идеального газа:

q_1,2 = c_vm(T₂ - T₁) + ℓ_1,2 = c_pm(T₂ - T₁) + _1,2 . (16)

Закон Майера:

c_pm - c_vm = R , . (17)

Показатель адиабаты идеального газа:

k = = . (18)

Изменение удельной энтропии идеального газа:

s_1,2 = . (19)

Уравнение политропы с постоянным показателем:

Pvⁿ = idem ; P₁  = P₂  . (20)

Постоянный показатель политропы:

n = = = . (21)

Характеристика расширения или сжатия:

_1,2 = = = , для идеального газа _1,2 = . (22)

Удельные термодинамическая (ℓ_1,2) и потенциальная (_1,2) работы в политропном процессе:

ℓ_1,2 = ; _1,2 = . (23)

Удельный термодинамический теплообмен в политропном процессе:

q_1,2 = , (24)

для идеального газа показатель изоэнергетического процесса n_u = 1.

Удельные термодинамическая (ℓ_1,2) и потенциальная (_1,2) работы в процессах:

- изопотенциальном ℓ_1,2 = _1,2 = Pv = Pv ; (25)

- изобарном ℓ_1,2 = P(v₂ – v₁); _1,2 = 0 ; (26)

- изохорном ℓ_1,2 = 0 ; _1,2 = v(P₁ – P₂). (27)

Теоретическая мощность компрессора:

N_к = G|_1,2|. (28)

КПД термодинамического цикла:

 _t = = = , (29)

где ℓ_ц – работа цикла, q₁ и q₂ – количество подведенной и отведенной теплоты, T_m1 и T_m2 – средние абсолютные температуры рабочего тела в процессах подвода и отвода теплоты.

Теоретическая линейная скорость истечения газов на выходе из сопла:

c₂ = = . (30)

Массовый расход газа при истечении через сопло:

G = c f . (31)

Характеристики критического режима истечения:

_кр = = ; _кр = . (32)

Теоретические линейная (c_кр) и массовая (u_кр) скорости критического режима истечения:

c_кр = ; u_кр = _кр . (33)

Степень сухости пара:

x = = . (34)

Параметры (v, u, h, s) влажного насыщенного пара:

v = (1 - x)v^' + xv^''. (35)

Термический КПД цикла Ренкина с перегретым паром:

=  , (36)

где h₁ , h₂ – энтальпия водяного пара на входе и выходе из турбины; – энтальпия конденсата.