Дәріс№6. Сығымдағыш машинамен сығу процесі.

Сығымдағыш – газ тәрізді денелерді сығуға арналған жұмыстық машина. Сығымдағыш жетегінде жұмсалатын механикалық энергия, сығылған газдың потенциалды энергиясына өзгереді және жартылай жылуға айналады. Піспекті сығымдағыштағы энергияның мұндай түрленуі, тікелей қозғалтқыштың газға тигізетін әсерімен жасалынады. Турбосығымдағышта (қалақшалы машиналар) механикалық жұмыстың қалақшаны айналдыруға жұмсалуымен, газ ағынына кинетикалық энергияны береді де, ол одан әрі қарай потенциалды энергияға түрленеді (қысым энергиясы). Сығымдағыштардың қозғалуын сыртқы жұмысшы энергия көзімен жүргізеді.

Теориялы индикаторлы диаграмманың бір цилиндрлі поршенді сығымдағышын қарастырайық. Сығымдағыш цилиндрінің барлық көлемі болады да оны басында жұмысшы көлемі деп қабылдаймыз, яғни сығымдағыштың зиянды көлемі болмайды; сығылатын орта – ауа.

1-сурет. PV-диаграммалағы бірсатылы піспекті сығымдағыштың процестері және сүлбесі. а)әртүрлі процестер кезіндегі жұмысы, б) сығымдағыштың сүлбесі.

Цилиндрдегі піспектің 1 оңға қарай қозғалысы кезінде, автоматты әрекетті тиектен 3, тұрақты қысым Р₁ арқылы ауа (1-сурет) сорылады. Ары қарай, поршеннің кері жүрісі кезінде берілген қысымға Р₂ дейін, цилиндр 2 (1-2 сызықта) жабық тиекке ауа сығылады. Бұдан кейін айдаушы тиек 4 арқылы сығылған ауа тұрақты қысыммен Р₂ резервуарға айдалады (2-3 сызық).

Сығылуға жұмсалған техникалық жұмысшы аудан 1234 көрсетілгендей, ол қайтымды политропты сығылу жағдайына арналғандағы жалпы түрі былай жазылады.

Идеальды біратомды газ қарапайым термодинамикалық жүйе болып табылады және оның ішкі энергиясын оңай шешуге болады.

Идеальды біратомды газ молекуласын біз олардың әсерлесуін ескермеуге болатын материалды нүкте деп қарастырамыз. Өзара әсерлесу күшінің болмауы молекулалық әсерлесудің потенциалдық энергиясының тұрақтылығын айқындайды. Тыныштық энергиясы қосындысы молекуланың өзінде тұрақты, немесе молекуланың өзі жылулық процесс кезінде өзгермейді.

Идеальды біратомды газдың ішкі энергиясы молекуланың ілгерілемелі қозғалысының кинетикалық энергиясы қосындысына және қандай да бір тұрақты шаманың қосындысына тең.

Термодинамикада ішкі энергияны U – мен белгілеу қалыптасқан:

(1)

мұндағы жеке молекулалардың ілгерілемелі қозғалысының кинетикалық энергиясы. Молекуланың орташа кинетикалық энергиясы , ал, , екенін ескере отырып, алатынымыз:

(2)

мұндағы N — газдағы молекуланың жалпы саны.

(2) – ден идеал газдың ішкі энергиясы оның абсолютті температурасымен толығымен анықталады. Ол осы температурадағы күйге газдың қандай процеспен келгеніне тәуелді емес.

Идеал газдың Т_х температуралы күйден Т₂ температуралы күйге өтуі кезінде ішкі энергиясының өзгерісі тек оның бастапқы және соңғы күйімен ғана анықталады, бірақ біріншіден екінші күйге газдың өтуі көмегімен жүретін процесс сипатынан тәуелді емес:

(3)

Идеалды газдың ұлғаюы кезіндегі жасалатын жұмыс.

Қозғалмалы поршенмен жабылған цилиндр идеал газбен толтырылсын. (2 - сурет). өте аз қашықтыққа поршеньді жылжытып отырсақ, онда элементарлы жұмысы жасалады. Қысымның анықталуынан: F=pS; газ көлемінің өте аз өзгерісі болады, онда элементарлы жұмыс: .

2 - сурет. Идеалды газдың ұлғаюы кезіндегі жасалатын жұмыс.

Газдың ұлғаюы кезінде ол сыртқы күшке қарама-қарсы оң жұмыс жасайды ( ). Газды сығу кезінде жұмыс теріс, сондықтан ; оны газдың сығатын сыртқы күш жасайды.

соңғы шамасына дейін газдың өзгерісі кезінде жасалатын жұмыс келесідей болады. Көлемңің толық өзгерісін көлем элементіне бөлеміз. Қысымның жеке бөліктегі мәнін есептеп шығарамыз:

, , …,

Онда толық жұмыс:

Көлемнің таңдалған AV элементі неғұрлым аз болған сайын ізделіп отырған жұмыстың сандық есептеулері соғұрлым дәлірек болады.

Жұмыс графикалық түрде төменнен абсцисса осімен ал жоғарыдан қысым графигімен, сол және оң жақтан шеткі ординатамен шектелген қисық сызықты трапеция ауданымен көрсетілген. (3 - сурет).

3 - сурет.

Халықаралық бірліктер жүйесінде [р]=н/м²; және [А]=дж.

Практикада қысым техникалық немес қалыпты атмосферада, ал көлем – литрде көрсетіледі.