Учебное пособие 19

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Дать определение удельной теплоемкости.

2.Определение массовой, объемной и мольной теплоемкости. Взаимосвязь между ними.

3.В каких единицах измеряются теплоемкости.

4.Что такое истинная теплоемкость?

5.Дать определение средней теплоемкости. Дать графическое представление в координатах q-t?

6.Написать уравнение количества теплоты через среднюю теплоемкость?

7.Чем отличаются теплоемкости идеальных и реальных газов?

8.Что такое теплоемкость при постоянном объеме и теплоемкость при постоянном давлении?

9.Почему теплоемкость газа при постоянном давлении всегда больше теплоемкости при постоянном объеме?

10.Объяснить смысл всех величин, входящих в уравнение Майера?

11.Объяснить величину k. Как она определяется?

12.Напишите уравнение теплоемкости в дифференциальной форме?

9

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТЕЧЕНИЯ ГАЗА ИЗ ДОЗВУКОВОГО СОПЛА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы – изучение термодинамики процесса адиабатного истечения газа из дозвукового сопла и определение его энергетических и расходных характеристик.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Дозвуковое сопло представляет собой канал, суживающийся в направлении движения потока и предназначенный для увеличения его скорости.

Ускорение потока сопровождается понижением его давления Р от начального Р1 до конечного Р2, равного давлению среды РС, в которую происходит истечение потока. Чем ниже давление РС, тем больше скорость газа w на выходе из сопла. Однако в дозвуковом сопле увеличение скорости w не может быть беспредельным, и ограничено значением местной скорости звука а.

Для обратимого (изоэнтропного, адиабатного) процесса

Температура потока T2S и скорость звука a2S при давлении P2S определяется из выражений:

В реальном адиабатном процессе истечения газа часть его кинематической энергии затрачивается на преодоление трения, обусловленного вязкостью газа, шероховатостью стенок канала, неравномерностью процесса истечения и т.д. Вследствие этого энтропия газа при его расширении возрастает, и действительная адиабата отклоняется вправо от изоэнтропы.

Допуская, что доля энергии газа, теряемая на трение, постоянна и равна (1 – ), уравнение процесса расширения запишем в виде

где R – газовая постоянная, Дж/кг К;

сР – удельная изобарная теплоемкость газа, кДж/кг К; i, – энтальпия и объем газа, кДж/кг, м3;

k – показатель адиабаты.

Интегрируя (2.6), получим уравнение, определяющее параметры газа на выходе из сопла

Наличие трения вызывает торможение потока. Поэтому его скорость g в реальном процессе расширения до давления

Р2 всегда будет меньше скорости , которую имел бы поток при его обратимом расширении до того же давления. Величинаg называется скоростным коэффициентом. Для хоро-

11

шо обработанных и спрофилированных сопл, имеющих достаточно гладкую поверхность, последний составляет 0,95 – 0,98.

Очевидно, что для увеличения скорости потока g до максимального значения a2g конечное давление расширения

P2g должно быть ниже значения P2s , определяемого по форму-

Если известно давление P2g , то из формулы (2.8) следует

2

Снижение массового расхода газа через сопло, обусловленное наличием трения, оценивается по величине коэффициента расхода

12

μg Gg Gs ,

где Gg ,Gs – расходы газа при обратимом и необратимом ис-

течении из сопла при постоянном перепаде давления Р2/Р1. При P2 = P2S расходы GS и Gg составят:

Используя уравнения (2.13) и (2.14) нетрудно установить зависимость между g и

k 1

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Схема установки для исследования процесса истечения газа представлена на рисунке.

ВН А С

G

Принципиальная схема установки

Воздух откачивается из системы вакуумным насосом ВН и поступает через газовый счетчик G к соплу C. Для устранения колебаний воздуха, создаваемых вакуумным насосом, в систему включена демпфирующая емкость A. Избыточное давление воздуха на входе и выходе из сопла и давление воз-

13

духа за соплом измеряется образцовыми вакуумметрами М1 и М2, М3 соответственно. В установке используется суживающее сопло с диаметром выходного сечения 0,92 мм. Атмосферное давление измеряется барометром-анероидом.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

Ознакомившись со схемой установки и ее элементами, переключателем "Сеть" включают вакуумный насос, при этом должна загореться контрольная лампочка. Дождавшись, когда показания вакуумметров перестанут изменяться, произвести запись их показаний табл.2.1. После этого выключают установку.

Таблица 2.1

Протокол наблюдений

1

2

3

где Рб – атмосферное давление, определяемое по барометруанероиду, Па.

2. Определяют давление P2g

3. По формулам (2.10), (2.12), (2.15) определяют значения показателей , и .

Результаты расчетов сводят в табл. 2.2.

14

Таблица 2.2

Протокол результатов

1

2

3

Таблица 2.3

Теплоемкость воздуха

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Уравнение первого закона термодинамики для потока.

2.Уравнение неразрывности для потока.

3.Что такое критический перепад давлений?

4.Уравнение для расчета скорости звука.

5.Характеристика реального и идеального процессов истечения.

6.Дать характеристику сопла Лаваля.

7.Какие каналы называются соплами и диффузорами?

8.Нарисовать процесс адиабатного истечения идеального газа в диаграммах T – s и I – s.

9.Нарисовать процесс адиабатического истечения реального газа в диаграммах T – s и I – s.

15

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Исаченко В.П. Теплопередача /. В.П. Исаченко, В.А. Осипова В.А., А.С. Сукомел. М., 1981

2 Кириллин В.А. Техническая термодинамика: учебник / В.А. Кириллин, В.В. Сычев, А.Е. Шейндлин. 4-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1983. 416 с.

3Зубарев В.Н. Практикум по технической термодинамике: учеб. пособие / В.Н. Зубарев, А.А. Александров, В.С. Охотин. 3-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1986. 304 с.

4Ривкин С.Л. Термодинамические свойства газов: справочник / С.Л. Ривкин. 4-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1987. 288 с.

16

17

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Термодинамика» для студентов

специальности 24.05.02 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» (специализация «Проектирование жидкостных ракетных

двигателей») очной формы обучения

Составитель Трошин Алексей Юрьевич

В авторской редакции

Подписано в печать 25.12.2017.

Формат 60х84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,3. Уч.-изд. л. 1,1. Тираж 34 экз. «С» 38.

Зак. № 247.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

394026 Воронеж, Московский просп., 14

Участок оперативной полиграфии издательства ВГТУ 394026 Воронеж, Московский просп., 14