1 семестр ФЭЛ / лаба10 / оаооаоаао

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА В ГАЗАХ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение явлений переноса в газе. Определение коэффициентов диффузии и вязкости воздуха, длины свободного пробега и эффективного диаметра его молекул.

Схема установки:

1) Сосуд с газом.

2) Сосуд, заполненный водой и соединённый с 1.

3) U-образный манометр (1 мм вод. ст. ≈ 10 Па).

4) Кран, соединяющий сосуд с атмосферой через 5.

5) Узкая трубка.

6) Шкала уровня жидкости в сосуде 1.

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ:

1) Сила трения между слоями газа

– коэффициент внутреннего трения, v – скорость отдельных слоёв газа, dv/dz – градиент скорости слоёв газа в направлении, перпендикулярном к поверхности, разделяющей слои, S – площадь соприкасающихся слоёв.

2) Коэффициент вязкости

– объём вытекающего газа из трубки за , a – радиус трубки, l – длинна трубки, – разность давлений на концах трубки.

3) Средняя длина свободного пробега

d – газокинетический или эффективный диаметр молекул; n – концентрация молекул газа.

4) Коэффициент диффузии

; ;

5) Средняя скорость теплового движения молекул

– молярная масса газа.

6 ) Скорость течения слоёв газа

Вблизи стенок трубки при r = a градиент скорости равен

Учитывая, что сила трения газа о стенки цилиндрической трубки

площадь боковой поверхности трубки, уравновешивает внешнюю силу, действующую на газ в трубке , где – площадь сечения трубки, получим выражение для средней скорости слоев газа:

Обработка результатов.

1. Рассчитаем вязкость воздуха с P = 95%

Па*с

Па*с

Па*с

Па*с

Па*с

Упорядочим:

2,24

3,42

3,44

3,56

4

Среднее значение:

3,32* 10^-6Па*с

СКО:

S_n= *10^-6Па*с

Проверка на промахи:

= 2,16*10^-6 Па*с

Промахов нет

Па*с

Δ =t_p,n* при P=95%, N=5, t_p,n=2,8.

Δ =2,8*0,31= Па*с

Па*с

= Па*с

Па*с

2) Вычислим коэффициент диффузии воздуха D= с P = 95%

Па*с

Па*с

3) Оценим длину свободного пробега и газокинетический диаметр молекул воздуха.

, где = 29*10^-3 кг/моль

м

4) Рассчитаем теплопроводность воздуха

k=c_v*η, где c_v=iR/2µ i = 5

k

5) Проверка о допущении стационарности течения газа и отсутствия турбулентности.

– движение ламинарное (без завихрений)

6,2*10^-6 м³

м

– движение ламинарное (без завихрений)

=5,58*10^-3 (м)

Вывод: изучая явления переноса газа мы выявили длину свободного пробега 21,5 нм, эффективный диаметр молекул по расчётам получился больше нормального, вероятно это связано с наличием водяных паров или частиц пыли в исследуемом газе. Также теплопроводность газа получилась меньше табличного значения. Допущения о стационарности и ламинарности течения газа были верны.

Вопросы.

Вопрос №39: Дайте определение показателя политропы. Чему он равен в различных изопроцессах?

Политропа - кривая на термодинамических диаграммах, изображающая политропный процесс.

Изобарный процесс (протекающий при постоянном давлении):

Изотермический процесс (протекающий при постоянной температуре):

Адиабатический процесс:

, где .

Изохорный процесс (протекающий при постоянном объёме):

Вопрос №16: Какой цикл называют обратимым циклом Карно? Из каких процессов он состоит?

Цикл Карно - это идеальный круговой процесс, состоящий из двух адиабатных и двух изотермических процессов. В процессе Карно термодинамическая система выполняет механическую работу за счёт обмена теплотой с двумя тепловыми резервуарами, имеющими постоянные, но различающиеся температуры. Резервуар с более высокой температурой называется нагревателем, а с более низкой температурой — холодильником.