4. Расчетные формулы и расчеты

1. Атмосферное давление (p_атм, бар) находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле:

Таблица 1

Протокол наблюдений

№ п/п	Измеряемая величина	Обозна- чение	Единицы измерен.	Номера опытов
				1	2	3	4	5	6
1	Температура воздуха при входе в воздухомер (сечение 11)	t1	°С	15	15	15	15	15	15
2	Температура воздуха при входе в трубу (сечение 2a2a)	t2а	°С	22,57	24,75	27,73	32,33	41,54	79,96
3	Температура воздуха при выходе из трубы (сечение 22)	t2	°С	38,03	36,19	36,01	38,16	45,36	81,22
4	Показания вакуумметра («горло» воздухомера)	Н	мм вод.ст.	47	92	182	359	709	1400
5	Показания пьезометра (после компрессора)	Нн	мм вод.ст.	294	458	713	1112	1732	2700
6	Напряжение и сила тока, потребляемого компрессором	Uк	В	220,7	220,9	220,8	220,9	220,2	220,1
		Iк	А	0,44	0,78	1,42	2,68	5,65	18,44
7	Напряжение и сила тока, потребляемого на нагрев трубы	Uн	В	1,52	1,52	1,52	1,52	1,52	1,52
		Iн	А	177,36	177,36	177,36	177,36	177,36	177,36
8	Показания барометра	B	мбар	981	981	981	981	981	981
9	Температура окружающей среды	tокр	°С	15	15	15	15	15	15

2. Перепад давления (Δp, Па) воздуха в воздухомере:

где м/с²  ускорение свободного падения; H  показания вакуумметра («горло») воздухомера в мм вод. ст.

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

где Дж/(кгК) – газовая постоянная воздуха; К  коэффициент пересчёта температуры из градусов С в градусы К.

4. Расход воздуха (G, кг/с):

5. Плотность воздуха (_2а, кг/м³) на выходе из компрессора и на входе в горизонтальную трубу:

где t_2a  температура воздуха на выходе из компрессора и на входе в горизонтальную трубу (сечение 2а), С; Н_н  показание пьезометра (после компрессора), в мм вод. ст.

6. Плотность воздуха (ρ₂, кг/м³) на выходе из трубы:

где t₂ – температура воздуха на выходе из трубы (сечение 2), С.

7. Значение энтальпии воздуха (h_i, кДж/кг) в сечениях 1, 2a и 2 определяется по общему уравнению:

где с_р = 1,006 кДж/(кг·°С) – теплоемкость воздуха при постоянном давлении, которая может быть принята не зависящей от температуры; t_i – температура в рассматриваемом сечении, °С; i – индекс рассматриваемого сечения (1, 2a и 2).

8. Средняя скорость потока w_i в сечениях 2a и 2 определяется по общему уравнению

где F = 1,35·10^3 м² – площадь проходного сечения для потока воздуха, одинаковая для сечений 2a и 2; ρ_i – плотность воздуха в рассматриваемом сечении, кг/м³; i индекс рассматриваемого сечения (2a и 2).

Скорость потока воздуха в сечении 1 (на входе в воздухомер из окружающей среды) должна быть принята равной w₁ = 0.

9. Изменение потенциальной энергии на участке 1 − 2а:

Так как в данной работе (Z_2а – Z₁) = 0,9 м, то ΔW_пот = 0,009 кДж/кг одинаково для всех опытов.

10. Работа электрического тока (l_э1, кДж/кг) на 1-ом участке (подсистеме):

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

11. Теплота, передаваемая от электрического тока (q_э2, кДж/кг) на 2-ом участке (подсистеме):

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

12. Мощность, потребляемая на нагрев трубы в Вт:

13. Пояснения к расчетам некоторых величин при заполнении таблицы результатов расчетов (таблицы 2):

Таблица 2