Laboratorn_Roboti

2.6 Контрольні запитання

1.Що таке вимірювання?

2.Який існує зв’язок між вимірюваною величиною та її числовим значенням?

3.Як проводяться прямі та непрямі вимірювання?

4.Навести приклади прямих та непрямих вимірювання?

5.Які методи вимірювання використовуються при виконанні теплотехнічних замірів?

6.Як класифікуються методи вимірювань?

7.Що таке точність вимірювання?

8.Як класифікуються похибки вимірювання?

9.Що таке абсолютна похибка?

10.Що таке відносна похибка?

11.Що таке клас точності приладу?

12.Що таке температура і які існують температурні шкали?

13.Які існують типи термометрів?

14.Який принцип дії приладів для витмірювання температури?

15.Наведіть умови правильності вимірювання темпера-тури.

16.Що таке тиск? Наведіть основні одиниці тиску.

17.Які існують пристрої для вимірювання тиску? Який їх принцип дії.

18.Що таке витрата речовини? Наведіть одиниці вимірювання витрати речовини.

19.Наведіть засоби вимірювання витрати і розкажіть їх принцип дії.

20.Які умови точності вимірювання витрати?

21.Як визначається абсолютна середньоквадратична похибка вимірювання?

22.Як визначається середньоарифметичне значення вимірюваної величини?

23.Як визначається абсолютна похибка вимірювання?

24.Як визначається максимально можлива похибка вимірювання?

20

3 Лабораторна робота № 2

Дослідження термодинамічних процесів

3.1 Мета і задачі роботи

Мета - засвоєння та поглиблення теоретичного матеріалу з розділу „Термодинамічні процеси газів”.

Задачі:

–експериментальне визначення показника адіабати повітря;

–набуття навиків виконання теплотехнічного експерименту і обробки одержаних резулътатів;

–використання результатів експерименту в інженерних розрахунках.

3.2 Теоретичні положення

Процеси передачі, використання і перетворення енергії супровожується зміною стану тіл, що приймають участь в цих процесах.

Робота теплоенергетичних машин (теплових двигунів, компpecopів, холодильних машин, термотрансформаторів, тощо), теплоенергетичного і технологічного устаткування (парогенераторів, теплообмінників, абсорберів, печей, тощо) характеризується значною кількістю різноманітних термодинамiчниx процесів, переважну частину котрих можна з неістотною для виробництва похибкою розрахувати як відповідні політропні процеси.

Дуже часто процес нагрівання (охолодження) газу в закритому металевому резервуарі розраховують за формулами ізохорного процесу, тобто нехтують зміною об’єму газу в резервуарі. Це можливо тому, що для переважної більшості конструкційних металів та їх сплавів коефіцієнт лінійного

розширення коливається в межах (5…30) 10-6K-1. Наприклад, при зміні середньої температури стінок

резервуара з алюмінієвого сплаву ( = 30 10-6К-1)на 100 К об’єм в цьому резервуарі зміниться на 0.9%. Для більшості технічних розрахунків така похибка допустима.

Часто нехтують при розрахунках теплових процесів зміною тиску газів, пари та рідин в трубах і каналах

21

парогенераторів, теплообмінників, в камерах згоряння газових турбін, двигунів і такі процеси розраховують як ізобарні.

При стисканні газів в циліндрах поршневих машин, при розширенні робочого тіла в циліндрах двигунів внутрішнього згоряння, в газових турбінах, в соплах машин зміна стану газу відбувається так швидко, що в першому наближенні впливом теплообміну між газом і навколишнім середовищем можна знехтувати, тобто вважати ці процеси адіабатними.

Однією з важливих характеристик адіабатного процесу є показник адіабати k ( коефіцієнт Пуассона). Він визначається як відношення ізобарної теплоємності до ізохорної, тобто:

середня ізохорна, відповідно, питома (масова), об’ємна та мольна теплоємності.

Kpім розрахунку адіабатного процесу, значення показника адіабати використовується при розрахунках теплоємності та теплоти політропного процесу, теоретичної швидкості витікання газу, тощо.

Показник адіабати ідеальних газів залежить в основному від числа атомів в молекулі газу. Згідно молекулярнокінетичної тeopії газів k=1,67 для одноатомних газів (He, Ne, Ar, Kr, Xe, тощо), k=1,4 для двоатомних газів (H2, N2, CO, O2), k=1,3 для газів, молекули яких складаються з трьох і більше атомів (H2O, CO2, NH3,CH4, тощо).

ник адіабати зменшується із підвищенням температури.

3.2.1 Метод дослідного визначення показника адіабати

Найбільш поширені два способи дослідного визначення показника адіабати: метод Клемана-Дезорма; за швидкістю звуку в газі. В даній лабораторній роботі використовується перший спосіб.

Суть його полягає у здійсненні адіабатного розширення газу в посудині внаслідок швидкого випуску його частини з посудини. Показник адіабати визначається за значеннями параметрів стану газу в посудині на початку і в кінці розширення.

22

Нехай в балоні міститься газ при температурі t1, яка дорівнює температурі навколишнього середовища t0.

Тиск газу в балоні p1 більший тиску навколишнього середовища p0.

Якщо швидко відкрити кран, яким оснащений балон, з’єднавши його внутрішній об’єм з навколишнім середовищем на проміжок часу, достатній для того, щоб в балоні тиск

досягнув значення p , то внаслідок розширення газу його температура зменшиться до значення t2. При достатньо великій витраті газу через кран за короткий проміжок часу витікання газу з балону можна вважати адіабатним процесом.

Показник адіабати можна обчислити із співвідношень між

початковими (р1, v1, T1) і кінцевими (р2, v2, T2) параметрами стану газу в балоні (табл.2.1).

3.2.2 Діаграми стану та формули

Зручність та наочність аналізу термодинамічних процесів забезпечується їх зображенням на теомодинамічних діаграмах стану. На осях цих діаграм найчастіше відклдаються значення термічних параметрів стану (тиск p, температура Т, питомий об’єм v) і (або) калоричних параметрів стану (питома ентропія s, питома ентальпія h).

Дослідні процеси з газом в балоні зображенні в трьох системах координат на рис.2.1.

Розрахункову формулу для обчислення показника адіабати за відомими значеннями дослідних даних тисків p1, p2, p3 можна одержати на підставі таких міркувань.

Термодинамічна температура Т2 газу в балоні у стані, який зображений на рис.2.1 точкою 2, визначається із співвідношень між параметрами стану в абіабатному 1-2 та ізохорному 2-3 процесах.

В адіабатному процесі

23

собою. Тому навіть невеликі похибки при вимірюванні цих тисків можуть привести до істотної помилки при обчисленні значення k за формулою (2.4).

Якщо абсолютний тиск газу в балоні виразити у вигляді суми барометричного тиску Pб і надлишкового тиску Pм ,то

Функція ln(1+х) розкладається в степеневий ряд

ln(1 x) ( 1) z 1 x z z x x2 2 x3 3 x4 4 , (3.6)

z 1

Розкладаючи чисельник і знаменник у формулі (2.5) в ряд (2.6) і обмежуючиь тільки першим членом ряду, одержимо значення показника адіабати (першого наближення)

Якщо обмежитись першими двома членами ряду, то показник адіабати (другого наближення) визначиться за формулою:

24

Рисунок 3.1 – Термодинамічні діаграми процесів повітря в балоні

26

3.3 Опис лабораторної установки

Основним елементом лабораторної установки є балон Б1 (рис.3.1) з впускним і випускним трубопроводами. Через впускний трубопровід і кран ВН2 балон з’єднюється з нагнітальним патрубком компресора КМ1, а з допомогою випускного трубопроводу і крана ВН1 балон з’єднується з навколишнім середовищем (атмосферою).

Компресор КМ1 приводиться в дію від електродвигуна Д1, пуск якого здійснюється з допомогою вимикача Q2. Між вимикачем Q2 і робочим органом крана ВН2 існує механічний зв’язок: вимикач замикає електричне коло тільки при відкритому крані ВН1.

Підключення установки до електричної мережі здійснюється вимикачем Q1, при цьому засвічується лампочка

HL1.

Для вимірювання надлишкового тиску повітря в балоні використовується U-подібний рідинний манометр МН1.

3.4 Порядок виконання лабораторної роботи

Ознайомтесь з лабораторною установкою, розміщенням її основних елементів згідно принципової схеми (рис.3.1).

Занесіть в табл.3.2 значення температури t0 та тиску Pб навколишнього середовища, отримайте індивідуальне завдання.

Таблиця 3.2 - Результати вимірювань

Повідомте викладачеві послідовність виконання індивідуального завдання, після схвалення якого з дозволу викладача можете приступати до виконання роботи.

Установку вимикачем Q1 від’єднайте від мережі. Поворотом проти ходу годинникової стрілки відкрийте крани ВН1 та ВН2. Переконайтесь, що тиск повітря в балоні дорівнює барометричному Pб; z =0 (рис.3.2).

27

Б1 – балон; ВН1, ВН2 – крани; Д1 – електродвигун; КМ1 – компресор; МН1 – манометр; HL1, HL2 – лампочки;

Q1, Q2 – вимикачі

Рисунок 3.2 – Принципова схема лабораторної установки

28

Закрийте кран ВН1. Тиск повітря в балоні не повинен змінюватися протягом 3 хв.; dz =0.

Поворотом за ходом годинникової стрілки закрийте кран ВН2.

Вимикачем Q1 з’єднайте установку з електричною мережею. Якщо не засвітилася лампочка HL1, то вимкніть Q1 і повідомте про це викладача.

Відкрийте кран ВН2 поворотом проти годиникової стрілки до упору; повинні засвітитися лампочка HL2 і працювати компресор КМ1.

Слідкуйте за показами манометра МН1.

Коли тиск повітря в балоні досягне заданого значення Pmax(zmax), закрийте кран ВН2. Компресор припинить подачу повітря в балон, лампочка HL2 погасне.

Відключіть установку від мережі за допомогою вимикача Q1; лампочка HL1 погасне. Слідкуйте за показами манометра; тиск почне зменшуватись (dz<0).

Протягом деякого часу температура газу в балоні повинна зрівнятися з температурою навколишнього середовища. При цьому припиниться зменшення тиску газу в балоні; dz=0.

Якщо протягом п’яти хвилин надлишковий тиск повітря в балоні не буде мінятися (z1=const), то запишіть значення z1 в табл.4.1 звіту.

Швидко відкрийте кран ВН1 і тримайте його відкритим, поки тиск в балоні не стане атмосферним; z =0.

Після закриття крану ВН1 слідкуйте за показами манометра МН1. Тиск буде помалу зростати; dz>0.

Через три хвилини після того, як тиск в балоні перестане змінюватися (dz=0), запишіть покази манометра z3 в табл.4.1 звіту.

Повторіть ще три заміри для інших значень Рmax.

Під час проведення досліду паралельно виконуйте обробку дослідних даних.

Після закінчення дослідів дайте на підпис викладачеві заповнену табл.4.1 звіту.

Приведіть в порядок робоче місце біля лабораторної установки.

Закінчіть виконання індивідуального завдання, напишіть висновки по роботі, здайте звіт з роботи на підпис викладачеві.

3.5 Обробка результатів досліду

Обробка дослідних даних виконується згідно індивідуального завдання в формі табл.3.3.

29