teplotech
.pdf11
Составители: Александр Антонович Буров Григорий Наумович Злотин Евгений Алексеевич Федянов
ПОСТРОЕНИЕ КРИВОЙ НАСЫЩЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ ПАРООБРАЗОВАНИЯ Методические указания к лабораторной работе
Редактор Темплан 2003 г., позиция №
Подписано в печать ___________. Формат 60х84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная. Усл.печ.л. _______. Уч.-изд.л. _______. Тираж ______ экз. Заказ № .
Волгоградский государственный технический университет. 400131 г.Волгоград, пр.Ленина, 28.
Типография Волгоградского государственного технического университета.
400131, г.Волгоград, ул.Советская, 35.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра “Теплотехника и гидравлика”
Исследование изохорного процесса
Методические указания к лабораторной работе № 3
РПК "Политехник" Волгоград 2007
3
1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1.1.На основе исследования изохорного процесса изменения состояния воздуха освоить практическое использование первого закона термодинамики и общей теории термодинамических процессов.
1.2.Сделать вывод о возможности применения модели идеального газа для расчетов термодинамических процессов изменения состояния воздуха при условиях, близких к нормальным физическим.
2.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
2.1.Исследовать общее уравнение первого закона термодинамики и соотношения политропного процесса, получить на основе этого анализа частные результаты, относящиеся к изохорному процессу.
2.2.Провести эксперимент с определением соотношения переменных параметров воздуха в замкнутом объеме.
2.3.Построить по результатам экспериментов график зависимости р=ƒ(T) и дать заключение о возможности применения модели идеального газа для расчетов изменения состояния воздуха при условиях эксперимента.
2.4.Определить изменение внутренней энергии заключенного внутри колбы воздуха, обосновав и выбрав соответствующее значение теплоемкости.
3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Все термодинамические процессы изменения состояния рабочего тела, описываемого моделью идеального газа, можно рассматривать как частные случаи политропного процесса, основное уравнение которого
|
|
|
|
pvn = const , |
(3.1) |
где n = |
cx − cp |
– показатель политропы. |
(3.2) |
||
|
|||||
|
c |
x |
− c |
|
|
|
|
v |
|
||
Здесь ср и сv – соответственно изобарная и изохорная теплоемкости рабочего тела, т.е. его теплоемкости в процессах p = const и v = const;
сх – теплоемкость рассматриваемого термодинамического процесса.
При изучении теории вопроса следует обратить внимание на то, что теплоемкость рабочего тела
|
|
dq |
|
|
cx |
= |
|
|
(3.3) |
|
||||
|
dT |
õ |
||
и показатель политропы n меняются с изменением характера процесса. Это обусловлено тем, что в каждом процессе имеет место свое соотношение ме-
4
жду величинами q(dq), u(du), l(dl), которые связаны уравнением первого закона термодинамики
dq = du + dl , |
(3.4) |
или |
|
q = u + l . |
(3.5) |
Каждому термодинамическому процессу свойственны свои значения сх и n. В табл. 3.1 приведены в качестве примера значения сх и n для основных термодинамических процессов.
Таблица 3.1
Характер процесса |
сх |
n |
Изохорный |
сv |
±∞ |
Изобарный |
ср |
0 |
Изотермический |
∞ |
1 |
Адиабатный |
0 |
k |
Изохорный процесс является частным случаем политропного процесса, когда сх = сv и n = ±∞. Для него справедливо соотношение параметров
|
p2 |
= |
T2 |
|
(3.6) |
|
|
|
|
||||
|
p1 |
|
T1 |
|
||
и равенство нулю работы расширения (сжатия) |
|
|||||
l = 0 и |
dl = 0. |
(3.7) |
||||
Т. к. V = const, то уравнение первого закона термодинамики приобретает вид
dq = du |
(3.8) |
или |
|
q = u = u2 − u1. |
(3.9) |
В данном случае вся подведенная теплота целиком расходуется на увеличение внутренней энергии, а отвод теплоты может быть осуществлен лишь за счет ее уменьшения.
Необходимо твердо усвоить, что изменение внутренней энергии, как и любого другого параметра состояния, не зависит от характера процесса, а определяется лишь начальным и конечным состоянием рабочего тела в этом процессе. Для идеального газа во всех случаях
du = cv dT |
(3.10) |
5
и
u = ∫T2 cv dT . |
(3.11) |
T |
|
1 |
|
Если сv не зависит от температуры (сv = const), то |
|
u = cv (T2 − T1). |
(3.12) |
Однако надо знать, что обычно при расчетах учитывается влияние температуры на теплоемкость. Поэтому в расчетные формулы вводится ее средняя величина в рассматриваемом температурном интервале
|
|
c |
|
|
t2 |
t |
|
− c |
|
|
t1 |
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
cvm |
tt2 = |
|
vm |
|
0 |
|
2 |
|
vm |
|
0 |
1 |
, |
(3.13) |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
t |
2 − t1 |
|
||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где cvm t01 и cvm t02 – средние массовые теплоемкости при постоянном объеме в интервале температур от 0 до t1 и от 0 до t2 (берутся из табл. 3.2).
Тогда
u = c |
|
|
t2 |
(T |
|
− T ). |
(3.14) |
|
|
|
|||||
|
vm |
|
t |
|
2 |
1 |
|
|
|
|
|
||||
|
1 |
|
|
|
|
||
Таблица 3.2 Средняя массовая теплоемкость воздуха при постоянном объеме
|
|
t, oC |
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cvm |
|
t0, кДж/(кг К) |
0,716 |
0,719 |
0,724 |
0,732 |
0,741 |
0,752 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
4. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Схема лабораторной установки для исследования изохорного процесса представлена на рис. 4.1. Имитация изохорного процесса осуществляется путем подвода теплоты извне к воздуху, находящемуся в герметично закрытой колбе 1. Колба помещена в емкость с водой 2, нагреваемой на электрической плитке 3. Температура в колбе измеряется ртутным термометром 4, а давление образцовым манометром 5.
6
5 |
Р |
4 |
1 |
3 |
2 |
220 В |
Рисунок 4.1 – Схема лабораторной установки |
5.МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
ИОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1.Изучить правила техники безопасности при работе на данной лабораторной установке.
5.2.Включить в сеть шнур питания электроплитки.
5.3.В процессе нагревания воздуха в колбе через каждые 10 мин. фиксировать соответствующие значения давления и температуры. Измерения проводить до установления постоянной температуры воздуха в колбе при кипящей жидкости.
5.4.Полученные экспериментальные данные занести в таблицу (табл. 5.1).
Таблица 5.1
№ |
t |
рM |
рM |
рM |
р |
T |
|
oC |
дел. |
кг/см2 |
Па |
Па |
К |
1 |
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
5.5.Обработка результатов опыта сводится к вычислению отношения р/Т,
вычислению изменения внутренней энергии U и построению графика зави-
7
симости р=ƒ(T). Предварительно вычисляются значения абсолютного давления р и абсолютной температуры Т.
5.5.1. Абсолютное давление определяется по формуле |
|
р = В + рМ , |
(5.1) |
где В – атмосферное давление, определяемое по барометру, Па; |
|
рМ – манометрическое давление в колбе, Па. |
|
5.5.2. Абсолютная температура воздуха в колбе Т |
|
Т = t + 273, |
(5.2) |
где t – температура воздуха в колбе, оС. |
|
5.5.3. Изменение внутренней энергии
U = m c |
|
tê (Ò −Ò ), |
(5.3) |
||
|
|||||
vm |
|
t |
ê |
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
где m – масса воздуха в колбе (рассчитывается по уравнению состояния, объем колбы V принимается равным 1 л);
Т1 – температура воздуха в первой точке, К; Тк – температура воздуха в последующей опытной точке, К;
Расчет изменения внутренней энергии U следует провести в двух вари-
антах: |
|
а) подсчитать |
U= U', считая теплоемкость постоянной сv = 0,71 кДж/(кг К); |
b) подсчитать |
U = U'', найдя теплоемкость по формуле (3.13). |
5.6.Результаты расчетов сводятся в таблицу (табл. 5.2).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
р/T |
|
c |
vm |
|
t1 |
|
c |
vm |
|
tК |
|
c |
vm |
|
tК |
U' |
|
U'' |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
t |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||
|
Па/К |
|
кДж |
|
кДж |
|
кДж |
кДж |
|
кДж |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
кг К |
|
кг К |
|
кг К |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8
6.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
6.1.Отчет оформляется на листах бумаги формата А4 в соответствии с требованиями кафедры.
6.2.Отчет должен содержать:
название и цель работы, схему лабораторной установки, таблицу исходных данных; расчет искомых величин;
таблицу результатов расчета; график зависимости р=ƒ(T); выводы по работе.
7.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
8.1.Охарактеризуйте изохорный процесс. Приведите уравнение процесса. Дайте его графическое изображение в координатах р-ν , s-T, р-T.
8.2.Проанализируйте процесс с помощью уравнения состояния идеального газа, установите связь между параметрами состояния.
8.3.Проанализируйте распределение энергии в процессе на основе первого закона термодинамики.
8.4.Сформулируйте понятие теплоемкости, укажите различия истинной и средней теплоемкостью.
8.5.Расскажите о зависимости теплоемкости от температуры.
8.6.Физический смысл характеристической газовой постоянной, ее связь с универсальной газовой постоянной.
8.7.Из чего складывается внутренняя энергия идеального и реального газа?
8.8.Как посчитать изменение внутренней энергии идеального газа?
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Нащокин, В. В. Техническая термодинамика и теплопередача/В. В. Нащокин.– М.: Высшая школа, 1980.– 469 с.
2.Термодинамика и теплопередача. Лабораторный курс. Под ред. Злотина Г.Н., Приходько М.С. Волгоград, 1971.
3.Злотин, Г. Н. Теплотехника: учеб. пособ./ Г. Н. Злотин, Е. А. Федянов; ВолгГТУ.– Волгоград, 2005.– 339 с.
4.Злотин, Г. Н. Прикладная и транспортная энергетика: учеб. пособ./ Г. Н. Злотин, М. М. Галимов; ВолгГТУ.– Волгоград, 2005.– 286 с.
9
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Теплотехника и гидравлика»
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПОРШНЕВОМ КОМПРЕССОРЕ
Методические указания к лабораторной работе № 4
РПК «Политехник»
Волгоград 2004
УДК 621.103
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПОРШНЕВОМ КОМПРЕССОРЕ: Методические указания к лабораторной работе / Сост. М.М. Галимов. В.А. Ожогин, Т.А. Цыганкова: Волгоград, гос. техн. ун-т.- Волгоград. 2004 - 8c.
Даются рекомендации по изучению теоретического материала к лабораторной работе, ее выполнению, обработке экспериментальных данных, а также вопросы для самоконтроля.
Ил.6. Табл.2. Библиогр.: 3 назв.
Рецензент С.Н. Шумский
Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета.
© Волгоградский государственный технический университет, 2004.
Составители: Марат Мавлютович Галимов Виктор Александрович Ожогин Татьяна Абрамовна Цыганкова
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПОРШНЕВОМ КОМПРЕССОРЕ
Методические указания к лабораторной работе № 4
Темплан 2004 г., позиция № 112. Подписано в печать 07.07.2004. Формат 60x84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 0,46. Тираж 200 экз. Заказ № 583. Бесплатно.
Волгоградский государственный технический университет. 400131 Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28.
РПК «Политехник» Волгоградского технического университета 400131 Волгоград, ул. Советская, 35.
2