3. Исследование термодинамического цикла

Изучение цикла осуществляется путем моделирования его на ЭВМ. Моделирование проводится при значении и n, найденном из результатов измерений по формуле (6.10).

1. Холодильный коэффициент (х. к.). X. к. определяется в холодильном цикле (обход на рис. 6.2 против часовой стрел­ки). X. к. называется отношение теплоты, отнятой от охлаж­даемого тела рабочим телом, к полезной работе. Для SVT— цикла (адиабатно-изохорно-изотермического) с адиабатой на ветви 1—2, подобного изображенному на рис. 6.2, х. к. опре­деляется как

(6.13)

Здесь работы и берутся по абсолютной величине. При этом , так как , а .

Для пVT — (политропно-изохорно-изотермического) цикла (с политропой на ветви 1—2) х. к. определяется как

(6.14)

При получении последней части равенства учтено, что, согласно первому началу, . Отсюда .

Значения и отличаются от та­ковых для SVT-цикла, построенного в тех же пределах изме­нения давления от до .

Работа расширения или сжатия в адиабатическом (политропическом) и изотермическом процессах может быть вычис­лена по формулам

(6.15)

Для nVT-цикла параметр в этих формулах следует заме­нить на п, а на.

Величины (6.13) и (6.14) для исследуемого цикла очень ве­лики, так как малыми являются изменения параметров р. т. в цикле. Поэтому практический интерес имеет лишь определе­ние по данным измерений. Можно показать, что это отношение меньше единицы. Это объясняется тем, что в SVT-цикле при меньшей результирующей работе р. т. охлаж­дается сильнее на ветви 1—2, чем в nVT-цикле, и поэтому спо­собно отнять больше теплоты от окружающих тел.

2. КПД теплосилового цикла.. Цикл с результирующей по­лезной работой, получаемой за счет теплоты от теплоотдатчика, называется теплосиловым. Теплосиловой TVS или TVn-циклы получаются при обходе цикла на рис. 6.2 по часовой стрелке. КПД такого цикла равен

(6.16)

КПД TVS и TVn-циклов легко найти, если воспользоваться их взаимосвязью с холодильным коэффициентом. Согласно (6.16) и (6.13), (6.14), получим

(6.17)

(6.18)

2. Открыть кран в атмосферу. Как только избыточное давление в баллоне упадет до нуля, закрыть кран. Когда воздух в баллоне нагреется до комнатной температуры (перестанет увеличиваться давление в баллоне), записать в табл. 6.1 зна­чение установившегося избыточного давления .

3. Действия по пп. 1 и 2 выполнить 10 раз. Рассчитать значение показателя политропы (6.10), а также его среднее значение и доверительную погрешность . Резуль­таты записать в табл. 6.1.

Моделирование цикла

4. По барометру и термометру, имеющимся в лаборатории, измерить атмосферное давление и температуру воздуха в помещении . Эти данные и объем баллона записать в табл. 6.2. Кроме того, в таблицу занести значения давлений и .

Расчет параметров и функций производится по методике, рассмотренной в пп. 2 и 3 подразд. «Исследование термоди­намического цикла».

5. Построить циклы nVT и SVT, а также цикл Карно, со­ответствующий циклу SVT, на миллиметровой бумаге. Отме­тить различные значения объема и давления для пVT и SVT-циклов в pV-координатах, а также различные значе­ния для этих циклов в ST-координатах.

6. По формулам (6.13) и (6.14) рассчитать холодильные коэффициенты в nVT- и SVT-циклах, а по формулам (6.17) и (6.18) их КПД. Найти отношение холодильных коэффициентов и КПД nVT- и SVT-циклов. Найти отношение КПД смо­делированного nVT-цикла и цикла Карно.

7. Рассчитать по (6.9) параметр неадиабатичности, а по (6.11)—мольную теплоемкость политропического процесса.