-
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.