Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Федеральное агентство по образованию РФ
Национальный Минерально-Сырьевой Университет «Горный»
Лабораторная работа № 2
По дисциплине: Физика _________
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: Цикл тепловой машины.
Выполнил: студент гр. ТПП-11 ______________ /Адршин К.Л./
(подпись) (Ф.И.О.)
Руководитель: Доцент ____________ /Космотынская Ю.В./
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2012
Цель работы: исследование принципа работы простейшей тепловой машины в прямом и обращенном цикле.
Тепловая машина— устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую работу (тепловой двигатель) или механическую работу в тепло (холодильник). Преобразование осуществляется за счёт изменения внутренней энергии рабочего тела — на практике обычно пара или газа.
В промышленных тепловых машинах не применяется газ в качестве рабочего тела вследствие крайне низкого КПД, но для ознакомления с принципом работы тепловой машины газ в качестве рабочего тела удобен из-за простоты описания происходящих процессов. Рассмотрим основные этапы работы тепловой машины в прямом цикле. Предполагается, что в системе имеется неограниченный источник тепла, т.е. такой источник, который сохраняет свою температуру независимо от процессов теплообмена с ним. В качестве такого источника реально используется окружающая среда (уличный воздух, вода в больших водоемах). В качестве приемника тепла может выступать, например, воздух внутри помещения. За счет тепла источника газ в начале цикла сжатия приобретает температуру источника. В процессе сжатия температура газа повышается, избыточное тепло передается приемнику тепла. При этом часть тепла неизбежно теряется на нагрев частей установки и, в конечном итоге, возврат назад к источнику тепла. Поскольку масса газа в объеме цилиндра много меньше суммарной массы циркулирующей воды в теплоприемнике и деталей установки, теплом, потраченным на нагрев газа можно пренебречь, тогда уравнение теплового баланса за цикл сжатия можно записать в следующем виде:
где - изменение температуры системы за один ход поршня;
- теплоемкость теплоприемника (воды);
- теплоемкость цилиндра и поршня;
- работа внешних сил по перемещению поршня.
Оценить работу можно графически, построив график зависимости по результатам измерения параметров состояния газа в процессе сжатия.
Экспериментальная установка
Схема установки изображена на рисунке ниже:
Назначение и характеристика основных элементов установки:
а) Термостатированный резервуар (1), с заключенным в нем цилиндром (2) с поршнем (3). Посредством штока (4) и реверсивного шагового привода (5) поршень может перемещаться в цилиндре. Управляется шаговый привод пультом (15), отображающим текущий объем под поршнем.
Параметры:
- объем под поршнем (геометрический): Vmin = 0,5 л, Vmax = 5 л;
- теплоемкость резервуара 400 Дж/С.
б) Термостаты. Термостатирование объема осуществляется прокачиваемой водой, температура которой поддерживается термостатами (8) и (9), настроенными на поддержание низкой и высокой температуры. Выбор термостата, вода из которого в данный момент подается в объем (1), осуществляется краном (10). Каждый термостат имеет собственный пульт управления: (16) и (17). Термостаты расположены ниже уровня цилиндра и при отключении циркуляционного насоса вода из рубашки цилиндра стекает в соответствующий термостат. Термостат может находится в трех состояниях:
1) "ВЫКЛ" - переключатели [нагрев] и [цирк.] в положении [выключено], если в этом состоянии термостат подключен к системе краном (12), то в него стекает вода из рубашки цилиндра;
2) "ВКЛ" - переключатели [нагрев] и [цирк.] в положении [включено], при этом на выходе термостата температура равна заданной регулятором [Уст. Т] независимо от величины температуры на входе;
3) "ЦИРК." - переключатель [нагрев] в положении [выключено], переключатель [цирк.] в положении [включено], при этом температура на выходе термостата равна температуре на входе. Допускается любое состояние термостата при любом положении крана (10).
Параметры:
- диапазон задаваемых температур: tmin = 10 C, tmax = 98 C;
- объем циркулирующей воды: 1 л.
в) Система заполнения цилиндра. Для заполнения или вентиляции объема цилиндра служит кран (11) - соединяет внутренний объем цилиндра с атмосферой.
г) Контроль давления. Для контроля давления служит мановакуумметр (12). Прибор постоянно подключен к внутреннему объему цилиндра. Показания прибора - относительно атмосферного давления.
Параметры:
- шкала мановакуумметра: -0,1 0 1,2 МПа.
д) Измерение температуры внутри цилиндра осуществляется термопарой (6), индикация температуры - цифровой термометр (13). Для измерения температуры воды используется термопара (7), индикация температуры - цифровой термометр (14).
Параметры:
- шкала термометра: 0 200 С;
Результаты измерений и вычислений:
Цикл тепловой машины.
|
№ опыта |
P,Па. |
V,л. |
T,К. |
|
1 |
0 |
5 |
20 |
|
2 |
0.0010 |
4.95 |
20 |
|
3 |
0.0020 |
4.9 |
20 |
|
4 |
0.0031 |
4.85 |
20 |
|
5 |
0.0042 |
4.8 |
20 |
|
6 |
0.0053 |
4.75 |
20 |
|
7 |
0.0064 |
4.7 |
20 |
|
8 |
0.0075 |
4.65 |
20 |
|
9 |
0.0087 |
4.6 |
20 |
|
10 |
0.0099 |
4.55 |
20 |
Расчеты погрешности измерений:
Прямый
Косвенные
Графическая зависимость Р=Р(V)
Вывод:
В данной лабораторной работе я исследовал принцип работы простейшей тепловой машины в прямом и обращенном цикле. Оценил работу графически, построив график зависимости по результатам измерения параметров состояния газа в процессе сжатия.