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
Лабораторная работа №1
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИТРОПНЫХ ПРОЦЕССОВ
Задание
1. Провести эксперимент политропного расширения воздуха.
2. Рассчитать параметры состояния газа в характерных точках и построить рабочую диаграмму процессов.
3. Определить показатель политропы расширения.
4. Вычислить энергетические характеристики процессов.
Лабораторная установка
Принципиальная схема лабораторной установки представлена на рис. 1. В состав установки входит металлический бак 1, объемом 35 литров, оснащенный клапаном для стравливания газа. Нагнетание воздуха в бак производится при помощи компрессора 2. Для измерения избыточного давления в баке служит U-образный жидкостной манометр 3, заполненный дистиллированной водой.
Рис. 1. Схема установки
Параметры состояния атмосферного воздуха в аудитории во время проведения опыта контролируются термометром и барометром.
Методика выполнения работы
Проведение эксперимента
С помощью компрессора провести нагнетание воздуха в бак до избыточного давления 500...800 мм вод. ст. Сжатие воздуха сопровождается его нагревом, поэтому после нагнетания сделать выдержку 5-7 минут, необходимую для выравнивания температур воздуха в баке и окружающей среды. При достижении установившихся показаний жидкостного манометра величину избыточного давления Р1 изб занести в табл.1.
Осуществить политропное расширение воздуха от начального давления Р1= Р1 изб+ Ратм до давления Р2 = Ратм . Для этого открыть клапан и удерживать его до тех пор, пока избыточное давление в баке не упадет до нуля. После завершения расширения клапан должен быть немедленно закрыт. Процесс политропного расширения воздуха сопровождается понижением температуры в баке и одновременно подводом теплоты от относительно более горячей окружающей среды. На P-v диаграмме, представленной на рис.2, этот процесс изображен линией 1-2.
Рис. 2. Рабочая диаграмма политропных процессов.
Выждать время, необходимое для прогрева воздуха, оставшегося в баке, до комнатной температуры. Нагрев в изохорных условиях сопровождается подводом к воздуху теплоты и возрастанием избыточного давления в баке. На диаграмме состояния этот процесс изображен линией 2-3. После установления показаний манометра значение Р3 изб занести в табл.1.
Замерить и занести в табл.1 значения параметров атмосферного воздуха в лаборатории.
Таблица 1
|
Избыточное давление, мм вод.ст. |
Параметры атмосферного воздуха |
||
|
Р1 изб |
Р3 изб |
t ,оС |
Ратм , Па |
|
|
|
|
|
Графический анализ процессов
На рабочей диаграмме (рис.2), кроме экспериментально выполненных процессов политропного расширения 1-2 и изохорного нагрева 2-3 построить графики процессов адиабатного расширения воздуха 1-4, изобарного нагрева при атмосферном давлении 4-2 и изотермического сжатия 3-1.
Перед построением графиков определить для характерных точек процессов параметры состояния воздуха, а также его массу и занести их в табл.2 (вычисления проводить с точностью до трех знаков после запятой).
При расчетах использовать уравнение состояния идеального газа
,
принимая значение удельной газовой постоянной воздуха R=287 Дж/(кгК).
Для нахождения параметров точки 4 использовать уравнение адиабатного процесса в виде .
Для воздуха, как смеси двухатомных газов, принять значение показателя адиабаты k = 1,4 .
Таблица 2
|
|
Характерные точки процесса |
||||
|
Параметр |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
Р, кПа |
|
|
|
|
|
|
Т, К |
|
|
|
|
|
|
, м3/кг |
|
|
|
|
|
|
m, кг |
|
|
|
|
|
По найденным значениям параметров состояния построить рабочую диаграмму пяти термодинамических процессов. Построение провести на миллиметровой бумаге. При выборе масштабов учитывать реальный диапазон изменения параметров. В силу малости относительного изменения параметров состояния допускается представить все процессы отрезками прямых линий.
Определение показателя политропы
Показатель политропы процесса 1-2 вычисляется из уравнения с учётом изотермичности процесса 1-3 () и равенства объёмов изохорного процесса 2-3 () по формуле
.
Расчет энергетических характеристик
Для всех пяти процессов, изображенных на диаграмме, вычислить массовую теплоемкость воздуха сφ, количество теплоты Q, изменение внутренней энергии U и энтальпии I, а также работу деформации L и располагаемую работу L термодинамической системы.
Для нахождения изохорной и изобарной теплоемкостей использовать уравнение Майера
и соотношение .
В процессах, протекающих с переменной массой, использовать ее среднее значение. Результаты расчетов свести в табл. 3.
Таблица 3
|
Параметр |
Процессы |
||||
|
1-2 политропный |
1-4 адиабатный |
4-2 изобарный |
2-3 изохорный |
3-1 изотермический |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
cφ, Дж/(кг К) |
|
|
|
|
|
|
U , Дж |
|
|
|
|
|
|
L , Дж |
|
|
|
|
|
|
Q , Дж |
|
|
|
|
|
|
L , Дж |
|
|
|
|
|
|
I , Дж |
|
|
|
|
|
Дополнительные задания
1. Изобразить термодинамические процессы в тепловой диаграмме (T-s).
2. Указать на диаграммах точку, соответствующую состоянию воздуха в аудитории во время проведения опыта.
3. Рассчитать плотность воздуха в аудитории во время проведения опыта.
4. Определить массу воздуха, закачанного в бак перед расширением.
5. Найти массу воздуха, который дополнительно вытек бы из бака, если после политропного расширения клапан оставить открытым.
6. Изобразить на рабочей диаграмме процесс нагнетания воздуха в бак.
7. То же самое выполнить на тепловой диаграмме.
8. До какой температуры нагрелся бы воздух в баке, если процесс нагнетания той же массы воздуха произвести мгновенно?
9. Какое давление в баке было бы при этом?
10. До какой температуры нужно было бы нагреть воздух в баке при закрытом клапане для достижения давления Р1, если начальное состояние его соответствует атмосферным условиям?
11. Вычислить термический КПД цикла 1-3-2-4-1 .