 |
Исследование политропного процесса сжатия воздуха
|
|
|
|
Ректор университета
___________А.В. Лагерев
_______________2010 г.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
для студентов очной формы обучения специальности
140104 - "Промышленная теплоэнергетика"
2-е издание,
переработанное и дополненное
Брянск 2010
Техническая термодинамика: методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов очной формы обучения специальности 140104 – «Промышленная теплоэнергетика». – 2-е изд., перераб. и доп.- Брянск: БГТУ, 2009. – 44 с.
Разработал:
В. Н. Соченов,
канд. техн. наук
Рекомендовано кафедрой «Промышленная теплоэнергетика»
(протокол №3 от 17.12. 09 г.)
Печатается по изданию: Техническая термодинамика: методические указания по выполнению лабораторного практикума для студентов дневной формы обучения специальности 100700 – «Промышленная теплоэнергетика».- Брянск: БГТУ, 2001.-36 с.
Научный редактор Э.А. Лагерева
Редактор издательства Л.И. Афонина
Компьютерный набор В.М. Гришина
Темплан 2010, п. 4
Подписано в печать Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Офсетная печать Усл. печ. л. 2,55 Уч.-изд. л. 2,55 Тираж 30 экз. Заказ Бесплатно
Брянский государственный технический университет.
Брянск, бульвар им. 50-летия Октября, 7.
Лаборатория оперативной полиграфии БГТУ, ул. Институтская, 16
ПРЕДИСЛОВИЕ
Методические указания предназначены студентам специальности «Промышленная теплоэнергетика» для выполнения лабораторного практикума по курсу «Техническая термодинамика» и могут быть использованы студентами других специальностей при выполнении лабораторных работ по курсам «Теплотехника», «Термодинамика и теплопередача».
|
|
|
Методические указания содержат описание и порядок проведения лабораторных работ, а также необходимый для их выполнения справочный материал.
Содержание каждой лабораторной работы включает:
1. Описание экспериментальной установки и ее работы.
2. Порядок проведения эксперимента.
3. Метод обработки опытных данных.
4. Образец оформления отчета.
5. Контрольные вопросы.
6. Список рекомендуемой литературы.
Указания составлены с расчетом на самостоятельное выполнение студентом всех работ.
При сдаче лабораторных работ студент должен представить отчет, содержащий результаты измерений и обработки данных, проанализировать результаты, ответить на контрольные вопросы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Исследование политропного процесса сжатия воздуха
ВВЕДЕНИЕ
Любой термодинамический процесс может быть описан уравнением 
, где n – показатель политропы, величина которого может принимать любые значения от -∞ до +∞, но остается постоянной в данном процессе (или части его).
При данном значении n в термодинамическом процессе 1 – 2 остается постоянным отношение 
потоков тепловой 
и механической 
энергии при этом:
; 
; 
,
где 
- внутренняя энергия рабочего тела при температуре Т.
Для газов, близких к идеальному (в частности, для воздуха), можно принимать 
в широком диапазоне температур; для реальных газов для определения U следует использовать таблицы термодинамических свойств газов.
1. ЗАДАЧИ РАБОТЫ
Задачами работы являются:
1. Освоение экспериментальных и расчетных методов исследования термодинамических процессов; экспериментальное определение показателя политропы и параметров состояния рабочего тела, расчет энергетических потоков в термодинамическом процессе.
2. Определение работы, количества тепла, изменения внутренней энергии, энтальпии и энтропии в политропном процессе, изображение процесса в обобщенных диаграммах p-s и T-s.
|
|
|
Продолжительность работы – 4 часа.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Установка (схема приведена в отчете) представляет собой толстостенный стеклянный цилиндр 1 внутренним диаметром d =70 мм и высотой H =230 мм, в котором сжимается атмосферный воздух. Сжатие производится минеральным маслом, подаваемым из бака 7 поршневым насосом 4 при закрытых кранах 3 и 5. Давление в цилиндре измеряется пружинным манометром 2 и ограничивается нормально закрытым предохранительным клапаном 6. Уровень масла в цилиндре определяется с помощью шкалы 8.
3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
1. Измерить атмосферное давление, В, мм рт. ст. и температуру воздуха в помещении 
.
2. Открыть кран 3 и установить начальный уровень масла в цилиндре 
=30…40 мм (при закрытом кране 5).
3. Закрыть кран 3 и повысить давление в цилиндре 1 насосом 4 до 
=0,05 МПа. По шкале 8 определить уровень масла Z в цилиндре.
4. Повторить п.3, повышая давление в цилиндре 8 через 0,05 МПа до 
=0,3 МПа.
5. После окончания эксперимента открыть кран 5 и слить масло в бак 7.
4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
1. Рассчитать начальные параметры воздуха:
- атмосферное давление Па;
- начальная плотность воздуха, кг/м3,
здесь R=287 Дж/кг.К – газовая постоянная воздуха.
- масса воздуха 
, кг.
2. Рассчитать абсолютное давление в цилиндре для экспериментальных точек, Па.
3. Рассчитать высоту столба воздуха 
, мм.
4. Построить в координатах 
график политропного процесса сжатия и определить показатель политропы 
.
5. Рассчитать параметры процесса:
- конечная температура 
, К;
- работа сжатия 
, кДж;
- изменение внутренней энергии 
, кДж;
- изменение энтальпии 
, кДж;
- изменение энтропии 
, кДж/К;
- теплота процесса 
, кДж;
- теплоемкость воздуха в процессе 
, кДж/кг.К.
Допустимо принимать для воздуха:
= 0,72 кДж/кг.К; ср =1 кДж/кг.К; к = 1,4.
6. Изобразить процесс сжатия в обобщенных диаграммах p-v и T-s.
7. Составить отчет по прилагаемой форме.
5. ОБРАЗЕЦ ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
|
2. Результаты измерений
 №
Значение
| |||||||
| Ризб, МПа | |||||||
| Z, мм |
3. Результаты вычислений
|
|
|
| №
Значение
| |||||||
| Р, Па | |||||||
| h, мм | |||||||
| |||||||
| |||||||
| Т, К |
4. Энергетика политропного процесса
| n | DU, кДж | DH, кДж | DS, кДж/К | L, кДж | Q, кДж | C, кДж/кг.К |
ср =1 кДж/кг.К; сv =0,72 кДж/кг.К.
Политропный процесс в координатах 
и в обобщенных координатах p-v и T-s
| ||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|
 |  | | |||||||||
 | |||||||||||
 | |||||||||||
 | |||||||||||
Студент:
Группа:
Работу принял:
6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какой термодинамический процесс называется политропным?
2. Показать в обобщенных диаграммах p-v и T-s процессы:
а) расширение с n =10, б) отвод тепла с n =-2. Указать знаки q, l и DU для этих процессов.
3. Зависит ли показатель политропы от количества воздуха, сжимаемого в цилиндре? От вида сжимаемого газа?
|
|
|
4. Изобразить в обобщенных диаграммах p-v и T-s процесс с отрицательной теплоемкостью.
5. Показать в обобщенных диаграммах p-v и T-s процесс, в котором при совершении газом работы температура повышается.
6. Оценить погрешность допущения К =const в процессе сжатия при изменении температуры в условиях эксперимента.
7. Изменится ли показатель политропы процесса сжатия, если изменить размерности p и h при построении графика 
?
8. Указать значения n для политропных процессов, в которых при подводе тепла температура газа понижается.
9. Чем отличается политропный процесс с 
от процесса с 
?
10. Изменение какого параметра является однозначным признаком подвода тепла в процессе? Указать области подвода тепла в обобщенных диаграммах p-v и T-s.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ривкин, С.Л. Термодинамические свойства газов/ С.Л. Ривкин. – 3-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 2004. – 286 с.
2. Основы теории тепловых процессов и машин: в 2 ч./Н.Б. Александров [и др.]. – М.: Бином, 2006. – Ч.1. – 560 с.; Ч.2 – 561 с.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
|
|
|
