Liikenneenergia (kylmä kuljetus) Ilman kosteus. Ilman lämpökapasiteetti ja entalpia

Ilman kosteus. Ilman lämpökapasiteetti ja entalpia

Ilmakehän ilma on kuivan ilman ja vesihöyryn seos (0,2-2,6 %). Siten ilmaa voidaan melkein aina pitää kosteana.

Kuivan ilman ja vesihöyryn mekaanista seosta kutsutaan kosteaa ilmaa tai ilman/höyryn seosta. Suurin mahdollinen höyryn kosteuden pitoisuus ilmassa m a.s. lämpötilasta riippuvainen t ja paineita P seokset. Kun se muuttuu t ja P ilma voi siirtyä alun perin tyydyttymättömästä vesihöyryllä kyllästettyyn tilaan, ja sitten ylimääräinen kosteus alkaa pudota kaasutilavuuteen ja ympäröiville pinnoille sumun, huurteen tai lumen muodossa.

Tärkeimmät kostean ilman tilaa kuvaavat parametrit ovat: lämpötila, paine, ominaistilavuus, kosteuspitoisuus, absoluuttinen ja suhteellinen kosteus, molekyylipaino, kaasuvakio, lämpökapasiteetti ja entalpia.

Daltonin kaasuseoksia koskevan lain mukaan märän ilman kokonaispaine (P) on kuivan ilman P c ja vesihöyryn P p osapaineiden summa: P \u003d P c + P p.

Samoin kostean ilman tilavuus V ja massa m määräytyvät suhteilla:

V \u003d V c + V p, m \u003d m c + m p.

Tiheys ja kostean ilman tilavuus (v) määritelty:

Kostean ilman molekyylipaino:

missä B on ilmanpaine.

Koska ilman kosteus kasvaa jatkuvasti kuivausprosessin aikana ja kuivan ilman määrä höyry-ilmaseoksessa pysyy vakiona, kuivausprosessia arvioidaan sen perusteella, kuinka vesihöyryn määrä muuttuu 1 kg:aa kuivaa ilmaa kohden, ja kaikki indikaattorit höyry-ilmaseoksella (lämpökapasiteetti, kosteuspitoisuus, entalpia jne.) tarkoitetaan 1 kg kuivaa ilmaa kosteassa ilmassa.

d \u003d m p / m c, g / kg tai, X \u003d m p / m c.

Absoluuttinen ilmankosteus- höyryn massa 1 m 3 kosteassa ilmassa. Tämä arvo on numeerisesti yhtä suuri kuin .

Suhteellinen kosteus - on tyydyttymättömän ilman absoluuttisen kosteuden suhde kylläisen ilman absoluuttiseen kosteuteen tietyissä olosuhteissa:

täällä , mutta useammin suhteellinen kosteus ilmoitetaan prosentteina.

Kostean ilman tiheydelle suhde on tosi:

Ominaislämpö kostea ilma:

c \u003d c c + c p × d / 1000 \u003d c c + c p × X, kJ / (kg × ° С),

missä c c on kuivan ilman ominaislämpökapasiteetti, c c = 1,0;

c p - höyryn ominaislämpökapasiteetti; jossa n = 1,8.

Kuivan ilman lämpökapasiteettia vakiopaineella ja pienillä lämpötila-alueilla (jopa 100 ° C) likimääräisiä laskelmia varten voidaan pitää vakiona, joka on 1,0048 kJ / (kg × ° C). Tulistetun höyryn keskimääräisen isobarisen lämpökapasiteetin voidaan olettaa myös ilmakehän paineessa ja alhaisissa tulistusasteissa olevan vakio ja yhtä suuri kuin 1,96 kJ/(kg×K).

Kostean ilman entalpia (i).- tämä on yksi sen pääparametreista, jota käytetään laajalti kuivauslaitteistojen laskelmissa, pääasiassa määritettäessä lämpöä, joka kuluu kosteuden haihtumiseen kuivatuista materiaaleista. Kostean ilman entalpia on suhteessa yhteen kilogrammaan kuivaa ilmaa höyry-ilma-seoksessa ja se määritellään kuivan ilman ja vesihöyryn entalpioiden summana, ts.

i \u003d i c + i p × X, kJ / kg.

Seosten entalpiaa laskettaessa jokaisen komponentin entalpian lähtöpisteen on oltava sama. Kostean ilman laskennassa voidaan olettaa, että veden entalpia on nolla 0 o C:ssa, silloin lasketaan myös kuivan ilman entalpia 0 o C:sta, eli i in \u003d c in * t \u003d 1,0048 t.

Mikä on tarpeen käyttönesteen, tässä tapauksessa ilman, lämpötilan muuttamiseen yhdellä asteella. Ilman lämpökapasiteetti riippuu suoraan lämpötilasta ja paineesta. Samaan aikaan eri menetelmillä voidaan tutkia erilaisia ​​lämpökapasiteettia.

Matemaattisesti ilman lämpökapasiteetti ilmaistaan ​​lämmön määrän suhteena sen lämpötilan nousuun. 1 kg:n painoisen kappaleen lämpökapasiteettia kutsutaan ominaislämmöksi. Ilman molaarinen lämpökapasiteetti on yhden aineen moolin lämpökapasiteetti. Lämpökapasiteetti on ilmoitettu - J / K. Molaarinen lämpökapasiteetti, vastaavasti, J / (mol * K).

Lämpökapasiteettia voidaan pitää aineen, tässä tapauksessa ilman, fysikaalisena ominaisuutena, jos mittaus suoritetaan vakioolosuhteissa. Useimmiten tällaiset mittaukset suoritetaan vakiopaineessa. Näin määritetään ilman isobarinen lämpökapasiteetti. Se kasvaa lämpötilan ja paineen noustessa ja on myös näiden suureiden lineaarinen funktio. Tässä tapauksessa lämpötilan muutos tapahtuu vakiopaineessa. Isobarisen lämpökapasiteetin laskemiseksi on tarpeen määrittää pseudokriittinen lämpötila ja paine. Se määritetään vertailutietojen perusteella.

Ilman lämpökapasiteetti. Erikoisuudet

Ilma on kaasuseos. Kun niitä tarkastellaan termodynamiikassa, tehtiin seuraavat oletukset. Jokaisen seoksen kaasun tulee jakautua tasaisesti koko tilavuuteen. Siten kaasun tilavuus on yhtä suuri kuin koko seoksen tilavuus. Jokaisella seoksen kaasulla on oma osapaineensa, jonka se kohdistaa astian seinämiin. Jokaisen kaasuseoksen komponentin lämpötilan on oltava yhtä suuri kuin koko seoksen lämpötila. Tässä tapauksessa kaikkien komponenttien osapaineiden summa on yhtä suuri kuin seoksen paine. Ilman lämpökapasiteetin laskenta suoritetaan kaasuseoksen koostumusta ja yksittäisten komponenttien lämpökapasiteettia koskevien tietojen perusteella.

Lämpökapasiteetti luonnehtii ainetta moniselitteisesti. Termodynamiikan ensimmäisestä pääsäännöstä voimme päätellä, että kehon sisäinen energia vaihtelee paitsi vastaanotetun lämmön määrän, myös kehon tekemän työn mukaan. Lämmönsiirtoprosessin eri olosuhteissa kehon työ voi vaihdella. Näin ollen sama määrä kehoon välitettyä lämpöä voi aiheuttaa erilaisia ​​arvoltaan erilaisia ​​lämpötilan ja kehon sisäisen energian muutoksia. Tämä ominaisuus on ominaista vain kaasumaisille aineille. Toisin kuin kiinteät aineet ja nesteet, kaasumaiset aineet voivat muuttaa huomattavasti tilavuutta ja toimia. Tästä syystä ilman lämpökapasiteetti määrää itse termodynaamisen prosessin luonteen.

Vakiotilavuudella ilma ei kuitenkaan toimi. Siksi sisäisen energian muutos on verrannollinen sen lämpötilan muutokseen. Vakiopaineprosessin lämpökapasiteetin suhde vakiotilavuusprosessin lämpökapasiteettiin on osa adiabaattisen prosessin kaavaa. Sitä merkitään kreikkalaisella kirjaimella gamma.

Historiasta

Termit "lämpökapasiteetti" ja "lämmön määrä" eivät kuvaa kovin hyvin niiden olemusta. Tämä johtuu siitä, että he tulivat moderniin tieteeseen kaloriteoriasta, joka oli suosittu 1700-luvulla. Tämän teorian kannattajat pitivät lämpöä eräänlaisena ruumiiden sisältämänä mittaamattomana aineena. Tätä ainetta ei voida tuhota eikä luoda. Runkojen jäähtyminen ja kuumeneminen selitettiin vastaavasti kaloripitoisuuden laskulla tai nousulla. Ajan myötä tämä teoria tunnustettiin kestämättömäksi. Hän ei osannut selittää, miksi sama muutos kehon sisäisessä energiassa saadaan, kun siihen siirretään erilaisia ​​lämpömääriä, ja se riippuu myös kehon tekemästä työstä.

Tarkastellaan ilman pääasiallisia fysikaalisia ominaisuuksia: ilman tiheys, sen dynaaminen ja kinemaattinen viskositeetti, ominaislämpökapasiteetti, lämmönjohtavuus, lämpödiffuusio, Prandtl-luku ja entropia. Ilman ominaisuudet on annettu taulukoissa riippuen lämpötilasta normaalissa ilmanpaineessa.

Ilman tiheys vs. lämpötila

Yksityiskohtainen taulukko kuivan ilman tiheysarvoista eri lämpötiloissa ja normaalissa ilmanpaineessa. Mikä on ilman tiheys? Ilman tiheys voidaan määrittää analyyttisesti jakamalla sen massa sen varaamalla tilavuudella. tietyissä olosuhteissa (paine, lämpötila ja kosteus). Sen tiheys on myös mahdollista laskea tilakaavan ideaalikaasuyhtälön avulla. Tätä varten sinun on tiedettävä ilman absoluuttinen paine ja lämpötila sekä sen kaasuvakio ja moolitilavuus. Tämän yhtälön avulla voit laskea ilman tiheyden kuivassa tilassa.

Käytännössä, saadaksesi selville, mikä on ilman tiheys eri lämpötiloissa, on kätevää käyttää valmiita pöytiä. Esimerkiksi annettu taulukko ilmakehän ilman tiheysarvoista riippuen sen lämpötilasta. Ilman tiheys taulukossa ilmaistaan ​​kilogrammoina kuutiometriä kohden ja on annettu lämpötila-alueella miinus 50 - 1200 celsiusastetta normaalissa ilmanpaineessa (101325 Pa).

Ilman tiheys lämpötilasta riippuen - taulukko

t, °С	ρ, kg/m3	t, °С	ρ, kg/m3	t, °С	ρ, kg/m3	t, °С	ρ, kg/m3
-50	1,584	20	1,205	150	0,835	600	0,404
-45	1,549	30	1,165	160	0,815	650	0,383
-40	1,515	40	1,128	170	0,797	700	0,362
-35	1,484	50	1,093	180	0,779	750	0,346
-30	1,453	60	1,06	190	0,763	800	0,329
-25	1,424	70	1,029	200	0,746	850	0,315
-20	1,395	80	1	250	0,674	900	0,301
-15	1,369	90	0,972	300	0,615	950	0,289
-10	1,342	100	0,946	350	0,566	1000	0,277
-5	1,318	110	0,922	400	0,524	1050	0,267
0	1,293	120	0,898	450	0,49	1100	0,257
10	1,247	130	0,876	500	0,456	1150	0,248
15	1,226	140	0,854	550	0,43	1200	0,239

25 °C:ssa ilman tiheys on 1,185 kg/m3. Kuumennettaessa ilman tiheys pienenee - ilma laajenee (sen tilavuus kasvaa). Nostamalla lämpötilaa esimerkiksi 1200 °C:seen asti saavutetaan erittäin alhainen ilman tiheys, joka on 0,239 kg/m3, mikä on 5 kertaa pienempi kuin sen arvo huoneenlämpötilassa. Yleensä lämmityksen vähentäminen mahdollistaa luonnollisen konvektion kaltaisen prosessin tapahtumisen ja sitä käytetään esimerkiksi ilmailussa.

Jos vertaamme ilman tiheyttä suhteessa, niin ilma on kevyempi kolmella suuruusluokalla - lämpötilassa 4 ° C, veden tiheys on 1000 kg / m 3 ja ilman tiheys on 1,27 kg / m 3. On myös tarpeen huomioida ilman tiheyden arvo normaaleissa olosuhteissa. Kaasujen normaaliolot ovat sellaisia, joissa niiden lämpötila on 0 °C ja paine on yhtä suuri kuin normaali ilmakehän paine. Eli taulukon mukaan ilman tiheys normaaleissa olosuhteissa (NU:ssa) on 1,293 kg / m 3.

Ilman dynaaminen ja kinemaattinen viskositeetti eri lämpötiloissa

Lämpölaskelmia suoritettaessa on tarpeen tietää ilman viskositeetin arvo (viskositeettikerroin) eri lämpötiloissa. Tätä arvoa tarvitaan Reynoldsin, Grashofin, Rayleighin lukujen laskemiseen, joiden arvot määrittävät tämän kaasun virtaustilan. Taulukko näyttää dynaamisten kertoimien arvot μ ja kinemaattista ν ilman viskositeetti lämpötila-alueella -50 - 1200 °C ilmakehän paineessa.

Ilman viskositeetti kasvaa merkittävästi lämpötilan noustessa. Esimerkiksi ilman kinemaattinen viskositeetti on yhtä suuri kuin 15,06 10 -6 m 2 / s lämpötilassa 20 ° C, ja lämpötilan noustessa 1200 ° C: een ilman viskositeetiksi tulee 233,7 10 -6 m 2 / s, eli se kasvaa 15,5 kertaa! Ilman dynaaminen viskositeetti 20°C lämpötilassa on 18,1·10 -6 Pa·s.

Kun ilmaa kuumennetaan, sekä kinemaattisen että dynaamisen viskositeetin arvot kasvavat. Nämä kaksi määrää ovat yhteydessä toisiinsa ilman tiheyden arvon kautta, jonka arvo pienenee, kun tätä kaasua kuumennetaan. Ilman (sekä muiden kaasujen) kinemaattisen ja dynaamisen viskositeetin kasvu lämmityksen aikana liittyy ilmamolekyylien voimakkaampaan värähtelyyn niiden tasapainotilan ympärillä (MKT:n mukaan).

Ilman dynaaminen ja kinemaattinen viskositeetti eri lämpötiloissa - taulukko

t, °С	μ 10 6, Pa s	ν 10 6, m 2 / s	t, °С	μ 10 6, Pa s	ν 10 6, m 2 / s	t, °С	μ 10 6, Pa s	ν 10 6, m 2 / s
-50	14,6	9,23	70	20,6	20,02	350	31,4	55,46
-45	14,9	9,64	80	21,1	21,09	400	33	63,09
-40	15,2	10,04	90	21,5	22,1	450	34,6	69,28
-35	15,5	10,42	100	21,9	23,13	500	36,2	79,38
-30	15,7	10,8	110	22,4	24,3	550	37,7	88,14
-25	16	11,21	120	22,8	25,45	600	39,1	96,89
-20	16,2	11,61	130	23,3	26,63	650	40,5	106,15
-15	16,5	12,02	140	23,7	27,8	700	41,8	115,4
-10	16,7	12,43	150	24,1	28,95	750	43,1	125,1
-5	17	12,86	160	24,5	30,09	800	44,3	134,8
0	17,2	13,28	170	24,9	31,29	850	45,5	145
10	17,6	14,16	180	25,3	32,49	900	46,7	155,1
15	17,9	14,61	190	25,7	33,67	950	47,9	166,1
20	18,1	15,06	200	26	34,85	1000	49	177,1
30	18,6	16	225	26,7	37,73	1050	50,1	188,2
40	19,1	16,96	250	27,4	40,61	1100	51,2	199,3
50	19,6	17,95	300	29,7	48,33	1150	52,4	216,5
60	20,1	18,97	325	30,6	51,9	1200	53,5	233,7

Huomautus: Ole varovainen! Ilman viskositeetti on annettu potenssilla 10 6 .

Ilman ominaislämpökapasiteetti lämpötiloissa -50 - 1200°С

Esitetään taulukko ilman ominaislämpökapasiteetista eri lämpötiloissa. Taulukon lämpökapasiteetti on annettu vakiopaineessa (ilman isobarinen lämpökapasiteetti) lämpötila-alueella miinus 50 - 1200°C kuivalle ilmalle. Mikä on ilman ominaislämpökapasiteetti? Ominaislämpökapasiteetin arvo määrittää lämpömäärän, joka on syötettävä yhteen kilogrammaan ilmaa vakiopaineessa, jotta sen lämpötila nousee 1 asteen. Esimerkiksi 20 °C:ssa 1 kg:n tätä kaasua lämmittämiseen 1 °C:lla isobarisessa prosessissa tarvitaan 1005 J lämpöä.

Ilman ominaislämpökapasiteetti kasvaa lämpötilan noustessa. Ilman massalämpökapasiteetin riippuvuus lämpötilasta ei kuitenkaan ole lineaarinen. Alueella -50 - 120°C sen arvo ei käytännössä muutu - näissä olosuhteissa ilman keskimääräinen lämpökapasiteetti on 1010 J/(kg deg). Taulukon mukaan on nähtävissä, että lämpötila alkaa vaikuttaa merkittävästi arvosta 130°C. Ilman lämpötila vaikuttaa kuitenkin sen ominaislämpökapasiteettiin paljon heikommin kuin sen viskositeetti. Joten kuumennettaessa 0 - 1200 °C, ilman lämpökapasiteetti kasvaa vain 1,2 kertaa - 1005 - 1210 J/(kg deg).

On huomattava, että kostean ilman lämpökapasiteetti on suurempi kuin kuivan ilman. Jos vertaamme ilmaa, on selvää, että veden arvo on suurempi ja ilman vesipitoisuus johtaa ominaislämmön kasvuun.

Ilman ominaislämpökapasiteetti eri lämpötiloissa - taulukko

t, °С	C p , J/(kg astetta)	t, °С	C p , J/(kg astetta)	t, °С	C p , J/(kg astetta)	t, °С	C p , J/(kg astetta)
-50	1013	20	1005	150	1015	600	1114
-45	1013	30	1005	160	1017	650	1125
-40	1013	40	1005	170	1020	700	1135
-35	1013	50	1005	180	1022	750	1146
-30	1013	60	1005	190	1024	800	1156
-25	1011	70	1009	200	1026	850	1164
-20	1009	80	1009	250	1037	900	1172
-15	1009	90	1009	300	1047	950	1179
-10	1009	100	1009	350	1058	1000	1185
-5	1007	110	1009	400	1068	1050	1191
0	1005	120	1009	450	1081	1100	1197
10	1005	130	1011	500	1093	1150	1204
15	1005	140	1013	550	1104	1200	1210

Lämmönjohtavuus, lämpödiffuusio, ilman Prandtl-luku

Taulukossa näkyvät ilmakehän ilman fysikaaliset ominaisuudet, kuten lämmönjohtavuus, lämpödiffuusio ja sen Prandtl-luku lämpötilasta riippuen. Ilman lämpöfysikaaliset ominaisuudet on annettu alueella -50 - 1200 °C kuivalle ilmalle. Taulukon mukaan voidaan nähdä, että ilmalla esitetyt ominaisuudet riippuvat merkittävästi lämpötilasta ja tämän kaasun tarkasteltavien ominaisuuksien lämpötilariippuvuus on erilainen.

Lab #1

Massa-isobaarisen määritelmä

ilman lämpökapasiteetti

Lämpökapasiteetti on lämpöä, joka on syötettävä aineen yksikkömäärään, jotta se lämpenee 1 K:lla. Aineen yksikkömäärä voidaan mitata kilogrammoina, kuutiometreinä normaaleissa fysikaalisissa olosuhteissa ja kilomoleina. Kilomooli kaasua on kaasun massa kilogrammoina, numeerisesti yhtä suuri kuin sen molekyylipaino. Näin ollen on olemassa kolmenlaisia ​​lämpökapasiteetteja: massa c, J/(kg⋅K); tilavuus c', J/(m3⋅K) ja molaarinen, J/(kmol⋅K). Koska kilomoolin kaasun massa on μ kertaa suurempi kuin yksi kilogramma, erillistä molaarisen lämpökapasiteetin nimitystä ei oteta käyttöön. Lämpökapasiteettien väliset suhteet:

jossa = 22,4 m3/kmol on ihanteellisen kaasun kilomoolin tilavuus normaaleissa fysikaalisissa olosuhteissa; on kaasun tiheys normaaleissa fysikaalisissa olosuhteissa, kg/m3.

Kaasun todellinen lämpökapasiteetti on lämmön johdannainen suhteessa lämpötilaan:

Kaasulle syötetty lämpö riippuu termodynaamisesta prosessista. Se voidaan määrittää isokoristen ja isobaristen prosessien termodynamiikan ensimmäisestä pääsäännöstä:

Tässä on lämpö, ​​joka syötetään 1 kg:aan kaasua isobarisessa prosessissa; on muutos kaasun sisäisessä energiassa; on kaasujen työ ulkoisia voimia vastaan.

Pohjimmiltaan kaava (4) muotoilee termodynamiikan 1. lain, josta seuraa Mayerin yhtälö:

Jos laitetaan = 1 K, niin eli kaasuvakion fysikaalinen merkitys on 1 kg kaasun työ isobarisessa prosessissa sen lämpötilan muuttuessa 1 K.

Mayerin yhtälö 1 kilomoolille kaasua on

missä = 8314 J/(kmol⋅K) on yleiskaasuvakio.

Mayer-yhtälön lisäksi kaasujen isobaariset ja isokoriset massalämpökapasiteetit ovat yhteydessä toisiinsa adiabaattisen indeksin k kautta (taulukko 1):

Taulukko 1.1

Ideaalikaasujen adiabaattisten eksponentien arvot

Kaasujen atomisuus
Monatomiset kaasut
Diatomiset kaasut
Kolmi- ja polyatomiset kaasut

TYÖN TAVOITE

Termodynamiikan peruslakien teoreettisen tiedon vahvistaminen. Ilman lämpökapasiteetin määritysmenetelmän käytännön kehittäminen energiataseeseen perustuen.

Ilman ominaismassalämpökapasiteetin kokeellinen määritys ja saadun tuloksen vertailu viitearvoon.

1.1. Laboratorion järjestelyn kuvaus

Asennus (kuva 1.1) koostuu messinkiputkesta 1, jonka sisähalkaisija on d =
= 0,022 m, jonka päässä on lämpöeristetty sähkökiuas 10. Putken sisällä liikkuu ilmavirta, jota syötetään 3. Ilmavirtaa voidaan ohjata puhaltimen nopeutta muuttamalla. Putkeen 1 on asennettu täyspaineinen putki 4 ja ylipaineinen staattinen paine 5, jotka on liitetty painemittareihin 6 ja 7. Lisäksi putkeen 1 on asennettu termopari 8, joka voi liikkua poikkileikkauksella samanaikaisesti putken kanssa. täysi paineputki. Termoparin EMF-arvo määritetään potentiometrillä 9. Putken läpi liikkuvan ilman lämpenemistä säädetään laboratorioautomuuntajalla 12 muuttamalla lämmittimen tehoa, joka määritetään ampeerimittarin 14 ja volttimittarin 13 lukemilla. Lämpötila lämmittimen ulostulossa määritetään lämpömittarilla 15.

1.2. KOKEELLINEN TEKNIIKKA

Kiukaan lämpövirtaus, W:

missä I on nykyinen, A; U – jännite, V; = 0,96; =
= 0,94 - lämpöhäviökerroin.

Kuva 1.1. Kokeellisen järjestelyn kaavio:

1 - putki; 2 - hämmentäjä; 3 – tuuletin; 4 - putki dynaamisen paineen mittaamiseen;

5 - haaraputki; 6, 7 – paine-eromittarit; 8 - lämpöpari; 9 - potentiometri; 10 - eristys;

11 - sähkölämmitin; 12 – laboratorioautomuuntaja; 13 - volttimittari;

14 - ampeerimittari; 15 - lämpömittari

Ilman havaitsema lämpövirta, W:

missä m on ilman massavirtaus, kg/s; – kokeellinen, ilman isobarinen massalämpökapasiteetti, J/(kg K); – ilman lämpötila lämmitysosan ulostulossa ja sen sisäänkäynnissä, °C.

Ilman massavirta, kg/s:

. (1.10)

Tässä on keskimääräinen ilmannopeus putkessa, m/s; d on putken sisähalkaisija, m; - ilman tiheys lämpötilassa, joka saadaan kaavalla, kg/m3:

, (1.11)

jossa = 1,293 kg/m3 on ilman tiheys normaaleissa fysikaalisissa olosuhteissa; B – paine, mm. rt. st; - ylimääräinen staattinen ilmanpaine putkessa, mm. vettä. Taide.

Ilman nopeudet määritetään dynaamisen pään avulla neljässä yhtä suuressa osassa, m/s:

missä on dynaaminen pää, mm. vettä. Taide. (kgf/m2); g = 9,81 m/s2 on vapaan pudotuksen kiihtyvyys.

Keskimääräinen ilmannopeus putkiosuudessa, m/s:

Ilman keskimääräinen isobarinen massalämpökapasiteetti määritetään kaavasta (1.9), johon lämpövuo korvataan yhtälöstä (1.8). Ilman lämpökapasiteetin tarkka arvo keskimääräisessä ilman lämpötilassa saadaan keskimääräisten lämpökapasiteettien taulukosta tai empiirisen kaavan J / (kg⋅K) mukaan:

. (1.14)

Kokeen suhteellinen virhe, %:

. (1.15)

1.3. Kokeen suorittaminen ja käsittely

mittaustulokset

Koe suoritetaan seuraavassa järjestyksessä.

1. Laboratorioteline käynnistetään ja sen jälkeen, kun kiinteä tila on asetettu, otetaan seuraavat lukemat:

Dynaaminen ilmanpaine putken yhtäläisten osien neljässä kohdassa;

Liiallinen staattinen ilmanpaine putkessa;

Virta I, A ja jännite U, V;

Tuloilman lämpötila, °С (termopari 8);

Poistolämpötila, °С (lämpömittari 15);

Barometrinen paine B, mm. rt. Taide.

Koe toistetaan seuraavaa tilaa varten. Mittaustulokset on merkitty taulukkoon 1.2. Laskelmat suoritetaan taulukossa. 1.3.

Taulukko 1.2

Mittataulukko

	Arvon nimi
	Tuloilman lämpötila, °C
	Poistoilman lämpötila, °C
	Dynaaminen ilmanpaine, mm. vettä. Taide.
	Liian suuri staattinen ilmanpaine, mm. vettä. Taide.
	Barometrinen paine B, mm. rt. Taide.
	Jännite U, V

Taulukko 1.3

Laskentataulukko

	Määrien nimet
	Dynaaminen pää, N/m2
	Keskimääräinen tuloveden lämpötila, °C

Tavoite: ilman isobarisen lämpökapasiteetin määritys virtauskalorimetrimenetelmällä.

Harjoittele:

Määritä kokeellisesti ilman keskimääräinen tilavuus isobarinen lämpökapasiteetti.

Laske saatujen kokeellisten tietojen perusteella ilman keskimääräinen massa ja molaariset isobaariset lämpökapasiteetit sekä keskimääräiset massa-, tilavuus- ja molaariset lämpökapasiteetit.

Määritä ilman adiabaattinen eksponentti.

Vertaa saatuja tietoja taulukkoon.

Anna arvio kokeellisten tietojen tarkkuudesta.

TÄRKEIMMÄT SÄÄNNÖKSET.

Lämpökapasiteetti- ominaisuus, joka osoittaa, kuinka paljon lämpöä on tuotava järjestelmään, jotta sen lämpötila muuttuisi yhdellä asteella.

Tässä formulaatiossa lämpökapasiteetilla on laaja parametri, ts. riippuen järjestelmän ainemäärästä.

Tässä tapauksessa on mahdotonta mitata eri materiaalien lämpöominaisuuksia vertaamalla niitä toisiinsa. Käytännön kannalta paljon informatiivisempi parametri on ns ominaislämpö.

Ominaislämpö osoittaa, kuinka paljon lämpöä on tuotava aineen määräyksikköön, jotta se kuumenee yhdellä asteella.

Riippuen yksiköistä, joissa aineen määrä mitataan, on:

ominaismassalämpökapasiteetti (C). SI-järjestelmässä se mitataan

;

Eri tyyppisiä ominaislämpökapasiteettia on kytketty toisiinsa:

,

missä
- vastaavasti ominaismassa, tilavuus- ja molaarinen lämpökapasiteetti;

- kaasun tiheys normaaleissa fysikaalisissa olosuhteissa, kg/m 3 ;

- kaasun moolimassa, kg/kmol;

- yhden kilomoolin tilavuus ihanteellista kaasua normaaleissa fysikaalisissa olosuhteissa.

Yleensä lämpökapasiteetti riippuu lämpötilasta, jossa se määritetään.

Tietyllä lämpötila-arvolla määritetty lämpökapasiteetti, ts. kun järjestelmän lämpötilan muutos tietyllä hetkellä pyrkii nollaan
, kutsutaan todellinen lämpökapasiteetti.

Lämmönsiirtoprosessien teknisten laskelmien suorittaminen yksinkertaistuu kuitenkin huomattavasti, jos oletetaan, että kun prosessi suoritetaan järjestelmän lämpötilan muutoksen alueella ennen lämpökapasiteetti ei riipu lämpötilasta ja pysyy vakiona. Tässä tapauksessa ns keskimääräinen lämpökapasiteetti.

Keskimääräinen lämpökapasiteetti
– järjestelmän lämpökapasiteetti on vakio lämpötila-alueella alkaen ennen .

Lämpökapasiteetti riippuu järjestelmän lämmönsyöttöprosessin luonteesta. Isobaarisessa prosessissa järjestelmän lämmittämiseksi yhdellä asteella on syötettävä enemmän lämpöä kuin isokorisessa prosessissa. Tämä johtuu siitä, että isobarisessa prosessissa lämpöä kulutetaan paitsi järjestelmän sisäisen energian muuttamiseen, kuten isokorisessa prosessissa, myös järjestelmän suorittamaan tilavuuden muuttamiseen.

Erota tässä suhteessa isobaarinen
ja isokorinen
lämpökapasiteetti, ja isobarinen lämpökapasiteetti on aina suurempi kuin isokoorinen. Näiden lämpökapasiteettityyppien välinen suhde määräytyy Mayerin kaavalla:

missä - kaasuvakio, J/(kgdeg).

Tämän kaavan käytännön soveltamisessa on oltava varovainen määrien mittojen vastaavuuden suhteen
,
ja . Tässä tapauksessa on esimerkiksi tarpeen käyttää ominaismassan lämpökapasiteettia. Tämä kaava pätee myös muun tyyppisille ominaislämpökapasiteeteille, mutta laskentavirheiden välttämiseksi on aina tarpeen kiinnittää huomiota kaavaan sisältyvien määrien mittojen vastaavuuteen. Esimerkiksi kun sitä käytetään sen sijaan yleinen kaasuvakio lämpökapasiteetin on oltava tietty molaarinen jne.

Isotermisessä prosessissa kaikki järjestelmään syötetty lämpö kuluu ulkoiseen työhön, eikä sisäinen energia ja siten lämpötila muutu. Järjestelmän lämpökapasiteetti tällaisessa prosessissa on äärettömän suuri. Adiabaattisessa prosessissa järjestelmän lämpötila muuttuu ilman lämmönvaihtoa ulkoisen ympäristön kanssa, mikä tarkoittaa, että järjestelmän lämpökapasiteetti tällaisessa prosessissa on nolla. Tästä syystä ei ole olemassa käsitteitä isotermisestä tai adiabaattisesta lämpökapasiteetista.

Tässä työssä käytetään virtauskalorimetrimenetelmää ilman lämpökapasiteetin määrittämiseen. Laboratorion järjestelykaavio on esitetty kuvassa 1.

Kuva 1. Laboratoriotelineen kaavio

Ilmaa syötetään tuulettimella 1 kalorimetriin, joka on putki 2, joka on valmistettu alhaisen lämmönjohtavuuden omaavasta materiaalista ja ulkoisesta lämmöneristyksestä 3, joka on välttämätön lämpöhäviöiden estämiseksi ympäristöön. Kalorimetrin sisällä on sähkökiuas 4. Kiuas saa virtaa vaihtovirtaverkosta jännitesäätimen 5 kautta. Sähkölämmittimen teho mitataan wattimittarilla 6. Ilman lämpötilan mittaamiseen tulo- ja ulostulossa. kalorimetriä, käytetään termopareja 7, jotka on kytketty kytkimen 8 kautta lämpö-EMF 9 -mittauslaitteeseen. Kalorimetrin läpi kulkevaa ilmavirtaa muuttaa säädin 10 ja se mitataan kellukekiertomittarilla 11.

TYÖN SUORITUSJÄRJESTYS.

Hanki alkutiedot ja päällikön lupa työn suorittamiseen

Käynnistä tuuletin ja aseta haluttu ilmavirtaus.

Aseta haluttu arvo sähkölämmittimen teholle.

Kiinteän lämpötilajärjestelmän luomisen jälkeen (ohjataan lämpötila-anturin lukemilla kalorimetrin ulostulossa) mitataan ilman lämpötila kalorimetrin sisään- ja ulostulossa, ilmavirtaus ja lämmittimen teho. Mittaustulokset kirjataan koetietotaulukkoon (katso taulukko 1).

Pöytä 1.

Perustetaan uusi lämpötilajärjestelmä ja tehdään toistuvia mittauksia. Mittaukset on suoritettava 2, 3 eri moodissa.

Mittausten päätyttyä saa kaikki valvontaelimet alkuperäiseen tilaan ja sammuta laite.

Mittaustulosten perusteella määritetään ilman keskimääräisen tilavuuden isobarisen lämpökapasiteetin arvo:

missä
- ilmaan syötetyn lämmön määrä kalorimetrissä, W. Se on yhtä suuri kuin lämmittimen sähköteho;

- vastaavasti ilman lämpötila kalorimetrin tulo- ja poistoaukossa, K;

- tilavuusilmavirta kalorimetrin läpi, alennettu normaaleihin fyysisiin olosuhteisiin, m 3 / s;

Ilmavirran saattamiseksi kalorimetrin läpi normaaleihin olosuhteisiin käytetään ihanteellisen kaasun tilayhtälöä, joka on kirjoitettu normaaleille fysikaalisille olosuhteille ja koeolosuhteille:

,

jossa vasemmalla puolella ovat kalorimetrin sisääntulon ilman parametrit ja oikealla puolella - normaaleissa fyysisissä olosuhteissa.

Arvot löytymisen jälkeen
jokaista vastaava tutkitut tilat, arvo määritetään
, joka on otettu estimaatiksi ilman lämpökapasiteetin kokeellisesta arvosta ja jota käytetään jatkolaskelmissa.

, kJ/kg;

Ilman adiabaattinen indeksi määritetään suhteen perusteella

;

Vertaa saatuja isobarisen ja isokorisen lämpökapasiteetin arvoja taulukkoarvoihin (katso liite 1) ja arvioi saatujen koetietojen tarkkuus.

Kirjaa tulokset taulukkoon 2.

Taulukko 2.

TESTIKYSYMYKSIÄ.

Mikä on lämpökapasiteetti?

Mitkä ovat ominaislämpökapasiteetin tyypit?

Mikä on keskimääräinen ja todellinen lämpökapasiteetti?

Mitä kutsutaan isobaariseksi ja isokoriseksi lämpökapasiteetiksi? Miten ne liittyvät toisiinsa?

Kumpi kahdesta lämpökapasiteetista on suurempi: C p vai C v ja miksi? Anna selitys termodynamiikan 1. pääsäännön perusteella.

Mayerin kaavan käytännön soveltamisen piirteet?

Miksi isotermisen ja adiabaattisen lämpökapasiteetin käsitteitä ei ole olemassa?

Liite 1.

Ilman lämpökapasiteetti lämpötilasta riippuen

TUTKIMUS PROSESSIN ADIABAATTISTA KAASUN VIRTAUKSESTA KÄÄNTYVÄN SUUTIN LÄPI.

Tavoite: kokeellinen ja teoreettinen tutkimus kaasun ulosvirtausprosessin termodynaamisista ominaisuuksista suppenevasta suuttimesta.

Harjoittele:

1. Määritä tietylle kaasulle todellisen ulosvirtausnopeuden ja virtausnopeuden riippuvuus käytettävissä olevasta paine-erosta ennen ja jälkeen suuttimen.

TÄRKEIMMÄT SÄÄNNÖKSET.

Kanavien kautta tapahtuvan kaasun liikkumisen prosessien termodynaaminen tutkimus on erittäin käytännönläheistä. Kaasun ulosvirtauksen teorian päämääräyksiä käytetään höyry- ja kaasuturbiinien, suihkumoottoreiden, kompressorien, pneumaattisten käyttölaitteiden ja monien muiden teknisten järjestelmien virtausreitin laskennassa.

Muuttuvan poikkileikkauksen omaavaa kanavaa, jonka läpi kulkiessaan kaasuvirtaus laajenee paineen laskeessa ja nopeuden kasvaessa, kutsutaan ns. suutin. Suuttimissa kaasun paineen potentiaalienergia muunnetaan virtauksen kineettiseksi energiaksi. Jos kanavassa työnesteen paine kasvaa ja sen liikenopeus laskee, niin tällainen kanava on ns. diffuusori. Diffuusoreissa kaasun potentiaalienergian lisäys tapahtuu vähentämällä sen liike-energiaa.

Kaasun ulosvirtausprosessin teoreettisen kuvauksen yksinkertaistamiseksi tehdään seuraavat oletukset:

kaasu on ihanteellinen;

kaasussa ei ole sisäistä kitkaa, ts. viskositeetti;

vanhenemisprosessissa ei ole peruuttamattomia menetyksiä;

kaasuvirtaus on tasaista ja paikallaan, ts. missä tahansa virtauksen poikkileikkauksen kohdassa virtausnopeus w ja kaasun tilaparametrit (p, v, T) ovat samat eivätkä muutu ajan myötä;

virtaus on yksiulotteinen, ts. virtausominaisuudet muuttuvat vain virtaussuunnassa;

virtauksen ja ulkoisen ympäristön välillä ei tapahdu lämmönvaihtoa, ts. ulosvirtausprosessi on adiabaattinen.

Kaasun ulosvirtausprosessin teoreettinen kuvaus perustuu seuraaviin yhtälöihin.

Ideaalikaasun tilayhtälö

,

jossa R on kaasuvakio;

T on kaasuvirran absoluuttinen lämpötila.

Adiabaattinen yhtälö (Poissonin yhtälö)

jossa p on absoluuttinen kaasun paine;

k on adiabaattinen eksponentti.

Virtauksen jatkuvuuden yhtälö

jossa F on virtauksen poikkileikkausala;

w on virtausnopeus;

v on kaasun ominaistilavuus.

Bernoullin yhtälö kokoonpuristuvalle työnesteelle, kun otetaan huomioon sisäisen kitkan puuttuminen

Tämä yhtälö osoittaa, että kaasun paineen kasvaessa sen nopeus ja liike-energia aina pienenevät, ja päinvastoin, paineen pienentyessä kaasun nopeus ja liike-energia kasvavat.

Termodynamiikan 1. lain yhtälö virtaukselle.

Termodynamiikan 1. pääsääntö on yleisessä tapauksessa seuraava

,

missä
on järjestelmään syötetyn lämmön perusmäärä;

on elementaarinen muutos järjestelmän sisäisessä energiassa;

on järjestelmän suorittaman äänenvoimakkuuden muutoksen perustyö.

Liikkuvan termodynaamisen järjestelmän (liikkuvan kaasun virtaus) tapauksessa osa tilavuuden muutostyöstä kuluu ulkoisten painevoimien voittamiseen, ts. kaasun liikkumista varten. Tämä osa kokonaistyöstä on ns työntävä työ. Loput äänenvoimakkuuden säätötyöstä voidaan käyttää hyödyllisesti esimerkiksi turbiinin pyörän pyörittämiseen. Tätä järjestelmän yleisen toiminnan osaa kutsutaan käytettävissä tai tekninen työ.

Siten kaasuvirtauksen tapauksessa tilavuuden muutostyö koostuu kahdesta termistä - työntötyöstä ja teknisestä (käytettävissä olevasta) työstä:

missä
- alkeet työntötyöt;

- tekninen alkeistyö

Silloin virtauksen termodynamiikan 1. pääsääntö on muoto

,

missä
- perusmuutos järjestelmän entalpiassa.

Adiabaattisen ulosvirtauksen tapauksessa

Siten klo adiabaattinen ulosvirtaus, tekninen työ suoritetaan kaasuentalpian menetyksen vuoksi.

Perustuu yllä oleviin oletuksiin kaasun ulosvirtauksen tapauksessa rajoittamattoman kapasiteetin astiasta (tässä tapauksessa kaasun alkunopeus
) saadut kaavat teoreettisen nopeuden määrittämiseksi ja kaasun massavirtaus suuttimen ulostuloosassa:

tai

missä
- kaasun paine ja lämpötila suuttimen sisääntuloosassa;

- virtauksen ominaisentalpia, vastaavasti, suuttimen sisääntulossa ja suuttimen ulostulossa;

- adiabaattinen indeksi;

- kaasuvakio;

- paineiden suhde suuttimen ulostulossa ja sisääntulossa suuttimeen;

- suuttimen poisto-osan alue.

Saatujen kaavojen analyysi osoittaa, että hyväksytyn teorian mukaan teoreettisen nopeuden ja massavirran riippuvuuksien painesuhteesta  tulisi olla muoto, joka esitetään kaavioissa T-kirjaimella merkittyjen käyrien avulla (ks. kuva 1 ja kuva 2). Kaavioista seuraa, että teorian mukaan kun :n arvot pienenevät 1:stä 0:aan, pakokaasun nopeuden tulisi jatkuvasti kasvaa (ks. kuva 1), ja massavirtaus kasvaa ensin tiettyyn maksimiarvoon , ja sen pitäisi sitten laskea arvoon 0, kun = 0 (katso kuva 2).

Kuva 1. Ulosvirtausnopeuden riippuvuus painesuhteesta 

Kuva 2. Massavirran riippuvuus painesuhteesta 

Kuitenkin kokeellisessa tutkimuksessa kaasujen ulosvirtauksesta suppenevasta suuttimesta havaittiin, että kun  laskee 1:stä 0:aan, todellinen ulosvirtausnopeus ja vastaavasti todellinen virtausnopeus kasvavat ensin täysin hyväksytyn mukaisesti. prosessin teoriassa, mutta saavutettuaan niiden arvojen maksimiarvot :n edelleen pienentyessä nollaan pysyvät ennallaan

Näiden riippuvuuksien luonne on esitetty kaavioissa D-kirjaimella merkittyjen käyrien avulla (ks. kuva 1 ja kuva 2).

Fyysisen selityksen teoreettisen riippuvuuden ja kokeellisen tiedon väliselle erolle ehdotti ensimmäisen kerran vuonna 1839 ranskalainen tiedemies Saint-Venant. Se vahvistettiin lisätutkimuksissa. Tiedetään, että mikä tahansa, jopa heikko kiinteän väliaineen häiriö, etenee siinä äänen nopeudella. Suuttimen läpi häiriölähdettä kohti liikkuvassa virtauksessa häiriön siirtymisnopeus suuttimeen, ts. virtaussuuntaa vastaan ​​on pienempi itse virtauksen nopeuden arvolla. Tämä on häiriön niin kutsuttu suhteellinen etenemisnopeus, joka on yhtä suuri kuin
. Kun häiriöaalto kulkee suuttimen sisällä koko virtauksen verran, tapahtuu vastaava paineiden uudelleenjakauma, jonka seurauksena teorian mukaan ulosvirtausnopeus ja kaasuvirtaus lisääntyvät. Vakiokaasun paineessa suuttimen sisääntulossa P 1 = const, sen väliaineen paineen lasku, johon kaasu virtaa, vastaa β:n arvon laskua.

Jos kuitenkin väliaineen paine, johon kaasu virtaa, laskee tiettyyn arvoon, jossa ulosvirtausnopeus suuttimen ulostulossa tulee samaksi kuin paikallinen äänennopeus, häiriöaalto ei pääse leviämään suuttimen sisällä, koska sen suhteellinen etenemisnopeus väliaineessa liikettä vastakkaiseen suuntaan on yhtä suuri kuin nolla:

.

Tässä suhteessa paineen uudelleenjakautuminen suuttimen virtauksessa ei voi tapahtua, ja kaasun ulosvirtausnopeus suuttimen ulostulossa pysyy ennallaan ja vastaa paikallista äänennopeutta. Toisin sanoen virtaus ikään kuin "puhaltaa" ulos ulkopuolelta syntyneen harvinaisuuden suuttimesta. Huolimatta siitä, kuinka paljon suuttimen takana olevan väliaineen absoluuttinen paine ei laske entisestään, ulosvirtausnopeus ja siten virtausnopeus ei enää kasva, koska kuvaannollisesti sanoen Reynoldsin mukaan "suutin lakkaa tuntemasta mitä sen ulkopuolella tapahtuu" tai, kuten joskus sanotaan, "suutin on lukittu". Jonkinlainen analogia tälle ilmiölle on tilanne, joka joskus voidaan havaita, kun voimakas vastatuuli puhaltaa pois henkilön äänen ja keskustelukumppani ei kuule hänen sanojaan edes ollessaan hyvin lähellä, jos tuuli puhaltaa hänestä kohti puhuja.

Ulosvirtaustilaa, jossa ulosvirtausnopeus suuttimen ulostulossa saavuttaa paikallisen äänennopeuden, on ns. kriittinen tila. Vanhenemisprosentti , kulutus ja painesuhde tätä tilaa vastaavia kutsutaan myös kriittinen. Tämä tila vastaa uloshengityksen nopeuden ja virtausnopeuden maksimiarvoja, jotka voidaan saavuttaa, kun kaasu virtaa tavanomaisen konvergoivan suuttimen läpi. Kriittinen painesuhde määritetään kaavalla

,

missä k on adiabaattinen eksponentti.

Kriittinen painesuhde riippuu vain kaasutyypistä ja on vakio tietylle kaasulle. Esimerkiksi:

yksiatomisille kaasuille k = 1,66 ja  - 0,489;

kahdelle atomikaasulle ja ilmalle k = 1,4 ja  - 0,528

3- ja moniatomisille kaasuille k = 1,3 ja  - 0,546.

Siten teoreettiset riippuvuudet ulosvirtausnopeuden ja kaasun virtausnopeuden määrittämiseksi, jotka on saatu hyväksyttyjen oletusten puitteissa, pätevät itse asiassa vain arvojen alueella
. Arvoille
virtausnopeus ja virtaus pysyvät itse asiassa vakiona ja maksimissaan tietyissä olosuhteissa.

Lisäksi todellisissa virtausolosuhteissa todellinen ulosvirtausnopeus ja kaasun virtausnopeus suuttimen ulostulossa, jopa arvoilla
ovat jonkin verran pienempiä kuin vastaavat teoreettiset arvot. Tämä johtuu suihkun kitkasta suuttimen seiniä vasten. Lämpötila suuttimen ulostulossa on jonkin verran korkeampi kuin teoreettinen lämpötila. Tämä johtuu siitä, että osa kaasuvirran käytettävissä olevasta työstä hajoaa ja muunnetaan lämmöksi, mikä johtaa lämpötilan nousuun.

LABORATORIOTELINEEN KUVAUS.

Kaasun ulosvirtausprosessin tutkimus suuttimesta suoritetaan laitteistossa, joka perustuu todellisten fysikaalisten prosessien simulointimenetelmään. Asennus koostuu työskentelyalueen malliin kytketystä PC:stä, ohjauspaneelista ja mittalaitteista. Asennuskaavio on esitetty kuvassa 3.

Kuva 3. Kaavio laitteistosta kaasun ulosvirtausprosessin tutkimiseksi

Asennuksen työosa on putki, johon on asennettu tutkittu suppeneva suutin 3, jonka ulostulon halkaisija on d= 1,5 mm. Kaasun (ilma, hiilidioksidi (CO 2), helium (He)) virtaus suuttimen läpi aikaansaadaan tyhjiöpumpulla 5. Kaasun paine tuloaukossa on sama kuin barometrinen paine (P 1 =B). Kaasun virtausnopeutta G ja virtausnopeutta w säätelee venttiili 4. Toimintatavat määräytyy suuttimen P 3 takana olevalla tyhjiöllä, joka tallennetaan digitaaliseen indikaattoriin 6. Kaasun virtausnopeus mitataan mittauslaitteen avulla. kalvo, jonka halkaisija d d = 5 mm. Painehäviö kalvon yli H tallennetaan digitaaliseen ilmaisimen 7 ja kopioidaan PC-näytön näytölle. Harvinaisuus P 2 suuttimen ulostuloosassa tallentuu myös digitaaliseen indikaattoriin 6 ja näyttöruutuun. Kalibroidun reiän = 0,95 mittauskalvon virtauskerroin määritetään kalibroinnin tuloksena.

TYÖN SUORITUSJÄRJESTYS.

Yhdistä asennus verkkoon, keskustele tietokoneeseen upotetun kokeiluohjelman kanssa.

Valitse kokeen kaasutyyppi.

Käynnistä tyhjiöpumppu. Tämä luo tyhjiön venttiilin 4 taakse, joka näkyy monitorin näytöllä.

Avaamalla asteittain venttiili 4, asetetaan minimityhjiö

P 3 = 0,1 atm, mikä vastaa 1. tilaa. Tämä käynnistää kaasun virtauksen.

Syötä kokeen protokollaan (taulukko 1) digitaalisilla indikaattoreilla 6 ja 7 kiinnitetyt numeroarvotP 3 ,P 2 ,H.

Suorita arvojen P 2 ,H mittaukset seuraaville moodeille, jotka vastaavat tyhjiöpumpun synnyttämän alipaineen arvoja,

P3 = 0,2; 0,3; 0,4; 0.5…..0.9 klo. Syötä mittaustulokset taulukkoon 1

Pöytä 1.

Kaasunpaine suuttimen sisääntulossa P 1 =B= Pa.

Kaasun lämpötila suuttimen sisääntulossa t 1 =C.

	Tila nro	Mittaustulokset

MITTAUSTULOSTEN KÄSITTELY.

Määritetään sen suuttimen takana olevan väliaineen P 3 absoluuttinen paine, johon kaasu virtaa ulos

, Pa

4.2. Määritetään absoluuttinen kaasun paine P 2 suuttimen ulostuloosassa

, Pa

Kaasun todellinen massavirtaus määräytyy painehäviön H suuruuden mukaan mittauskalvon poikki

, kg/s

missä
- mittauskalvon virtausnopeus;

- painehäviö mittauskalvon yli, Pa;

- kaasun tiheys, kg/m3;

- barometrinen paine, Pa;

- kaasuvakio, J/(kg∙deg);

- kaasun lämpötila, С;

- mittausaukon halkaisija.

4.4 Koska ulosvirtausprosessi on adiabaattinen, kaasun teoreettinen lämpötila T 2 suuttimen ulostulossa määritetään käyttämällä adiabaattisen prosessin tunnettua suhdetta:

4.5 Todellinen uloshengityksen nopeus määritetään ja kaasun lämpötila suuttimen ulostuloosassa

, neiti;

missä - kaasun todellinen massavirtaus, kg/s;

- vastaavasti kaasun lämpötila (K) ja paine (Pa) suuttimen ulostuloosassa;

- suuttimen poisto-osan alue;

- suuttimen ulostuloosan halkaisija.

Toisaalta, perustuen virtauksen termodynamiikan ensimmäiseen pääsääntöön

missä
- kaasun ominaisentalpia, vastaavasti, suuttimen sisään- ja ulostulossa, J/kg;

- kaasun lämpötila, vastaavasti, suuttimen sisään- ja ulostulossa, K;

- kaasun isobarinen ominaislämpökapasiteetti, J/(kgdeg);

Tasaamalla yhtälöiden (17) ja (18) oikeat osat ja ratkaisemalla tuloksena oleva toisen asteen yhtälö T2:lle, määritetään todellinen kaasun lämpötila suuttimen ulostuloosassa.

tai

,

missä
;

;

.

4.6. Kaasun teoreettinen massavirtausnopeus adiabaattisen ulosvirtauksen aikana määritetään

, kg/s;

missä - suuttimen poisto-osan pinta-ala, m 2 ;

- absoluuttinen kaasun paine suuttimen sisääntulossa, Pa;

- kaasun lämpötila suuttimen sisääntulossa, K;

- kaasuvakio, J/(kgdeg);

on adiabaattinen indeksi.

4.7. Teoreettinen kaasun virtausnopeus määritetään

missä - kaasun lämpötila suuttimen sisääntuloosassa;

- adiabaattinen indeksi;

- kaasuvakio;

- painesuhde;

- väliaineen absoluuttinen paine, johon kaasu virtaa ulos, Pa;

- absoluuttinen kaasun paine suuttimen sisääntulossa, Pa.

4.8 Suurin teoreettinen kaasun virtausnopeus määritetään
(ulosvirtaus tyhjiöön, kun P 3 = 0) ja paikallinen teoreettinen äänen nopeus (kriittinen nopeus)
.

4.9. Laskentatulokset syötetään taulukkoon 2.

Taulukko 2.

Laskentatulokset

4.10. Koordinaateissa
ja
riippuvuuskaavioita rakennetaan, ja myös riippuvuuskaavio
. Kaaviot määrittelevät kriittisen painesuhteen arvon ,

jota verrataan laskettuun

.

4.11 Tee laskelmien tulosten ja graafisten rakenteiden perusteella johtopäätös seuraavista:

Miten teoreettinen ulosvirtausnopeus ja kaasun virtausnopeus riippuvat painesuhteesta β?

Kuinka todellinen ulosvirtausnopeus ja kaasun virtausnopeus riippuvat painesuhteesta β?

Miksi todellisen ulosvirtausnopeuden ja kaasun virtausnopeuden arvot ovat pienempiä kuin vastaavat teoreettiset arvot samoissa ulkoisissa olosuhteissa?

TESTIKYSYMYKSIÄ.

Mitä oletuksia on tehty kaasun ulosvirtausprosessin termodynamiikan teoreettisessa kuvauksessa?

Mitä peruslakeja käytetään teoreettisesti kuvaamaan ulosvirtausprosessia?

Mistä komponenteista kaasuvirtaus tekee työtä, kun se virtaa suuttimen läpi?

Mikä on suhde entalpian ja kaasuvirran teknisen työn välillä adiabaattisessa ulosvirtauksessa?

Mikä on kriittinen virtausjärjestelmä ja miten se luonnehtii?

Miten selittää fysikaalisesta näkökulmasta eroavaisuus teoreettisten ja kokeellisten riippuvuuksien välillä ulosvirtausnopeuden ja virtausnopeuden välillä :stä?

Miten todelliset ulosvirtausolosuhteet vaikuttavat kaasun nopeuteen, virtausnopeuteen ja lämpötilaan suuttimen ulostulossa?