परिवहन ऊर्जा (ठंडा परिवहन) हवा में नमीं। ताप क्षमता और हवा की तापीय धारिता

हवा में नमीं। ताप क्षमता और हवा की तापीय धारिता

वायुमंडलीय हवा शुष्क हवा और जल वाष्प (0.2% से 2.6% तक) का मिश्रण है। इस प्रकार, हवा को लगभग हमेशा नम माना जा सकता है।

शुष्क वायु और जलवाष्प के यांत्रिक मिश्रण को कहते हैं नम हवाया हवा/भाप मिश्रण। ज्यादा से ज्यादा संभव सामग्रीहवा में वाष्पशील नमी एम ए एसतापमान पर निर्भर टीऔर दबाव पीमिश्रण। जब यह बदलता है टीतथा पीहवा शुरू में असंतृप्त से जल वाष्प के साथ संतृप्ति की स्थिति में जा सकती है, और फिर अतिरिक्त नमी गिरना शुरू हो जाएगी गैस की मात्राऔर कोहरे, ठंढ या बर्फ के रूप में सतहों को घेरने पर।

नम हवा की स्थिति को चिह्नित करने वाले मुख्य पैरामीटर हैं: तापमान, दबाव, विशिष्ट मात्रा, नमी की मात्रा, पूर्ण और सापेक्ष आर्द्रता, आणविक भार, गैस स्थिरांक, ताप क्षमता और तापीय धारिता।

गैस मिश्रण के लिए डाल्टन के नियम के अनुसार गीली हवा कुल दबाव (पी)एक योग है आंशिक दबावशुष्क हवा आर सी और जल वाष्प आर पी: पी \u003d आर सी + आर पी।

इसी तरह, नम हवा का आयतन V और द्रव्यमान m संबंधों द्वारा निर्धारित किया जाएगा:

वी \u003d वी सी + वी पी, एम \u003d एम सी + एम पी।

घनत्वतथा आर्द्र हवा की विशिष्ट मात्रा (v)परिभाषित:

नम हवा का आणविक भार:

जहां बी बैरोमीटर का दबाव है।

चूँकि सुखाने की प्रक्रिया के दौरान हवा की नमी लगातार बढ़ती है, और वाष्प-वायु मिश्रण में शुष्क हवा की मात्रा स्थिर रहती है, सुखाने की प्रक्रिया का अंदाजा इस बात से लगाया जाता है कि प्रति 1 किलो शुष्क हवा में जल वाष्प की मात्रा कैसे बदलती है, और सभी संकेतक वाष्प-वायु मिश्रण (गर्मी क्षमता, नमी की मात्रा, तापीय धारिता और आदि) नम हवा में 1 किलो शुष्क हवा को संदर्भित करता है।

डी \u003d एम पी / एम सी, जी / किग्रा, या, एक्स \u003d एम पी / एम सी।

पूर्ण वायु आर्द्रता- नम हवा के 1 मीटर 3 में भाप का द्रव्यमान। यह मान संख्यात्मक रूप से के बराबर है।

सापेक्षिक आर्द्रता -दी गई शर्तों के तहत असंतृप्त हवा की पूर्ण आर्द्रता और संतृप्त हवा की पूर्ण आर्द्रता का अनुपात है:

यहाँ, लेकिन अधिक बार सापेक्षिक आर्द्रता को प्रतिशत के रूप में दिया जाता है।

नम हवा के घनत्व के लिए, संबंध सत्य है:

विशिष्ट ऊष्माआद्र हवा:

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

जहाँ c c शुष्क हवा की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता है, c c = 1.0;

सी पी - भाप की विशिष्ट ताप क्षमता; एन = 1.8 के साथ।

शुष्क हवा की ताप क्षमता पर निरंतर दबावऔर अनुमानित गणना के लिए छोटे तापमान रेंज (100 ° C तक) को 1.0048 kJ / (kg × ° C) के बराबर स्थिर माना जा सकता है। अतितापित भाप के लिए, औसत समदाब रेखीय ताप क्षमता पर वायुमण्डलीय दबावऔर ओवरहीटिंग की निम्न डिग्री को भी स्थिर और 1.96 kJ/(kg×K) के बराबर लिया जा सकता है।

एन्थैल्पी (i) नम हवा की- यह इसके मुख्य मापदंडों में से एक है, जिसका व्यापक रूप से सुखाने वाले प्रतिष्ठानों की गणना में उपयोग किया जाता है, मुख्य रूप से सूखने वाली सामग्री से नमी के वाष्पीकरण पर खर्च की गई गर्मी का निर्धारण करने के लिए। नम वायु की तापीय धारिता वाष्प-वायु मिश्रण में एक किलोग्राम शुष्क वायु से संबंधित होती है और इसे शुष्क वायु और जलवाष्प की एन्थैल्पी के योग के रूप में परिभाषित किया जाता है, अर्थात

मैं \u003d आई सी + आई पी × एक्स, केजे / किग्रा।

मिश्रण की तापीय धारिता की गणना करते समय प्रस्थान बिंदूप्रत्येक घटक की एन्थैल्पी गिनती समान होनी चाहिए। नम हवा की गणना के लिए, यह माना जा सकता है कि 0 o C पर पानी की तापीय धारिता शून्य है, फिर शुष्क हवा की तापीय धारिता को 0 o C से भी गिना जाता है, अर्थात i in \u003d c in * t \u003d 1.0048 टी।

काम कर रहे तरल पदार्थ के तापमान को बदलने के लिए कौन सा आवश्यक है ये मामला, हवा, एक डिग्री। हवा की ताप क्षमता सीधे तापमान और दबाव पर निर्भर करती है। हालांकि शोध के लिए अलग - अलग प्रकारताप क्षमता का उपयोग किया जा सकता है विभिन्न तरीके.

गणितीय रूप से, हवा की ऊष्मा क्षमता को उसके तापमान में वृद्धि के लिए ऊष्मा की मात्रा के अनुपात के रूप में व्यक्त किया जाता है। 1 किग्रा द्रव्यमान वाले पिंड की ऊष्मा क्षमता को विशिष्ट ऊष्मा कहा जाता है। हवा की दाढ़ ताप क्षमता किसी पदार्थ के एक मोल की ऊष्मा क्षमता है। ताप क्षमता इंगित की गई है - J / K। दाढ़ ताप क्षमता, क्रमशः, J / (mol * K)।

ऊष्मा क्षमता को किसी पदार्थ की भौतिक विशेषता माना जा सकता है, इस मामले में हवा, यदि माप निरंतर परिस्थितियों में किया जाता है। सबसे अधिक बार, ऐसे माप निरंतर दबाव में किए जाते हैं। इस प्रकार हवा की आइसोबैरिक ताप क्षमता निर्धारित की जाती है। यह बढ़ते तापमान और दबाव के साथ बढ़ता है, और है भी रैखिक प्रकार्यदिए गए मान। इस मामले में, तापमान परिवर्तन एक स्थिर दबाव में होता है। आइसोबैरिक ताप क्षमता की गणना करने के लिए, छद्म क्रिटिकल तापमान और दबाव निर्धारित करना आवश्यक है। यह संदर्भ डेटा का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है।

हवा की ताप क्षमता। peculiarities

वायु एक गैसीय मिश्रण है। ऊष्मप्रवैगिकी में उन पर विचार करते समय, निम्नलिखित धारणाएँ बनाई गईं। मिश्रण में प्रत्येक गैस समान मात्रा में समान रूप से वितरित की जानी चाहिए। इस प्रकार, गैस का आयतन पूरे मिश्रण के आयतन के बराबर होता है। मिश्रण में प्रत्येक गैस का अपना आंशिक दबाव होता है, जिसे वह बर्तन की दीवारों पर लगाती है। प्रत्येक घटक गैस मिश्रणपूरे मिश्रण के तापमान के बराबर तापमान होना चाहिए। इस मामले में, सभी घटकों के आंशिक दबावों का योग मिश्रण के दबाव के बराबर होता है। गैस मिश्रण की संरचना और व्यक्तिगत घटकों की ताप क्षमता पर डेटा के आधार पर हवा की ताप क्षमता की गणना की जाती है।

ताप क्षमता अस्पष्ट रूप से किसी पदार्थ की विशेषता है। ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम से, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा न केवल प्राप्त ऊष्मा की मात्रा पर निर्भर करती है, बल्कि पिंड द्वारा किए गए कार्य पर भी निर्भर करती है। पर विभिन्न शर्तेंगर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया के दौरान, शरीर का काम भिन्न हो सकता है। इस प्रकार, शरीर को संप्रेषित ऊष्मा की समान मात्रा विभिन्न मूल्यों के तापमान परिवर्तन का कारण बन सकती है और आंतरिक ऊर्जातन। यह सुविधा केवल गैसीय पदार्थों के लिए विशेषता है। कठिन के विपरीत और तरल शरीर, गैसीय पदार्थ, वॉल्यूम को बहुत बदल सकता है और काम कर सकता है। इसीलिए वायु की ऊष्मा क्षमता ही ऊष्मागतिकीय प्रक्रिया की प्रकृति को निर्धारित करती है।

हालाँकि, एक स्थिर आयतन पर, हवा काम नहीं करती है। इसलिए, आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन इसके तापमान में परिवर्तन के समानुपाती होता है। स्थिर दाब प्रक्रिया में ऊष्मा क्षमता का अनुपात स्थिर आयतन प्रक्रिया में ऊष्मा क्षमता का अनुपात रुद्धोष्म प्रक्रिया सूत्र का हिस्सा है। इसे ग्रीक अक्षर गामा द्वारा निरूपित किया जाता है।

इतिहास से

शब्द "ताप क्षमता" और "गर्मी की मात्रा" उनके सार का बहुत अच्छी तरह से वर्णन नहीं करते हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि वे आए थे आधुनिक विज्ञानकैलोरी के सिद्धांत से, जो अठारहवीं शताब्दी में लोकप्रिय था। इस सिद्धांत के अनुयायी गर्मी को शरीर में निहित एक प्रकार का अभेद्य पदार्थ मानते हैं। इस पदार्थ को न तो नष्ट किया जा सकता है और न ही बनाया जा सकता है। निकायों के ठंडा होने और गर्म होने को क्रमशः कैलोरी सामग्री में कमी या वृद्धि से समझाया गया था। समय के साथ, इस सिद्धांत को अस्थिर माना गया। वह यह नहीं समझा सकीं कि किसी भी पिंड की आंतरिक ऊर्जा में समान परिवर्तन उसे स्थानांतरित करके क्यों प्राप्त किया जाता है अलग मात्रागर्मी, और शरीर द्वारा किए गए कार्य पर भी निर्भर करता है।

मुख्य भौतिक गुणहवा: वायु घनत्व, इसकी गतिशील और कीनेमेटिक चिपचिपाहट, विशिष्ट ताप क्षमता, तापीय चालकता, तापीय विसरणशीलता, प्रान्तल संख्या और एन्ट्रापी। सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर तापमान के आधार पर हवा के गुण तालिका में दिए गए हैं।

वायु घनत्व बनाम तापमान

प्रस्तुत किया विस्तृत तालिकाशुष्क वायु घनत्व मान पर विभिन्न तापमानऔर सामान्य वायुमंडलीय दबाव। वायु का घनत्व कितना होता है? हवा के घनत्व को उसके द्रव्यमान को उसके द्वारा व्याप्त आयतन से विभाजित करके विश्लेषणात्मक रूप से निर्धारित किया जा सकता है।दी गई शर्तों (दबाव, तापमान और आर्द्रता) के तहत। राज्य सूत्र के आदर्श गैस समीकरण का उपयोग करके इसके घनत्व की गणना करना भी संभव है। ऐसा करने के लिए, आपको हवा के पूर्ण दबाव और तापमान के साथ-साथ इसकी गैस स्थिरांक और दाढ़ की मात्रा जानने की जरूरत है। यह समीकरण आपको शुष्क अवस्था में हवा के घनत्व की गणना करने की अनुमति देता है।

अभ्यास पर, यह पता लगाने के लिए कि विभिन्न तापमानों पर हवा का घनत्व क्या हैतैयार तालिकाओं का उपयोग करना सुविधाजनक है। उदाहरण के लिए, घनत्व मानों की दी गई तालिका वायुमंडलीय हवाइसके तापमान के आधार पर। तालिका में वायु घनत्व प्रति किलोग्राम में व्यक्त किया गया है घन मापीऔर सामान्य वायुमंडलीय दबाव (101325 Pa) पर तापमान शून्य से 50 से 1200 डिग्री सेल्सियस नीचे तक दिया जाता है।

तापमान - तालिका के आधार पर वायु घनत्व

टी, डिग्री सेल्सियस	ρ, किग्रा / मी 3	टी, डिग्री सेल्सियस	ρ, किग्रा / मी 3	टी, डिग्री सेल्सियस	ρ, किग्रा / मी 3	टी, डिग्री सेल्सियस	ρ, किग्रा / मी 3
-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 डिग्री सेल्सियस पर, हवा का घनत्व 1.185 किग्रा/एम3 होता है।गर्म होने पर हवा का घनत्व कम हो जाता है - हवा फैलती है (इसकी विशिष्ट मात्रा बढ़ जाती है)। बढ़ते तापमान के साथ, उदाहरण के लिए 1200 डिग्री सेल्सियस तक, एक बहुत कम घनत्वहवा, 0.239 किग्रा / मी 3 के बराबर, जो इसके मूल्य से 5 गुना कम है कमरे का तापमान. पर सामान्य मामला, हीटिंग के दौरान कमी प्राकृतिक संवहन जैसी प्रक्रिया को होने देती है और इसका उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, वैमानिकी में।

यदि हम हवा के घनत्व के संबंध में तुलना करते हैं, तो हवा परिमाण के तीन क्रमों से हल्की होती है - 4 ° C के तापमान पर, पानी का घनत्व 1000 किग्रा / मी 3 है, और हवा का घनत्व 1.27 किग्रा / मी है। 3. वायु घनत्व के मान पर भी ध्यान देना आवश्यक है सामान्य स्थिति. गैसों के लिए सामान्य स्थितियाँ वे हैं जिनमें उनका तापमान 0°C होता है, और दबाव सामान्य वायुमंडलीय दबाव के बराबर होता है। इस प्रकार, तालिका के अनुसार, सामान्य परिस्थितियों में (NU में) वायु घनत्व 1.293 किग्रा / मी 3 है.

विभिन्न तापमानों पर हवा की गतिशील और कीनेमेटिक चिपचिपाहट

थर्मल गणना करते समय, विभिन्न तापमानों पर वायु चिपचिपाहट (चिपचिपापन गुणांक) के मूल्य को जानना आवश्यक है। रेनॉल्ड्स, ग्राशोफ़, रेले संख्या की गणना करने के लिए इस मान की आवश्यकता होती है, जिसके मान इस गैस के प्रवाह शासन को निर्धारित करते हैं। तालिका गतिशील के गुणांक के मान दिखाती है μ और गतिज ν तापमान में हवा की चिपचिपाहट वायुमंडलीय दबाव में -50 से 1200 डिग्री सेल्सियस तक होती है।

बढ़ते तापमान के साथ हवा की चिपचिपाहट काफी बढ़ जाती है।उदाहरण के लिए, हवा की कीनेमेटिक चिपचिपाहट 20 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 15.06 10 -6 मीटर 2 / एस है, और तापमान में 1200 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के साथ, हवा की चिपचिपाहट 233.7 10 -6 मीटर 2 के बराबर हो जाती है। / एस, यानी यह 15.5 गुना बढ़ जाता है! 20°C के तापमान पर वायु की गतिज श्यानता 18.1·10 -6 Pa·s होती है।

जब हवा गर्म होती है, तो कीनेमेटिक और गतिशील चिपचिपाहट दोनों के मूल्य बढ़ जाते हैं। ये दो मात्राएँ वायु घनत्व के मान के माध्यम से आपस में जुड़ी हुई हैं, जिसका मान इस गैस के गर्म होने पर घट जाता है। हीटिंग के दौरान हवा (साथ ही अन्य गैसों) की गतिज और गतिशील चिपचिपाहट में वृद्धि उनके चारों ओर हवा के अणुओं के अधिक तीव्र कंपन से जुड़ी होती है। संतुलन राज्य(एमकेटी के अनुसार)।

विभिन्न तापमानों पर हवा की गतिशील और कीनेमेटिक चिपचिपाहट - तालिका

टी, डिग्री सेल्सियस	μ 10 6 , पा एस	वी 10 6, एम 2 / एस	टी, डिग्री सेल्सियस	μ 10 6 , पा एस	वी 10 6, एम 2 / एस	टी, डिग्री सेल्सियस	μ 10 6 , पा एस	वी 10 6, एम 2 / एस
-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

नोट: सावधान! वायु की श्यानता की घात 10 6 दी जाती है।

-50 से 1200 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर हवा की विशिष्ट ताप क्षमता

विभिन्न तापमानों पर हवा की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता की एक तालिका प्रस्तुत की गई है। शुष्क हवा के लिए माइनस 50 से 1200 डिग्री सेल्सियस के तापमान रेंज में निरंतर दबाव (हवा की आइसोबैरिक ताप क्षमता) पर तालिका में ताप क्षमता दी गई है। वायु की विशिष्ट ऊष्मा धारिता कितनी होती है? विशिष्ट ताप क्षमता का मान गर्मी की मात्रा को निर्धारित करता है जिसे एक किलोग्राम हवा को लगातार दबाव में 1 डिग्री तक तापमान बढ़ाने के लिए आपूर्ति की जानी चाहिए। उदाहरण के लिए, 20 डिग्री सेल्सियस पर इस गैस के 1 किलो को 1 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए आइसोबैरिक प्रक्रिया, इसे 1005 J ऊष्मा लाने की आवश्यकता है।

विशिष्ट ऊष्मातापमान बढ़ने पर हवा बढ़ती है।हालांकि, तापमान पर हवा की द्रव्यमान ताप क्षमता की निर्भरता रैखिक नहीं है। -50 से 120 डिग्री सेल्सियस की सीमा में, व्यावहारिक रूप से इसका मूल्य नहीं बदलता है - इन परिस्थितियों में औसत ताप क्षमताहवा 1010 J/(kg डिग्री) है। तालिका के अनुसार, यह देखा जा सकता है कि 130 डिग्री सेल्सियस के मान से तापमान का महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ने लगता है। हालांकि, हवा का तापमान इसकी चिपचिपाहट की तुलना में इसकी विशिष्ट ताप क्षमता को बहुत कमजोर करता है। इसलिए, जब 0 से 1200°C तक गर्म किया जाता है, तो हवा की ताप क्षमता केवल 1.2 गुना बढ़ जाती है - 1005 से 1210 J/(kg deg)।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि नम हवा की ताप क्षमता शुष्क हवा की तुलना में अधिक होती है। यदि हम वायु की तुलना करें तो स्पष्ट है कि जल का मूल्य अधिक है और वायु में जल की मात्रा के कारण विशिष्ट ऊष्मा में वृद्धि होती है।

विभिन्न तापमानों पर हवा की विशिष्ट ताप क्षमता - तालिका

टी, डिग्री सेल्सियस	सी पी, जे / (किलो डिग्री)	टी, डिग्री सेल्सियस	सी पी, जे / (किलो डिग्री)	टी, डिग्री सेल्सियस	सी पी, जे / (किलो डिग्री)	टी, डिग्री सेल्सियस	सी पी, जे / (किलो डिग्री)
-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

तापीय चालकता, तापीय विसरणशीलता, वायु की प्रान्तल संख्या

तालिका वायुमंडलीय हवा के ऐसे भौतिक गुणों को दिखाती है जैसे तापीय चालकता, तापीय प्रसार और तापमान के आधार पर इसकी प्रान्त संख्या। थर्मोफिजिकल गुणशुष्क हवा के लिए -50 से 1200 डिग्री सेल्सियस की सीमा में हवा दी जाती है। तालिका के अनुसार यह स्पष्ट है निर्दिष्ट गुणहवा अत्यधिक तापमान पर निर्भर है और तापमान निर्भरतामाना जाता है कि इस गैस के गुण अलग हैं।

लैब नंबर 1

मास आइसोबैरिक की परिभाषा

वायु ताप क्षमता

ऊष्मा क्षमता वह ऊष्मा है जो किसी पदार्थ की एक इकाई मात्रा को 1 K द्वारा गर्म करने के लिए आपूर्ति की जानी चाहिए। किसी पदार्थ की एक इकाई मात्रा को किलोग्राम, घन मीटर में सामान्य भौतिक परिस्थितियों और किलोमोल में मापा जा सकता है। एक किलोमोल गैस किलोग्राम में गैस का द्रव्यमान है, जो संख्यात्मक रूप से इसके बराबर है आणविक वजन. इस प्रकार, तीन प्रकार की ऊष्मा क्षमताएँ हैं: द्रव्यमान c, J/(kg⋅K); आयतन c', J/(m3⋅K) और दाढ़, J/(kmol⋅K)। चूँकि गैस के एक किलोमोल का द्रव्यमान μ गुना एक किलोग्राम से अधिक होता है, दाढ़ ताप क्षमता के लिए एक अलग पदनाम पेश नहीं किया जाता है। ताप क्षमता के बीच संबंध:

जहाँ = 22.4 m3/kmol किलोमोल का आयतन है आदर्श गैससामान्य शारीरिक परिस्थितियों में; सामान्य भौतिक परिस्थितियों में गैस का घनत्व, किग्रा/एम3 है।

गैस की वास्तविक ताप क्षमता तापमान के संबंध में ऊष्मा का व्युत्पन्न है:

गैस को दी जाने वाली ऊष्मा थर्मोडायनामिक प्रक्रिया पर निर्भर करती है। यह आइसोकोरिक और आइसोबैरिक प्रक्रियाओं के लिए ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम से निर्धारित किया जा सकता है:

यहाँ, आइसोबैरिक प्रक्रिया में 1 किलो गैस को आपूर्ति की गई गर्मी है; गैस की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन है; बाह्य बलों के विरुद्ध गैसों का कार्य है।

संक्षेप में, सूत्र (4) ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम तैयार करता है, जिससे मेयर समीकरण इस प्रकार है:

यदि हम = 1 K रखते हैं, तो, वह है भौतिक अर्थगैस स्थिरांक एक आइसोबैरिक प्रक्रिया में 1 किलो गैस का कार्य है, जब इसका तापमान 1 K से बदल जाता है।

1 किलोमोल गैस के लिए मेयर का समीकरण है

जहाँ = 8314 J/(kmol⋅K) सार्वभौमिक गैस नियतांक है।

मेयर समीकरण के अलावा, गैसों की आइसोबैरिक और आइसोकोरिक मास हीट कैपेसिटी एडियाबेटिक इंडेक्स k (तालिका 1) के माध्यम से आपस में जुड़ी हुई हैं:

तालिका 1.1

आदर्श गैसों के लिए रुद्धोष्म घातांक का मान

गैसों की परमाणुता
मोनोएटोमिक गैसें
डायटोमिक गैसें
त्रि- और बहुपरमाणुक गैसें

कार्य का उद्देश्य

एंकरिंग सैद्धांतिक ज्ञानऊष्मप्रवैगिकी के बुनियादी कानूनों के अनुसार। ऊर्जा संतुलन के आधार पर हवा की ताप क्षमता निर्धारित करने की विधि का व्यावहारिक विकास।

हवा की विशिष्ट द्रव्यमान ताप क्षमता का प्रायोगिक निर्धारण और संदर्भ मूल्य के साथ प्राप्त परिणाम की तुलना।

1.1। प्रयोगशाला सेटअप का विवरण

स्थापना (चित्र। 1.1) में एक आंतरिक व्यास d = के साथ एक पीतल का पाइप 1 होता है
= 0.022 मीटर, जिसके अंत में थर्मल इन्सुलेशन 10 के साथ एक इलेक्ट्रिक हीटर है। एक वायु प्रवाह पाइप के अंदर चलता है, जिसे आपूर्ति की जाती है 3। पंखे की गति को बदलकर वायु प्रवाह को नियंत्रित किया जा सकता है। पाइप 1 में, पूर्ण दबाव 4 और अतिरिक्त स्थैतिक दबाव 5 की एक ट्यूब स्थापित होती है, जो दबाव गेज 6 और 7 से जुड़ी होती है। इसके अलावा, पाइप 1 में एक थर्मोकपल 8 स्थापित होता है, जो एक साथ क्रॉस सेक्शन के साथ-साथ आगे बढ़ सकता है पूर्ण दबाव ट्यूब। थर्मोकपल का EMF मान पोटेंशियोमीटर 9 द्वारा निर्धारित किया जाता है। हीटर की शक्ति को बदलकर पाइप के माध्यम से चलने वाली हवा के ताप को एक प्रयोगशाला ऑटोट्रांसफॉर्मर 12 का उपयोग करके नियंत्रित किया जाता है, जो कि एमीटर 14 और वोल्टमीटर 13 की रीडिंग द्वारा निर्धारित किया जाता है। हवा का तापमान हीटर के आउटलेट पर थर्मामीटर 15 द्वारा निर्धारित किया जाता है।

1.2। प्रायोगिक तकनीक

हीटर का ताप प्रवाह, डब्ल्यू:

जहां मैं वर्तमान हूं, ए; यू - वोल्टेज, वी; = 0.96; =
= 0.94 - ऊष्मा हानि गुणांक।

चित्र 1.1। प्रायोगिक सेटअप की योजना:

1 - पाइप; 2 - भ्रमित करने वाला; 3 - पंखा; 4 - गतिशील सिर को मापने के लिए ट्यूब;

5 - शाखा पाइप; 6, 7 - अंतर दबाव गेज; 8 - थर्मोकपल; 9 - पोटेंशियोमीटर; 10 - इन्सुलेशन;

11 - इलेक्ट्रिक हीटर; 12 - प्रयोगशाला ऑटोट्रांसफॉर्मर; 13 - वाल्टमीटर;

14 - एमीटर; 15 - थर्मामीटर

हवा द्वारा माना जाने वाला हीट फ्लक्स, डब्ल्यू:

जहाँ m द्रव्यमान वायु प्रवाह है, kg/s; – प्रयोगात्मक, वायु की समदाब रेखीय ताप क्षमता, J/(kg K); - हीटिंग सेक्शन से बाहर निकलने पर और इसके प्रवेश द्वार पर हवा का तापमान, डिग्री सेल्सियस।

बड़े पैमाने पर हवा का प्रवाह, किग्रा / एस:

. (1.10)

यहां - औसत गतिपाइप में हवा, एम/एस; डी पाइप का आंतरिक व्यास है, मी; - तापमान पर वायु घनत्व, जो कि सूत्र, किग्रा/एम3 द्वारा पाया जाता है:

, (1.11)

जहां = 1.293 किग्रा/एम3 सामान्य भौतिक परिस्थितियों में वायु घनत्व है; बी - दबाव, मिमी। आरटी। अनुसूचित जनजाति; - पाइप में अतिरिक्त स्थिर वायु दाब, मिमी। पानी। कला।

वायु वेग चार समान वर्गों में गतिशील सिर द्वारा निर्धारित किया जाता है, एम/एस:

डायनेमिक हेड कहां है, मिमी। पानी। कला। (केजीएफ / एम 2); g = 9.81 m/s2 मुक्त पतन त्वरण है।

पाइप सेक्शन में औसत वायु वेग, मी/से:

हवा की औसत आइसोबैरिक द्रव्यमान ताप क्षमता सूत्र (1.9) से निर्धारित होती है, जिसमें ऊष्मा प्रवाह को समीकरण (1.8) से प्रतिस्थापित किया जाता है। सही मूल्यऔसत वायु तापमान पर हवा की ताप क्षमता औसत ताप क्षमता की तालिका के अनुसार या अनुभवजन्य सूत्र, J / (kg⋅K) के अनुसार पाई जाती है:

. (1.14)

प्रयोग की सापेक्ष त्रुटि,%:

. (1.15)

1.3। प्रयोग और प्रसंस्करण का संचालन करना

माप परिणाम

प्रयोग निम्नलिखित क्रम में किया जाता है।

1. प्रयोगशाला स्टैंड चालू है और स्थिर मोड स्थापित होने के बाद, निम्नलिखित रीडिंग ली जाती हैं:

पाइप के समान खंडों के चार बिंदुओं पर गतिशील वायु दाब;

पाइप में अत्यधिक स्थिर वायु दाब;

करंट I, A और वोल्टेज U, V;

इनलेट हवा का तापमान, ° С (थर्मोकपल 8);

आउटलेट तापमान, डिग्री सेल्सियस (थर्मामीटर 15);

बैरोमीटर का दबाव बी, मिमी। आरटी। कला।

प्रयोग अगले मोड के लिए दोहराया जाता है। माप परिणाम तालिका 1.2 में दर्ज किए गए हैं। गणना तालिका में की जाती है। 1.3।

तालिका 1.2

माप तालिका

	मान का नाम
	एयर इनलेट तापमान, डिग्री सेल्सियस
	आउटलेट हवा का तापमान, डिग्री सेल्सियस
	गतिशील वायु दाब, मिमी। पानी। कला।
	अत्यधिक स्थिर वायु दाब, मिमी। पानी। कला।
	बैरोमीटर का दबाव बी, मिमी। आरटी। कला।
	वोल्टेज यू, वी

तालिका 1.3

गणना तालिका

	मात्राओं का नाम
	गतिशील सिर, एन / एम 2
	औसत इनलेट प्रवाह तापमान, डिग्री सेल्सियस

उद्देश्य:प्रवाह कैलोरीमीटर विधि द्वारा हवा की आइसोबैरिक ताप क्षमता का निर्धारण।

व्यायाम:

प्रयोगात्मक रूप से हवा की औसत आयतन समदाब रेखीय ताप क्षमता निर्धारित करते हैं।

प्राप्त प्रायोगिक आंकड़ों के आधार पर, औसत द्रव्यमान और दाढ़ समदाब रेखीय ताप क्षमता और वायु के औसत द्रव्यमान, आयतन और दाढ़ ताप क्षमता की गणना करें।

हवा के लिए एडियाबेटिक एक्सपोनेंट निर्धारित करें।

तालिका के साथ प्राप्त आंकड़ों की तुलना करें।

प्रयोगात्मक डेटा की सटीकता का अनुमान दें।

मुख्य प्रावधान।

ताप की गुंजाइश- एक संपत्ति जो दिखाती है कि तापमान को एक डिग्री तक बदलने के लिए सिस्टम में कितनी गर्मी लाई जानी चाहिए।

इस फॉर्मूलेशन में, ताप क्षमता का अर्थ व्यापक पैरामीटर का अर्थ है, यानी। सिस्टम में पदार्थ की मात्रा पर निर्भर करता है।

इस मामले में, विभिन्न सामग्रियों के थर्मल गुणों को एक दूसरे के साथ तुलना करके मापना असंभव है। व्यावहारिक उपयोग के लिए, तथाकथित अधिक जानकारीपूर्ण पैरामीटर है विशिष्ट ऊष्मा.

विशिष्ट ऊष्मायह दर्शाता है कि किसी पदार्थ को एक डिग्री तक गर्म करने के लिए उसकी एक इकाई मात्रा में कितनी ऊष्मा लाई जानी चाहिए।

उन इकाइयों के आधार पर जिनमें किसी पदार्थ की मात्रा मापी जाती है, ये हैं:

विशिष्ट द्रव्यमान ताप क्षमता (सी)। एसआई प्रणाली में, इसे मापा जाता है

;

विभिन्न प्रकार की विशिष्ट ताप क्षमता आपस में जुड़ी हुई हैं:

,

कहाँ पे
- क्रमशः, विशिष्ट द्रव्यमान, बड़ा और दाढ़ ताप क्षमता;

- सामान्य भौतिक परिस्थितियों में गैस का घनत्व, किग्रा/एम3;

- गैस का मोलर द्रव्यमान, किग्रा/किमीओल;

- सामान्य भौतिक परिस्थितियों में एक आदर्श गैस के एक किलोमोल का आयतन।

सामान्य तौर पर, ताप क्षमता उस तापमान पर निर्भर करती है जिस पर यह निर्धारित होता है।

किसी दिए गए तापमान मान पर निर्धारित ऊष्मा क्षमता, अर्थात जब सिस्टम के तापमान में परिवर्तन एक निश्चित समय पर शून्य हो जाता है
, कहा जाता है वास्तविक ताप क्षमता.

हालाँकि, गर्मी हस्तांतरण प्रक्रियाओं की इंजीनियरिंग गणनाओं का प्रदर्शन बहुत सरल हो जाता है यदि हम मानते हैं कि जब सिस्टम तापमान परिवर्तन की सीमा में प्रक्रिया की जाती है इससे पहले ताप क्षमता तापमान पर निर्भर नहीं करती है और स्थिर रहती है। इस मामले में तथाकथित औसत ताप क्षमता।

औसत ताप क्षमता
- सिस्टम की ताप क्षमता से तापमान सीमा में स्थिर है इससे पहले .

ताप क्षमता प्रणाली को ताप आपूर्ति की प्रक्रिया की प्रकृति पर निर्भर करती है। एक आइसोबैरिक प्रक्रिया में, सिस्टम को एक डिग्री तक गर्म करने के लिए, लाना आवश्यक है बड़ी मात्राएक आइसोकोरिक प्रक्रिया की तुलना में गर्मी। यह इस तथ्य के कारण है कि आइसोबैरिक प्रक्रिया में, गर्मी न केवल सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा को बदलने पर खर्च की जाती है, जैसा कि आइसोकोरिक प्रक्रिया में होता है, बल्कि सिस्टम द्वारा वॉल्यूम को बदलने का काम करने पर भी होता है।

इस संबंध में भेद करें समदाब रेखीय
तथा आइसोकोरिक
ताप क्षमता, और आइसोबैरिक ताप क्षमता हमेशा आइसोकोरिक से अधिक होती है। इन प्रकार की ताप क्षमता के बीच संबंध मेयर सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

कहाँ पे - गैस स्थिरांक, J/(kgdeg).

इस सूत्र के व्यावहारिक अनुप्रयोग में, मात्राओं के आयामों के पत्राचार के संबंध में सावधान रहना आवश्यक है
,
तथा . इस मामले में, उदाहरण के लिए, विशिष्ट द्रव्यमान ताप क्षमता का उपयोग करना आवश्यक है। यह सूत्रअन्य प्रकार की विशिष्ट ऊष्मा के लिए मान्य होगा, लेकिन गणना की त्रुटियों से बचने के लिए, सूत्र में शामिल मात्राओं के आयामों के पत्राचार पर ध्यान देना हमेशा आवश्यक होता है। उदाहरण के लिए, जब इसके बजाय उपयोग किया जाता है सार्वभौमिक गैस स्थिरांक ताप क्षमता विशिष्ट दाढ़ आदि होनी चाहिए।

पर इज़ोटेर्मल प्रक्रियासिस्टम को आपूर्ति की गई सभी गर्मी बाहरी काम पर खर्च की जाती है, और आंतरिक ऊर्जा और, परिणामस्वरूप, तापमान नहीं बदलता है। ऐसी प्रक्रिया में सिस्टम की ताप क्षमता असीम रूप से बड़ी होती है। एडियाबेटिक प्रक्रिया में, सिस्टम का तापमान बाहरी वातावरण के साथ हीट एक्सचेंज के बिना बदलता है, जिसका मतलब है कि ऐसी प्रक्रिया में सिस्टम की गर्मी क्षमता शून्य होगी। इस कारण से इज़ोटेर्मल या एडियाबेटिक ताप क्षमता की कोई अवधारणा नहीं है।

इस कार्य में वायु की ताप क्षमता ज्ञात करने के लिए प्रवाह कैलोरीमीटर विधि का प्रयोग किया जाता है। प्रयोगशाला सेटअप का आरेख Fig.1 में दिखाया गया है।

चित्र एक। प्रयोगशाला स्टैंड की योजना

एक पंखे 1 की मदद से हवा को कैलोरीमीटर में आपूर्ति की जाती है, जो कम तापीय चालकता और बाहरी थर्मल इन्सुलेशन 3 वाली सामग्री से बना एक पाइप 2 है, जो गर्मी के नुकसान को रोकने के लिए आवश्यक है वातावरण. कैलोरीमीटर के अंदर एक इलेक्ट्रिक हीटर होता है 4. हीटर एसी नेटवर्क से वोल्टेज रेगुलेटर के माध्यम से संचालित होता है 5. इलेक्ट्रिक हीटर की शक्ति को वाटमीटर द्वारा मापा जाता है 6. इनलेट और आउटलेट से हवा के तापमान को मापने के लिए कैलोरीमीटर, थर्मोक्यूल्स 7 का उपयोग किया जाता है, थर्मो-ईएमएफ 9 को मापने के लिए एक स्विच 8 के माध्यम से उपकरण से जुड़ा होता है। कैलोरीमीटर के माध्यम से हवा का प्रवाह नियामक 10 द्वारा बदल दिया जाता है और फ्लोट रोटामीटर 11 का उपयोग करके मापा जाता है।

कार्य के निष्पादन का क्रम।

कार्य करने के लिए प्रारंभिक डेटा और मुखिया की अनुमति प्राप्त करें

पंखा चालू करें और वांछित वायु प्रवाह सेट करें।

स्थापित करना मूल्य ते करनाबिजली के हीटर की शक्ति।

एक स्थिर तापमान शासन (कैलोरीमीटर के आउटलेट पर तापमान संवेदक के रीडिंग द्वारा नियंत्रित) की स्थापना के बाद, कैलोरीमीटर के इनलेट और आउटलेट पर हवा का तापमान, वायु प्रवाह और हीटर शक्ति को मापा जाता है। माप के परिणाम प्रयोगात्मक डेटा की तालिका में दर्ज किए गए हैं (तालिका 1 देखें)।

तालिका एक।

एक नया स्थापित किया जा रहा है तापमान शासनऔर बार-बार माप लिया जाता है। माप 2, 3 अलग-अलग मोड में किए जाने चाहिए।

माप की समाप्ति के बाद, सभी नियामक निकायों को उनकी मूल स्थिति में लाएं और इकाई को बंद कर दें।

माप परिणामों के आधार पर, हवा की औसत आयतन समदाब रेखीय ताप क्षमता का मान निर्धारित किया जाता है:

कहाँ पे
- कैलोरीमीटर, डब्ल्यू में हवा को दी जाने वाली गर्मी की मात्रा। इसे हीटर की विद्युत शक्ति के बराबर लिया जाता है;

- क्रमशः, कैलोरीमीटर इनलेट और आउटलेट, के पर हवा का तापमान;

- कैलोरीमीटर के माध्यम से वॉल्यूमेट्रिक वायु प्रवाह, सामान्य भौतिक स्थितियों में कमी, एम 3 / एस;

कैलोरीमीटर के माध्यम से हवा के प्रवाह को सामान्य स्थिति में लाने के लिए, सामान्य के लिए लिखे गए एक आदर्श गैस की स्थिति के समीकरण का उपयोग करें भौतिक स्थितियोंऔर परीक्षण शर्तें:

,

जहां बाईं ओर कैलोरीमीटर इनलेट पर हवा के पैरामीटर हैं, और दाईं ओर - सामान्य भौतिक परिस्थितियों में।

मूल्यों को खोजने के बाद
प्रत्येक के अनुरूप जांच मोड, मूल्य निर्धारित किया जाता है
, जिसे हवा की ताप क्षमता के प्रायोगिक मूल्य के अनुमान के रूप में लिया जाता है और आगे की गणना में उपयोग किया जाता है।

, केजे / किग्रा;

वायु के लिए रुद्धोष्म सूचकांक अनुपात के आधार पर निर्धारित किया जाता है

;

सारणीबद्ध मानों के साथ आइसोबैरिक और आइसोकोरिक ताप क्षमता के प्राप्त मूल्यों की तुलना करें (परिशिष्ट 1 देखें) और प्राप्त प्रयोगात्मक डेटा की सटीकता का मूल्यांकन करें।

तालिका 2 में परिणाम रिकॉर्ड करें।

तालिका 2।

परीक्षण प्रश्न।

ताप क्षमता क्या है?

विशिष्ट ताप क्षमता के प्रकार क्या हैं?

औसत और वास्तविक ताप क्षमता क्या है?

आइसोबैरिक और आइसोकोरिक ताप क्षमता किसे कहते हैं? वे कैसे संबंधित हैं?

दोनों में से कौन सी ऊष्मा क्षमता अधिक है: C p या C v और क्यों? ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम के आधार पर व्याख्या कीजिए।

peculiarities व्यावहारिक अनुप्रयोगमेयर का सूत्र?

इज़ोटेर्मल और एडियाबेटिक ताप क्षमता की अवधारणाएँ क्यों मौजूद नहीं हैं?

अनुलग्नक 1।

तापमान के आधार पर हवा की ताप क्षमता

एक कनवर्जिंग नोजल के माध्यम से गैस के एडियाबेटिक बहिर्वाह की प्रक्रिया का अध्ययन.

उद्देश्य: अभिसरण नोजल से गैस के बहिर्वाह की प्रक्रिया के थर्मोडायनामिक विशेषताओं का प्रायोगिक और सैद्धांतिक अध्ययन।

व्यायाम:

1. किसी दिए गए गैस के लिए, नोजल से पहले और बाद में उपलब्ध दबाव अंतर पर वास्तविक बहिर्वाह वेग और प्रवाह दर की निर्भरता प्राप्त करें।

मुख्य प्रावधान।

चैनलों के माध्यम से गैस आंदोलन की प्रक्रियाओं का थर्मोडायनामिक अध्ययन बहुत व्यावहारिक महत्व रखता है। गैस के बहिर्वाह के सिद्धांत के मुख्य प्रावधानों का उपयोग भाप और गैस टरबाइन, जेट इंजन, कम्प्रेसर, वायवीय ड्राइव और कई अन्य तकनीकी प्रणालियों के प्रवाह पथ की गणना में किया जाता है।

चर क्रॉस सेक्शन का एक चैनल, जिसके माध्यम से गुजरने पर गैस का प्रवाह घटते दबाव और बढ़ती गति के साथ फैलता है, कहलाता है नोक. नलिका में, गैस के दबाव की संभावित ऊर्जा प्रवाह की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। यदि चैनल में काम कर रहे तरल पदार्थ के दबाव में वृद्धि होती है और इसकी गति की गति कम हो जाती है, तो ऐसे चैनल को कहा जाता है विसारक. डिफ्यूज़र में, गैस की संभावित ऊर्जा में वृद्धि इसकी गतिज ऊर्जा को कम करके की जाती है।

गैस बहिर्वाह प्रक्रिया के सैद्धांतिक विवरण को सरल बनाने के लिए, निम्नलिखित धारणाएँ बनाई गई हैं:

गैस आदर्श है;

गैस में मौजूद नहीं आतंरिक मनमुटाव, अर्थात। श्यानता;

समाप्ति की प्रक्रिया में कोई अपरिवर्तनीय हानि नहीं होती है;

गैस का प्रवाह स्थिर और स्थिर है, अर्थात किसी भी बिंदु पर क्रॉस सेक्शनप्रवाह दर डब्ल्यू और गैस राज्य के पैरामीटर (पी, वी, टी) समान हैं और समय के साथ नहीं बदलते हैं;

प्रवाह एक आयामी है, अर्थात प्रवाह की विशेषताएं प्रवाह की दिशा में ही बदलती हैं;

प्रवाह और बाहरी वातावरण के बीच कोई ऊष्मा विनिमय नहीं होता है, अर्थात बहिर्वाह प्रक्रिया रुद्धोष्म है।

गैस बहिर्वाह प्रक्रिया का सैद्धांतिक विवरण निम्नलिखित समीकरणों पर आधारित है।

राज्य का आदर्श गैस समीकरण

,

जहाँ R गैस स्थिरांक है;

टी- निरपेक्ष तापमानगैस का प्रवाह।

एडियाबेटिक समीकरण (पोइसन समीकरण)

जहाँ p परम गैस दाब है;

k रुद्धोष्म प्रतिपादक है।

प्रवाह निरंतरता समीकरण

जहां एफ प्रवाह का पार-अनुभागीय क्षेत्र है;

डब्ल्यू प्रवाह दर है;

v गैस का विशिष्ट आयतन है।

आंतरिक घर्षण की अनुपस्थिति को ध्यान में रखते हुए एक संपीड़ित कार्यशील द्रव के लिए बर्नौली का समीकरण

इस समीकरण से पता चलता है कि जैसे-जैसे गैस का दबाव बढ़ता है, उसका वेग और गतिज ऊर्जाहमेशा घटता है, और इसके विपरीत, घटते दबाव के साथ, गैस का वेग और गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है।

प्रवाह के लिए ऊष्मप्रवैगिकी के प्रथम नियम का समीकरण।

सामान्य स्थिति में ऊष्मप्रवैगिकी के प्रथम नियम के निम्नलिखित रूप हैं

,

कहाँ पे
सिस्टम को आपूर्ति की जाने वाली गर्मी की प्राथमिक मात्रा है;

प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा में एक प्राथमिक परिवर्तन है;

सिस्टम द्वारा निष्पादित मात्रा परिवर्तन का प्रारंभिक कार्य है।

मोबाइल थर्मोडायनामिक सिस्टम (चलती गैस का प्रवाह) के मामले में, वॉल्यूम परिवर्तन कार्य का हिस्सा बाहरी दबाव बलों पर काबू पाने पर खर्च किया जाता है, अर्थात। गैस की आवाजाही के लिए। यह भाग सामान्य कार्यबुलाया धक्का देने का काम. वॉल्यूम बदलने के बाकी काम को उपयोगी रूप से इस्तेमाल किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, टरबाइन व्हील को घुमाने पर खर्च किया गया। सिस्टम के समग्र संचालन के इस भाग को कहा जाता है डिस्पोजेबल या तकनीकी कार्य .

इस प्रकार, गैस के प्रवाह के मामले में, आयतन बदलने के कार्य में 2 शब्द होते हैं - धक्का देने का कार्य और तकनीकी (उपलब्ध) कार्य:

कहाँ पे
- प्राथमिक धक्का देने का काम;

- प्राथमिक तकनीकी कार्य

तब प्रवाह के लिए ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम का रूप होगा

,

कहाँ पे
- प्रणाली की तापीय धारिता में प्राथमिक परिवर्तन।

एडियाबेटिक बहिर्वाह के मामले में

इस प्रकार, पर एडियाबेटिक बहिर्वाह, गैस एन्थैल्पी के नुकसान के कारण तकनीकी कार्य किया जाता है.

असीमित क्षमता के पोत से गैस के बहिर्वाह के मामले में उपरोक्त मान्यताओं के आधार पर (इस मामले में, प्रारंभिक गैस वेग
) सैद्धांतिक गति निर्धारित करने के लिए सूत्र प्राप्त किए और द्रव्यमान गैस प्रवाह नोजल के निकास खंड में:

या

कहाँ पे
- नोजल के इनलेट सेक्शन में गैस का दबाव और तापमान;

- नोजल इनलेट और नोजल आउटलेट पर क्रमशः प्रवाह की विशिष्ट तापीय धारिता;

- एडियाबेटिक इंडेक्स;

- गैस स्थिरांक;

- नोजल के आउटलेट पर और इनलेट पर नोजल के दबाव का अनुपात;

- नोजल के आउटलेट सेक्शन का क्षेत्र।

प्राप्त सूत्रों के विश्लेषण से पता चलता है कि, स्वीकृत सिद्धांत के अनुसार, दबाव अनुपात पर सैद्धांतिक वेग और द्रव्यमान प्रवाह की निर्भरता ρ अक्षर T के साथ चिह्नित वक्रों द्वारा ग्राफ़ पर दर्शाए गए रूप में होनी चाहिए (चित्र 1 देखें और देखें)। रेखा चित्र नम्बर 2)। यह ग्राफ़ से निम्नानुसार है कि, सिद्धांत के अनुसार,  के मान 1 से 0 तक घटते हैं, निकास वेग लगातार बढ़ना चाहिए (चित्र 1 देखें), और द्रव्यमान प्रवाह दर पहले एक निश्चित अधिकतम मूल्य तक बढ़ जाती है , और फिर  = 0 ​​पर घटकर 0 हो जाना चाहिए (चित्र 2 देखें)।

चित्र 1. दबाव अनुपात पर बहिर्वाह दर की निर्भरता 

चित्र 2. दबाव अनुपात पर द्रव्यमान प्रवाह की निर्भरता 

हालांकि, अभिसरण नोजल से गैसों के बहिर्वाह के एक प्रायोगिक अध्ययन में, यह पाया गया कि  में 1 से 0 की कमी के साथ, वास्तविक बहिर्वाह वेग और, तदनुसार, वास्तविक प्रवाह दर पहले स्वीकृत के अनुसार पूर्ण रूप से बढ़ जाती है। प्रक्रिया का सिद्धांत, लेकिन  नीचे 0 में और कमी के साथ उनके मूल्यों के अधिकतम तक पहुंचने के बाद अपरिवर्तित रहता है

इन निर्भरताओं की प्रकृति को ग्राफ़ पर अक्षर डी के साथ चिह्नित वक्रों द्वारा दिखाया गया है (चित्र 1 और चित्र 2 देखें)।

सैद्धांतिक निर्भरता और प्रायोगिक डेटा के बीच विसंगति के लिए एक भौतिक व्याख्या पहली बार 1839 में फ्रांसीसी वैज्ञानिक सेंट-वेनेंट द्वारा प्रस्तावित की गई थी। आगे के शोध से इसकी पुष्टि हुई। यह ज्ञात है कि कोई भी, एक स्थिर माध्यम का एक कमजोर गड़बड़ी भी ध्वनि की गति से उसमें फैलती है। विक्षोभ के स्रोत की ओर नोज़ल के माध्यम से प्रवाहित होने वाले प्रवाह में, नोज़ल में विक्षोभ के संचरण की दर, अर्थात प्रवाह की दिशा के विरुद्ध प्रवाह की गति के मान से ही कम होगा। यह गड़बड़ी का तथाकथित सापेक्ष प्रसार वेग है, जो इसके बराबर है
. जब गड़बड़ी की लहर पूरे प्रवाह के साथ नोजल के अंदर से गुजरती है, तो दबाव का एक समान पुनर्वितरण होता है, जिसके परिणामस्वरूप, सिद्धांत के अनुसार, बहिर्वाह वेग और गैस प्रवाह में वृद्धि होती है। नोजल इनलेट पी 1 =कॉन्स्ट पर लगातार गैस के दबाव में, उस माध्यम के दबाव में कमी जिसमें गैस प्रवाहित होती है, β के मान में कमी से मेल खाती है।

हालाँकि, यदि उस माध्यम का दबाव जिसमें गैस प्रवाहित होती है, एक निश्चित मूल्य तक कम हो जाती है, जिस पर नोजल आउटलेट पर बहिर्वाह वेग ध्वनि की स्थानीय गति के बराबर हो जाता है, तो क्षोभ तरंग नोजल के अंदर फैलने में सक्षम नहीं होगी, चूंकि गति के विपरीत दिशा में माध्यम में इसके प्रसार का सापेक्ष वेग शून्य के बराबर होगा:

.

इस संबंध में, नोजल के साथ प्रवाह में दबाव पुनर्वितरण नहीं हो सकता है, और नोजल निकास पर गैस बहिर्वाह वेग अपरिवर्तित और ध्वनि की स्थानीय गति के बराबर रहेगा। दूसरे शब्दों में, प्रवाह, जैसा कि यह था, नोजल से बाहर से बनाई गई दुर्लभता "उड़ाती है"। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि नोज़ल के पीछे माध्यम का निरपेक्ष दबाव कितना भी कम नहीं होता है, बहिर्वाह वेग में कोई और वृद्धि नहीं होगी, और इसलिए प्रवाह दर, क्योंकि लाक्षणिक रूप से, रेनॉल्ड्स के अनुसार, "नोजल यह महसूस करना बंद कर देता है कि उसके बाहर क्या हो रहा है" या, जैसा कि वे कभी-कभी कहते हैं, "नोजल बंद है।" इस घटना के लिए कुछ सादृश्य वह स्थिति है जो कभी-कभी देखी जा सकती है जब किसी व्यक्ति की आवाज़ की आवाज़ तेज हेडविंड की धारा से उड़ जाती है और वार्ताकार उसके शब्दों को नहीं सुन सकता है, यहाँ तक कि बहुत करीब होने पर भी, अगर हवा उसकी ओर से बहती है वक्ता।

बहिर्वाह मोड, जिसमें नोजल निकास पर बहिर्वाह वेग ध्वनि की स्थानीय गति तक पहुँचता है, कहलाता है महत्वपूर्ण मोड।समाप्ति दर , उपभोग और दबाव अनुपात इस विधा के अनुरूप भी कहलाते हैं नाजुक. यह शासन प्रवाह दर और प्रवाह दर के अधिकतम मूल्यों से मेल खाता है, जो तब प्राप्त किया जा सकता है जब गैस एक पारंपरिक अभिसरण नोजल से बहती है। महत्वपूर्ण दबाव अनुपात सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

,

जहाँ k रुद्धोष्म प्रतिपादक है।

महत्वपूर्ण दबाव अनुपात केवल गैस के प्रकार पर निर्भर करता है और किसी विशेष गैस के लिए स्थिर होता है। उदाहरण के लिए:

एकपरमाणुक गैसों के लिए k= 1.66 और  से 0.489;

2 परमाणु गैसों और हवा के लिए k= 1.4 और  से 0.528

3 और बहुपरमाणुक गैसों के लिए k=1.3 और  से 0.546।

इस प्रकार, स्वीकृत मान्यताओं के ढांचे के भीतर प्राप्त बहिर्वाह वेग और गैस प्रवाह दर का निर्धारण करने के लिए सैद्धांतिक निर्भरता वास्तव में केवल मूल्यों की सीमा में मान्य हैं
. मूल्यों के लिए
प्रवाह दर और प्रवाह वास्तव में दी गई स्थितियों के लिए स्थिर और अधिकतम रहते हैं।

इसके अलावा, वास्तविक प्रवाह की स्थिति के लिए, नोजल आउटलेट पर वास्तविक बहिर्वाह वेग और गैस प्रवाह दर, यहां तक ​​कि मूल्यों पर भी
उनके संबंधित सैद्धांतिक मूल्यों से कुछ कम होगा। यह नोज़ल की दीवारों के विरुद्ध जेट के घर्षण के कारण होता है। नोजल के आउटलेट पर तापमान सैद्धांतिक तापमान से कुछ अधिक है। यह इस तथ्य के कारण है कि गैस प्रवाह के उपलब्ध कार्य का हिस्सा नष्ट हो जाता है और गर्मी में परिवर्तित हो जाता है, जिससे तापमान में वृद्धि होती है।

प्रयोगशाला स्टैंड का विवरण।

नोजल से गैस के बहिर्वाह की प्रक्रिया का अध्ययन वास्तविक के अनुकरण की विधि के आधार पर एक अधिष्ठापन पर किया जाता है शारीरिक प्रक्रियाएँ. स्थापना में कार्य क्षेत्र के एक मॉडल, एक नियंत्रण कक्ष और माप उपकरणों से जुड़ा एक पीसी होता है। स्थापना आरेख Fig.3 में दिखाया गया है।

चित्र 3। गैस के बहिर्वाह की प्रक्रिया का अध्ययन करने के लिए स्थापना की योजना

स्थापना का कार्य अनुभाग एक ट्यूब है जिसमें एक आउटलेट व्यास डी = 1.5 मिमी के साथ अध्ययन किए गए कनवर्जिंग नोजल 3 स्थापित है। गैस प्रवाह (हवा, कार्बन डाइआक्साइड(CO 2), हीलियम (He)) नोजल के माध्यम से एक वैक्यूम पंप 5 का उपयोग करके बनाया गया है। इनलेट पर गैस का दबाव बैरोमीटर के दबाव (P 1 =B) के बराबर है। गैस प्रवाह G और प्रवाह दर w को वाल्व 4 द्वारा नियंत्रित किया जाता है। ऑपरेटिंग मोड नोजल P 3 के पीछे वैक्यूम द्वारा निर्धारित किए जाते हैं, जो एक डिजिटल संकेतक 6 पर दर्ज किया जाता है। व्यास d d = 5 के साथ मापने वाले डायाफ्राम का उपयोग करके गैस प्रवाह को मापा जाता है। मिमी। डायफ्राम H पर प्रेशर ड्रॉप डिजिटल इंडिकेटर 7 पर रिकॉर्ड किया जाता है और पीसी मॉनिटर स्क्रीन पर डुप्लिकेट किया जाता है। नोज़ल के आउटलेट सेक्शन में रेयरफ़ेक्शन P 2 को डिजिटल इंडिकेटर 6 और मॉनिटर स्क्रीन पर भी रिकॉर्ड किया जाता है। कैलिब्रेटेड छेद के साथ मापने वाले डायाफ्राम का प्रवाह गुणांक = 0.95 अंशांकन के परिणामस्वरूप निर्धारित किया जाता है।

कार्य के निष्पादन का क्रम।

नेटवर्क पर स्थापना चालू करें, कार्यक्रम के साथ संवाद में प्रवेश करें प्रयोगकंप्यूटर में एम्बेडेड।

प्रयोग के लिए गैस के प्रकार का चयन करें।

वैक्यूम पंप चालू करें। यह वाल्व 4 के पीछे एक वैक्यूम बनाता है, जो मॉनिटर स्क्रीन पर प्रदर्शित होता है।

वाल्व 4 को धीरे-धीरे खोलकर, न्यूनतम वैक्यूम सेट किया जाता है

P 3 = 0.1 एटीएम, जो पहली विधा से संबंधित है। इससे गैस का प्रवाह शुरू हो जाता है।

प्रयोग के प्रोटोकॉल (तालिका 1) में संख्यात्मक मान दर्ज करें P 3 P 2 H, डिजिटल संकेतक 6 और 7 के माध्यम से तय किया गया।

वैक्यूम पंप द्वारा बनाए गए वैक्यूम के मूल्यों के अनुरूप बाद के मोड के लिए P 2 , H मानों का मापन करें,

पी 3 = 0.2; 0.3; 0.4; 0.5…..0.9 बजे। तालिका 1 में माप परिणाम दर्ज करें

तालिका एक।

नोजल इनलेट पर गैस का दबाव पी 1 =बी= पा।

नोजल इनलेट टी 1 =C पर गैस का तापमान।

	मोड संख्या	माप परिणाम

मापन परिणाम प्रसंस्करण।

नोजल के पीछे मध्यम पी 3 का पूर्ण दबाव जिसमें गैस प्रवाहित होती है, निर्धारित होती है

, पा

4.2। नोजल के आउटलेट सेक्शन में पूर्ण गैस दबाव P 2 निर्धारित किया जाता है

, पा

गैस की वास्तविक द्रव्यमान प्रवाह दर मापने वाले डायफ्राम में दबाव ड्रॉप H के परिमाण द्वारा निर्धारित की जाती है

, किग्रा/से

कहाँ पे
- मापने वाले डायाफ्राम की प्रवाह दर;

- मापने वाले डायाफ्राम पर दबाव ड्रॉप, पा;

- गैस घनत्व, किग्रा / मी 3;

- बैरोमीटर का दबाव, पा;

- गैस स्थिरांक, J/(kg∙deg);

- गैस तापमान, С;

- मापने वाले छिद्र का व्यास।

4.4। चूंकि बहिर्वाह प्रक्रिया रूद्धोष्म है, सैद्धांतिक गैस तापमान टी 2 नोज़ल निकास पर रूद्धोष्म प्रक्रिया के लिए ज्ञात संबंध का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है:

4.5। समाप्ति की वास्तविक गति निर्धारित की जाती है और गैस का तापमान नोजल के निकास खंड में

, एमएस;

कहाँ पे - गैस की वास्तविक द्रव्यमान प्रवाह दर, किग्रा/सेकंड;

- क्रमशः, नोजल के आउटलेट अनुभाग में गैस का तापमान (K) और दबाव (Pa);

- नोजल के आउटलेट अनुभाग का क्षेत्र;

- नोजल के आउटलेट अनुभाग का व्यास।

दूसरी ओर, प्रवाह के लिए ऊष्मप्रवैगिकी के प्रथम नियम पर आधारित है

कहाँ पे
- गैस की विशिष्ट एन्थैल्पी, क्रमशः नोज़ल के इनलेट और आउटलेट पर, J/kg;

- गैस तापमान, क्रमशः, नोजल के इनलेट और आउटलेट पर, के;

- गैस की विशिष्ट समदाब रेखीय ऊष्मा क्षमता, J/(kgdeg);

समीकरणों (17) और (18) के दाहिने पक्षों की बराबरी करके, और टी 2 के परिणामी द्विघात समीकरण को हल करके, नोजल के आउटलेट अनुभाग में वास्तविक गैस तापमान निर्धारित किया जाता है।

या

,

कहाँ पे
;

;

.

4.6। रुद्धोष्म बहिर्वाह के दौरान गैस की सैद्धांतिक द्रव्यमान प्रवाह दर निर्धारित की जाती है

, किग्रा / एस;

कहाँ पे - नोजल के आउटलेट अनुभाग का क्षेत्र, एम 2;

- नोजल इनलेट, पीए पर पूर्ण गैस का दबाव;

- नोजल इनलेट पर गैस का तापमान, के;

- गैस स्थिरांक, J/(kgdeg);

एडियाबेटिक इंडेक्स है।

4.7। सैद्धांतिक गैस प्रवाह दर निर्धारित की जाती है

कहाँ पे - नोजल के इनलेट सेक्शन में गैस का तापमान;

- एडियाबेटिक इंडेक्स;

- गैस स्थिरांक;

- प्रेशर अनुपात;

- उस माध्यम का पूर्ण दबाव जिसमें गैस का बहिर्वाह होता है, Pa;

- नोजल इनलेट, पा पर पूर्ण गैस का दबाव।

4.8। अधिकतम सैद्धांतिक गैस प्रवाह दर निर्धारित की जाती है
(पी 3 = 0 पर शून्य में बहिर्वाह) और ध्वनि की स्थानीय सैद्धांतिक गति (महत्वपूर्ण गति)
.

4.9। गणना के परिणाम तालिका 2 में दर्ज किए गए हैं।

तालिका 2।

गणना के परिणाम

4.10। निर्देशांक में
तथा
निर्भरता ग्राफ बनाए जाते हैं, और एक निर्भरता ग्राफ भी बनाया जाता है
. रेखांकन महत्वपूर्ण दबाव अनुपात का मान निर्धारित करते हैं ,

जिसकी तुलना गणना से की जाती है

.

4.11। गणना और चित्रमय निर्माण के परिणामों के आधार पर, निम्नलिखित के बारे में एक निष्कर्ष निकालें:

कैसे निर्भर हैं सैद्धांतिक गतिदबाव के अनुपात से बहिर्वाह और गैस प्रवाह β?

वास्तविक बहिर्वाह वेग और गैस प्रवाह दर दबाव अनुपात β पर कैसे निर्भर करते हैं?

वास्तविक बहिर्वाह वेग और गैस प्रवाह दर के मान संगत से कम क्यों हैं सैद्धांतिक मूल्यउसी बाहरी परिस्थितियों में?

परीक्षण प्रश्न।

गैस बहिर्वाह प्रक्रिया के ऊष्मप्रवैगिकी के सैद्धांतिक विवरण में क्या धारणाएँ बनाई गई हैं?

बहिर्वाह प्रक्रिया का सैद्धांतिक रूप से वर्णन करने के लिए किन बुनियादी कानूनों का उपयोग किया जाता है?

नोज़ल से प्रवाहित होने पर गैस के प्रवाह द्वारा किए गए कार्य के घटक क्या हैं?

एडियाबेटिक बहिर्वाह में गैस प्रवाह के एन्थैल्पी और तकनीकी कार्य के बीच क्या संबंध है?

एक महत्वपूर्ण प्रवाह शासन क्या है और इसकी विशेषता कैसे है?

से कैसे समझाएं भौतिक बिंदुबहिर्वाह वेग और  पर प्रवाह दर की सैद्धांतिक और प्रायोगिक निर्भरता के बीच विसंगति को देखते हुए?

कैसे प्रभावित करते हैं वास्तविक स्थितियाँनोजल के आउटलेट पर गैस के वेग, प्रवाह दर और तापमान पर?