სატრანსპორტო ენერგია (ცივი ტრანსპორტი) ჰაერის ტენიანობა. ჰაერის სითბოს ტევადობა და ენთალპია

ჰაერის ტენიანობა. ჰაერის სითბოს ტევადობა და ენთალპია

ატმოსფერული ჰაერი არის მშრალი ჰაერისა და წყლის ორთქლის ნარევი (0,2%-დან 2,6%-მდე). ამრიგად, ჰაერი თითქმის ყოველთვის შეიძლება ჩაითვალოს ტენიანად.

მშრალი ჰაერისა და წყლის ორთქლის მექანიკურ ნარევს ე.წ ნოტიო ჰაერიან ჰაერი/ორთქლის ნარევი. მაქსიმალური შესაძლო შინაარსიორთქლის ტენიანობა ჰაერში მ ა.წ.ტემპერატურაზე დამოკიდებული ტდა წნევა პნარევები. როცა იცვლება ტდა პჰაერი შეიძლება გადავიდეს თავდაპირველად უჯერიდან წყლის ორთქლით გაჯერების მდგომარეობამდე, შემდეგ კი ზედმეტი ტენიანობა დაიწყებს ჩავარდნას გაზის მოცულობადა შემოფარგლულ ზედაპირებზე ნისლის, ყინვის ან თოვლის სახით.

ტენიანი ჰაერის მდგომარეობის დამახასიათებელი ძირითადი პარამეტრებია: ტემპერატურა, წნევა, სპეციფიკური მოცულობა, ტენიანობის შემცველობა, აბსოლუტური და ფარდობითი ტენიანობა, მოლეკულური წონა, გაზის მუდმივი, სითბოს სიმძლავრე და ენთალპია.

დალტონის კანონის მიხედვით აირის ნარევებისთვის სველი ჰაერის საერთო წნევა (P)არის თანხა ნაწილობრივი წნევამშრალი ჰაერი Rc და წყლის ორთქლი Rp: P \u003d Rc + R p.

ანალოგიურად, V მოცულობა და ტენიანი ჰაერის მასა m განისაზღვრება ურთიერთობებით:

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

სიმკვრივედა ნოტიო ჰაერის სპეციფიკური მოცულობა (v)განსაზღვრული:

ტენიანი ჰაერის მოლეკულური წონა:

სადაც B არის ბარომეტრული წნევა.

ვინაიდან ჰაერის ტენიანობა მუდმივად იზრდება გაშრობის პროცესში და მშრალი ჰაერის რაოდენობა ორთქლ-ჰაერის ნარევში რჩება მუდმივი, გაშრობის პროცესი ფასდება იმის მიხედვით, თუ როგორ იცვლება წყლის ორთქლის რაოდენობა 1 კგ მშრალ ჰაერზე და ყველა ინდიკატორით. ორთქლი-ჰაერის ნარევი (სითბოტევადობა, ტენიანობა, ენთალპია და ა.შ.) ეხება 1 კგ მშრალ ჰაერს ტენიან ჰაერში.

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

ჰაერის აბსოლუტური ტენიანობა- ორთქლის მასა 1 მ 3 ტენიან ჰაერში. ეს მნიშვნელობა რიცხობრივად უდრის .

Ფარდობითი ტენიანობა -არის უჯერი ჰაერის აბსოლუტური ტენიანობის თანაფარდობა გაჯერებული ჰაერის აბსოლუტურ ტენიანობასთან მოცემულ პირობებში:

აქ, მაგრამ უფრო ხშირად ფარდობითი ტენიანობა მოცემულია პროცენტულად.

ტენიანი ჰაერის სიმკვრივისთვის, კავშირი მართალია:

სპეციფიკური სითბონოტიო ჰაერი:

c = c c + c p ×d/1000 = c c + c p ×X, kJ/(kg× °C),

სადაც c c არის მშრალი ჰაერის სპეციფიკური სითბოს მოცულობა, c c = 1.0;

c p - ორთქლის სპეციფიკური სითბოს მოცულობა; n = 1.8-ით.

მშრალი ჰაერის თბოტევადობა ზე მუდმივი წნევადა მცირე ტემპერატურის დიაპაზონი (100 ° C-მდე) სავარაუდო გამოთვლებისთვის შეიძლება ჩაითვალოს მუდმივად, რომელიც უდრის 1,0048 კჯ / (კგ × ° C). ზედმეტად გახურებული ორთქლისთვის, საშუალო იზობარული სითბოს სიმძლავრეა ატმოსფერული წნევადა გადახურების დაბალი ხარისხი ასევე შეიძლება ჩაითვალოს მუდმივად და უდრის 1,96 კჯ/(კგ×K).

ტენიანი ჰაერის ენთალპია (i).- ეს არის მისი ერთ-ერთი მთავარი პარამეტრი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება საშრობი დანადგარების გამოთვლებში, ძირითადად, გამხმარი მასალებიდან ტენის აორთქლებაზე დახარჯული სითბოს დასადგენად. ტენიანი ჰაერის ენთალპია დაკავშირებულია ერთ კილოგრამ მშრალ ჰაერთან ორთქლისა და ჰაერის ნარევში და განისაზღვრება, როგორც მშრალი ჰაერისა და წყლის ორთქლის ენთალპიების ჯამი, ე.ი.

i \u003d i c + i p × X, kJ / კგ.

ნარევების ენთალპიის გამოთვლისას ამოსავალი წერტილითითოეული კომპონენტის ენთალპიის რაოდენობა უნდა იყოს იგივე. ტენიანი ჰაერის გამოთვლებისთვის შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ წყლის ენთალპია ნულის ტოლია 0 o C-ზე, მაშინ მშრალი ჰაერის ენთალპია ასევე ითვლება 0 o C-დან, ანუ i in \u003d c in * t \u003d 1.0048 ტ.

რაც აუცილებელია სამუშაო სითხის ტემპერატურის შესაცვლელად, ში ამ საქმეს, ჰაერი, ერთი გრადუსი. ჰაერის სითბოს სიმძლავრე პირდაპირ დამოკიდებულია ტემპერატურასა და წნევაზე. თუმცა კვლევისთვის განსხვავებული ტიპებისითბოს სიმძლავრეების გამოყენება შესაძლებელია სხვადასხვა მეთოდები.

მათემატიკურად, ჰაერის სითბოს სიმძლავრე გამოიხატება როგორც სითბოს რაოდენობის თანაფარდობა მისი ტემპერატურის ზრდასთან. სხეულის სითბოს სიმძლავრეს, რომელსაც აქვს 1 კგ მასა, ეწოდება სპეციფიკური სითბო. ჰაერის მოლური თბოტევადობა არის ნივთიერების ერთი მოლის თბოტევადობა. მითითებულია სითბოს სიმძლავრე - J/K. მოლური სითბოს სიმძლავრე, შესაბამისად, J / (mol * K).

სითბოს სიმძლავრე შეიძლება ჩაითვალოს ნივთიერების, ამ შემთხვევაში ჰაერის ფიზიკურ მახასიათებლად, თუ გაზომვა ხორციელდება მუდმივ პირობებში. ყველაზე ხშირად, ასეთი გაზომვები ხორციელდება მუდმივი წნევით. ასე დგინდება ჰაერის იზობარული სითბოსუნარიანობა. ის იზრდება ტემპერატურისა და წნევის მატებასთან ერთად და ასევე ხაზოვანი ფუნქციამოცემული ღირებულებები. ამ შემთხვევაში ტემპერატურის ცვლილება ხდება მუდმივი წნევის დროს. იზობარული სითბური სიმძლავრის გამოსათვლელად აუცილებელია ფსევდოკრიტიკული ტემპერატურისა და წნევის განსაზღვრა. იგი განისაზღვრება საცნობარო მონაცემების გამოყენებით.

ჰაერის სითბოს მოცულობა. თავისებურებები

ჰაერი გაზის ნარევია. თერმოდინამიკაში მათი განხილვისას გაკეთდა შემდეგი ვარაუდები. ნარევის თითოეული გაზი თანაბრად უნდა განაწილდეს მთელ მოცულობაში. ამრიგად, გაზის მოცულობა უდრის მთელი ნარევის მოცულობას. ნარევის თითოეულ გაზს აქვს საკუთარი ნაწილობრივი წნევა, რომელსაც იგი ახორციელებს ჭურჭლის კედლებზე. თითოეული კომპონენტი გაზის ნარევიუნდა ჰქონდეს მთელი ნარევის ტემპერატურის ტოლი ტემპერატურა. ამ შემთხვევაში, ყველა კომპონენტის ნაწილობრივი წნევის ჯამი უდრის ნარევის წნევას. ჰაერის სითბოს სიმძლავრის გაანგარიშება ხდება გაზის ნარევის შემადგენლობისა და ცალკეული კომპონენტების თბოტევადობის შესახებ მონაცემების საფუძველზე.

სითბოს სიმძლავრე ორაზროვნად ახასიათებს ნივთიერებას. თერმოდინამიკის პირველი კანონიდან შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ სხეულის შინაგანი ენერგია იცვლება არა მხოლოდ მიღებული სითბოს ოდენობის, არამედ სხეულის მიერ შესრულებული სამუშაოს მიხედვით. ზე სხვადასხვა პირობებისითბოს გადაცემის პროცესის მიმდინარეობა, სხეულის მუშაობა შეიძლება განსხვავდებოდეს. ამრიგად, სხეულისთვის მიწოდებულმა სითბოს ერთსა და იმავე რაოდენობამ შეიძლება გამოიწვიოს სხვადასხვა მნიშვნელობის ტემპერატურის ცვლილებები და შინაგანი ენერგიასხეული. ეს თვისება დამახასიათებელია მხოლოდ აირისებრი ნივთიერებებისთვის. განსხვავებით მძიმე და თხევადი სხეულები, აირისებრი ნივთიერებები, შეუძლია მნიშვნელოვნად შეცვალოს მოცულობა და გააკეთოს სამუშაო. ამიტომ ჰაერის თერმოტევადობა თავად განსაზღვრავს თერმოდინამიკური პროცესის ბუნებას.

თუმცა, მუდმივი მოცულობის დროს, ჰაერი არ მუშაობს. ამრიგად, შიდა ენერგიის ცვლილება მისი ტემპერატურის ცვლილების პროპორციულია. მუდმივი წნევის პროცესში სითბოს სიმძლავრის თანაფარდობა მუდმივი მოცულობის პროცესში სითბოს სიმძლავრესთან არის ადიაბატური პროცესის ფორმულის ნაწილი. იგი აღინიშნება ბერძნული ასოთი გამა.

ისტორიიდან

ტერმინები „სითბოტევადობა“ და „სითბოს რაოდენობა“ კარგად არ აღწერს მათ არსს. ეს არის იმის გამო, რომ ისინი მოვიდნენ თანამედროვე მეცნიერებაკალორიის თეორიიდან, რომელიც პოპულარული იყო მეთვრამეტე საუკუნეში. ამ თეორიის მიმდევრები სითბოს განიხილავდნენ, როგორც სხეულებში შემავალ ერთგვარ გაუგებარ ნივთიერებას. ამ ნივთიერების არც განადგურება და არც შექმნა შეიძლება. სხეულების გაგრილება და გათბობა აიხსნება შესაბამისად კალორიული შემცველობის შემცირებით ან ზრდით. დროთა განმავლობაში, ეს თეორია აღიარებულ იქნა, როგორც დაუსაბუთებელი. მან ვერ ახსნა, რატომ მიიღება ნებისმიერი სხეულის შინაგანი ენერგიის იგივე ცვლილება მასში გადაცემით სხვადასხვა რაოდენობითსითბოს და ასევე დამოკიდებულია სხეულის მიერ შესრულებულ სამუშაოზე.

Მთავარი ფიზიკური თვისებებიჰაერი: ჰაერის სიმკვრივე, მისი დინამიური და კინემატიკური სიბლანტე, სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე, თბოგამტარობა, თერმული დიფუზიურობა, პრანდლის რიცხვი და ენტროპია. ჰაერის თვისებები მოცემულია ცხრილებში, რაც დამოკიდებულია ტემპერატურაზე ნორმალურ ატმოსფერულ წნევაზე.

ჰაერის სიმკვრივე ტემპერატურის მიმართ

წარმოდგენილი დეტალური ცხრილიმშრალი ჰაერის სიმკვრივის მნიშვნელობები ზე სხვადასხვა ტემპერატურადა ნორმალური ატმოსფერული წნევა. რა არის ჰაერის სიმკვრივე? ჰაერის სიმკვრივე შეიძლება ანალიტიკურად განისაზღვროს მისი მასის დაკავებულ მოცულობაზე გაყოფით.მოცემულ პირობებში (წნევა, ტემპერატურა და ტენიანობა). ასევე შესაძლებელია მისი სიმკვრივის გამოთვლა მდგომარეობის ფორმულის იდეალური აირის განტოლების გამოყენებით. ამისათვის თქვენ უნდა იცოდეთ ჰაერის აბსოლუტური წნევა და ტემპერატურა, ასევე მისი გაზის მუდმივი და მოლური მოცულობა. ეს განტოლება საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ ჰაერის სიმკვრივე მშრალ მდგომარეობაში.

პრაქტიკაში, იმის გასარკვევად, თუ რა არის ჰაერის სიმკვრივე სხვადასხვა ტემპერატურაზე, მოსახერხებელია მზა მაგიდების გამოყენება. მაგალითად, სიმკვრივის მნიშვნელობების მოცემული ცხრილი ატმოსფერული ჰაერიმისი ტემპერატურის მიხედვით. ჰაერის სიმკვრივე ცხრილში გამოიხატება კილოგრამებში კუბური მეტრიდა მოცემულია ტემპერატურის დიაპაზონში მინუს 50-დან 1200 გრადუს ცელსიუსამდე ნორმალური ატმოსფერული წნევის დროს (101325 Pa).

ჰაერის სიმკვრივე ტემპერატურის მიხედვით - ცხრილი

t, °С	ρ, კგ / მ 3	t, °С	ρ, კგ / მ 3	t, °С	ρ, კგ / მ 3	t, °С	ρ, კგ / მ 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°C-ზე ჰაერის სიმკვრივეა 1,185 კგ/მ3.გაცხელებისას ჰაერის სიმკვრივე იკლებს - ჰაერი ფართოვდება (მისი სპეციფიკური მოცულობა იზრდება). ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მაგალითად 1200°C-მდე, ძალიან დაბალი სიმკვრივეჰაერი, ტოლია 0,239 კგ / მ 3, რაც 5-ჯერ ნაკლებია მის მნიშვნელობაზე ოთახის ტემპერატურაზე. AT ზოგადი შემთხვევა, გათბობის დროს შემცირება იძლევა ისეთი პროცესის ჩატარების საშუალებას, როგორიცაა ბუნებრივი კონვექცია და გამოიყენება, მაგალითად, აერონავტიკაში.

თუ შევადარებთ ჰაერის სიმკვრივეს, მაშინ ჰაერი მსუბუქია სიდიდის სამი რიგით - 4 ° C ტემპერატურაზე, წყლის სიმკვრივეა 1000 კგ / მ 3, ხოლო ჰაერის სიმკვრივე არის 1,27 კგ / მ. 3. ასევე აუცილებელია აღინიშნოს ჰაერის სიმკვრივის მნიშვნელობა ნორმალური პირობები. აირების ნორმალური პირობები არის ის, რომლებშიც მათი ტემპერატურაა 0 ° C, ხოლო წნევა ტოლია ნორმალური ატმოსფერული წნევის. ამრიგად, ცხრილის მიხედვით, ჰაერის სიმკვრივე ნორმალურ პირობებში (NU-ზე) არის 1.293 კგ / მ 3.

ჰაერის დინამიური და კინემატიკური სიბლანტე სხვადასხვა ტემპერატურაზე

თერმული გამოთვლების ჩატარებისას აუცილებელია ვიცოდეთ ჰაერის სიბლანტის მნიშვნელობა (სიბლანტის კოეფიციენტი) სხვადასხვა ტემპერატურაზე. ეს მნიშვნელობა საჭიროა Reynolds, Grashof, Rayleigh ნომრების გამოსათვლელად, რომელთა მნიშვნელობები განსაზღვრავს ამ გაზის დინების რეჟიმს. ცხრილი გვიჩვენებს დინამიკის კოეფიციენტების მნიშვნელობებს μ და კინემატიკური ν ჰაერის სიბლანტე ტემპერატურის დიაპაზონში -50-დან 1200°C-მდე ატმოსფერული წნევის დროს.

ჰაერის სიბლანტე მნიშვნელოვნად იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად.მაგალითად, ჰაერის კინემატიკური სიბლანტე უდრის 15,06 10 -6 მ 2 / წმ 20 ° C ტემპერატურაზე, ხოლო ტემპერატურის მატებასთან ერთად 1200 ° C-მდე, ჰაერის სიბლანტე ხდება 233,7 10 -6. მ 2/წმ, ანუ ის იზრდება 15,5-ჯერ! ჰაერის დინამიური სიბლანტე 20°C ტემპერატურაზე არის 18,1·10 -6 Pa·s.

როდესაც ჰაერი თბება, იზრდება როგორც კინემატიკური, ასევე დინამიური სიბლანტის მნიშვნელობები. ეს ორი რაოდენობა ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ჰაერის სიმკვრივის მნიშვნელობით, რომლის ღირებულება მცირდება ამ გაზის გაცხელებისას. ჰაერის (ისევე, როგორც სხვა გაზების) კინემატიკური და დინამიკური სიბლანტის გაზრდა გათბობის დროს დაკავშირებულია მათ გარშემო ჰაერის მოლეკულების უფრო ინტენსიურ ვიბრაციასთან. წონასწორობის მდგომარეობა(MKT-ის მიხედვით).

ჰაერის დინამიური და კინემატიკური სიბლანტე სხვადასხვა ტემპერატურაზე - ცხრილი

t, °С	μ 10 6, პა ს	ν 10 6, მ 2/წმ	t, °С	μ 10 6, პა ს	ν 10 6, მ 2/წმ	t, °С	μ 10 6, პა ს	ν 10 6, მ 2/წმ
-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

შენიშვნა: ფრთხილად! ჰაერის სიბლანტე მოცემულია 10 6 სიმძლავრის მიხედვით.

ჰაერის სპეციფიკური თბოტევადობა -50-დან 1200°С-მდე ტემპერატურაზე

წარმოდგენილია ცხრილი ჰაერის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის შესახებ სხვადასხვა ტემპერატურაზე. ცხრილის სიმძლავრე მოცემულია მუდმივ წნევაზე (ჰაერის იზობარული სითბოს სიმძლავრე) ტემპერატურის დიაპაზონში მინუს 50-დან 1200°C-მდე მშრალი ჰაერისთვის. რა არის ჰაერის სპეციფიკური სითბოს მოცულობა? სპეციფიკური სითბური სიმძლავრის მნიშვნელობა განსაზღვრავს სითბოს რაოდენობას, რომელიც უნდა მიეწოდოს ერთ კილოგრამ ჰაერს მუდმივი წნევით, რომ მისი ტემპერატურა 1 გრადუსით გაიზარდოს. მაგალითად, 20°C-ზე 1 კგ ამ გაზის გაცხელება 1°C-ით იზობარული პროცესი, საჭიროა 1005 J სითბოს მოტანა.

სპეციფიკური სითბოჰაერი იზრდება მისი ტემპერატურის მატებასთან ერთად.თუმცა, ჰაერის მასის სითბოს სიმძლავრის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე არ არის წრფივი. -50-დან 120°C-მდე დიაპაზონში, მისი ღირებულება პრაქტიკულად არ იცვლება - ამ პირობებში საშუალო სითბოს სიმძლავრეჰაერი არის 1010 ჯ/(კგ გრადუსი). ცხრილის მიხედვით ჩანს, რომ ტემპერატურა იწყებს მნიშვნელოვან ეფექტს 130°C მნიშვნელობიდან. თუმცა, ჰაერის ტემპერატურა გავლენას ახდენს მის სპეციფიკურ სითბოს სიმძლავრეზე გაცილებით სუსტად, ვიდრე მის სიბლანტეზე. ასე რომ, 0-დან 1200°C-მდე გაცხელებისას ჰაერის თბოტევადობა მხოლოდ 1,2-ჯერ იზრდება - 1005-დან 1210 ჯ/(კგ გრადუსამდე).

უნდა აღინიშნოს, რომ ტენიანი ჰაერის თბოტევადობა უფრო მაღალია, ვიდრე მშრალი ჰაერის. თუ ჰაერს შევადარებთ, აშკარაა, რომ წყალს უფრო მაღალი ღირებულება აქვს და ჰაერში წყლის შემცველობა იწვევს სპეციფიკური სითბოს ზრდას.

ჰაერის სპეციფიკური თბოტევადობა სხვადასხვა ტემპერატურაზე - ცხრილი

t, °С	C p, J/(კგ გრადუსი)	t, °С	C p, J/(კგ გრადუსი)	t, °С	C p, J/(კგ გრადუსი)	t, °С	C p, J/(კგ გრადუსი)
-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

თბოგამტარობა, თერმული დიფუზიურობა, ჰაერის პრანდლის რაოდენობა

ცხრილი გვიჩვენებს ატმოსფერული ჰაერის ისეთ ფიზიკურ თვისებებს, როგორიცაა თბოგამტარობა, თერმული დიფუზურობა და მისი პრანდტის რიცხვი ტემპერატურის მიხედვით. თერმოფიზიკური თვისებებიჰაერი მოცემულია -50-დან 1200 ° C-მდე დიაპაზონში მშრალი ჰაერისთვის. ცხრილის მიხედვით ირკვევა, რომ მითითებული თვისებებიჰაერი დიდად არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე და ტემპერატურაზე დამოკიდებულებაამ გაზის განხილული თვისებები განსხვავებულია.

ლაბორატორია #1

იზობარული მასის განმარტება

ჰაერის სითბოს მოცულობა

თბოტევადობა არის სითბო, რომელიც უნდა მიეწოდოს ნივთიერების ერთეულ რაოდენობას, რათა გაათბოს იგი 1 K-ით. ნივთიერების ერთეული რაოდენობა შეიძლება გაიზომოს კილოგრამებში, კუბურ მეტრებში ნორმალურ ფიზიკურ პირობებში და კილომოლებში. გაზის კილომოლი არის გაზის მასა კილოგრამებში, რიცხობრივად მისი ტოლი მოლეკულური წონა. ამრიგად, არსებობს სამი სახის სითბოს სიმძლავრე: მასა c, J/(kg⋅K); მოცულობა c', J/(m3⋅K) და მოლარული, J/(kmol⋅K). ვინაიდან კილომოლ აირის მასა μ-ჯერ აღემატება ერთ კილოგრამს, მოლური სითბოს სიმძლავრის ცალკე აღნიშვნა არ არის შემოღებული. ურთიერთობები სითბოს სიმძლავრეებს შორის:

სადაც = 22,4 მ3/კმოლი არის კილომოლის მოცულობა იდეალური გაზინორმალურ ფიზიკურ პირობებში; არის გაზის სიმკვრივე ნორმალურ ფიზიკურ პირობებში, კგ/მ3.

გაზის ნამდვილი სითბოს სიმძლავრე არის სითბოს წარმოებული ტემპერატურის მიმართ:

გაზზე მიწოდებული სითბო დამოკიდებულია თერმოდინამიკურ პროცესზე. ის შეიძლება განისაზღვროს თერმოდინამიკის პირველი კანონით იზოქორული და იზობარული პროცესებისთვის:

აი, სითბო მიეწოდება 1 კგ გაზს იზობარულ პროცესში; არის გაზის შიდა ენერგიის ცვლილება; არის აირების მუშაობა გარე ძალების წინააღმდეგ.

არსებითად, ფორმულა (4) აყალიბებს თერმოდინამიკის პირველ კანონს, საიდანაც გამოდის მაიერის განტოლება:

თუ ჩვენ დავაყენებთ = 1 K, მაშინ, ეს არის ფიზიკური მნიშვნელობაგაზის მუდმივი არის 1 კგ აირის მუშაობა იზობარულ პროცესში, როდესაც მისი ტემპერატურა იცვლება 1 კ-ით.

მაიერის განტოლება 1 კილომოლ გაზზე არის

სადაც = 8314 J/(kmol⋅K) არის უნივერსალური აირის მუდმივი.

მაიერის განტოლების გარდა, გაზების იზობარული და იზოქორული მასის სითბოს სიმძლავრე ერთმანეთთან არის დაკავშირებული k ადიაბატური ინდექსით (ცხრილი 1):

ცხრილი 1.1

ადიაბატური ექსპონენტების მნიშვნელობები იდეალური აირებისთვის

აირების ატომურობა
მონოტომიური აირები
დიატომიური აირები
ტრი- და პოლიატომური აირები

სამუშაოს მიზანი

დამაგრება თეორიული ცოდნათერმოდინამიკის ძირითადი კანონების მიხედვით. ენერგეტიკული ბალანსის საფუძველზე ჰაერის სითბური სიმძლავრის განსაზღვრის მეთოდის პრაქტიკული შემუშავება.

ჰაერის სპეციფიკური მასის თბოტევადობის ექსპერიმენტული განსაზღვრა და მიღებული შედეგის შედარება საცნობარო მნიშვნელობასთან.

1.1. ლაბორატორიის დაყენების აღწერა

ინსტალაცია (ნახ. 1.1) შედგება სპილენძის მილისგან 1 შიდა დიამეტრით d =
= 0,022 მ, რომლის ბოლოში არის ელექტრო გამათბობელი თბოიზოლაციით 10. მილის შიგნით მოძრაობს ჰაერის ნაკადი, რომელიც მიეწოდება 3. ჰაერის ნაკადის კონტროლი შესაძლებელია ვენტილატორის სიჩქარის შეცვლით. მილ 1-ში დამონტაჟებულია სრული წნევის 4 და ჭარბი სტატიკური წნევის მილი 5, რომლებიც დაკავშირებულია წნევის მრიცხველებთან 6 და 7. გარდა ამისა, მილ 1-ში დამონტაჟებულია თერმოწყვილი 8, რომელსაც შეუძლია გადაადგილება განივი მონაკვეთის გასწვრივ ერთდროულად. სრული წნევის მილი. თერმოწყვილის EMF მნიშვნელობა განისაზღვრება პოტენციომეტრით 9. მილში მოძრავი ჰაერის გათბობა რეგულირდება ლაბორატორიული ავტოტრანსფორმატორი 12-ის გამოყენებით გამათბობელის სიმძლავრის შეცვლით, რაც განისაზღვრება ამმეტრის 14-ისა და ვოლტმეტრის 13-ის ჩვენებით. ჰაერის ტემპერატურა გამათბობლის გამოსასვლელში განისაზღვრება თერმომეტრით 15.

1.2. ექსპერიმენტული ტექნიკა

გამათბობლის სითბოს ნაკადი, W:

სადაც მე ვარ აქტუალური, A; U – ძაბვა, V; = 0,96; =
= 0,94 - სითბოს დაკარგვის კოეფიციენტი.

ნახ.1.1. ექსპერიმენტული დაყენების სქემა:

1 - მილი; 2 - დამაბნეველი; 3 – ვენტილატორი; 4 - მილი დინამიური თავის გასაზომად;

5 - ფილიალის მილი; 6, 7 – დიფერენციალური წნევის მრიცხველები; 8 - თერმოწყვილი; 9 - პოტენციომეტრი; 10 - იზოლაცია;

11 - ელექტრო გამათბობელი; 12 – ლაბორატორიული ავტოტრანსფორმატორი; 13 - ვოლტმეტრი;

14 - ამპერმეტრი; 15 - თერმომეტრი

ჰაერით აღქმული სითბოს ნაკადი, W:

სადაც m არის ჰაერის მასის ნაკადი, კგ/წმ; – ექსპერიმენტული, ჰაერის მასის იზობარული სითბოს სიმძლავრე, J/(კგ K); – ჰაერის ტემპერატურა გათბობის განყოფილებიდან გასასვლელში და მის შესასვლელში, °C.

ჰაერის მასობრივი ნაკადი, კგ/წმ:

. (1.10)

Აქ - საშუალო სიჩქარეჰაერი მილში, მ/წმ; d არის მილის შიდა დიამეტრი, m; - ჰაერის სიმკვრივე ტემპერატურაზე, რომელიც გვხვდება ფორმულით, კგ/მ3:

, (1.11)

სადაც = 1,293 კგ/მ3 არის ჰაერის სიმკვრივე ნორმალურ ფიზიკურ პირობებში; B - წნევა, მმ. რტ. ქ; - ჭარბი სტატიკური ჰაერის წნევა მილში, მმ. წყალი. Ხელოვნება.

ჰაერის სიჩქარე განისაზღვრება დინამიური თავებით ოთხ თანაბარ მონაკვეთში, მ/წმ:

სად არის დინამიური თავი, მმ. წყალი. Ხელოვნება. (კგფ/მ2); g = 9,81 მ/წ2 არის თავისუფალი ვარდნის აჩქარება.

ჰაერის საშუალო სიჩქარე მილის მონაკვეთში, მ/წმ:

ჰაერის საშუალო იზობარული მასის სითბოს სიმძლავრე განისაზღვრება ფორმულით (1.9), რომელშიც სითბოს ნაკადი ჩანაცვლებულია განტოლებიდან (1.8). Ზუსტი ღირებულებაჰაერის სითბოს სიმძლავრე ჰაერის საშუალო ტემპერატურაზე გვხვდება საშუალო სითბოს სიმძლავრის ცხრილის მიხედვით ან ემპირიული ფორმულის მიხედვით, J / (kg⋅K):

. (1.14)

ექსპერიმენტის შედარებითი შეცდომა, %:

. (1.15)

1.3. ექსპერიმენტის ჩატარება და დამუშავება

გაზომვის შედეგები

ექსპერიმენტი ტარდება შემდეგი თანმიმდევრობით.

1. ლაბორატორიული სტენდი ჩართულია და სტაციონარული რეჟიმის დამყარების შემდეგ იღებენ შემდეგ კითხვებს:

დინამიური ჰაერის წნევა მილის თანაბარი მონაკვეთების ოთხ წერტილში;

მილში ჰაერის გადაჭარბებული სტატიკური წნევა;

დენი I, A და ძაბვა U, V;

შესასვლელი ჰაერის ტემპერატურა, °С (თერმოწყვილი 8);

გამოსასვლელი ტემპერატურა, °С (თერმომეტრი 15);

ბარომეტრული წნევა B, მმ. რტ. Ხელოვნება.

ექსპერიმენტი მეორდება შემდეგი რეჟიმისთვის. გაზომვის შედეგები შეტანილია ცხრილში 1.2. გამოთვლები შესრულებულია ცხრილში. 1.3.

ცხრილი 1.2

საზომი ცხრილი

	ღირებულების სახელი
	ჰაერის შემავალი ტემპერატურა, °C
	გამომავალი ჰაერის ტემპერატურა, °C
	დინამიური ჰაერის წნევა, მმ. წყალი. Ხელოვნება.
	ჰაერის გადაჭარბებული სტატიკური წნევა, მმ. წყალი. Ხელოვნება.
	ბარომეტრული წნევა B, მმ. რტ. Ხელოვნება.
	ძაბვა U, V

ცხრილი 1.3

გაანგარიშების ცხრილი

	რაოდენობების დასახელება
	დინამიური თავი, N/m2
	შესასვლელი ნაკადის საშუალო ტემპერატურა, °C

მიზანი:ჰაერის იზობარული სითბოს სიმძლავრის განსაზღვრა ნაკადის კალორიმეტრის მეთოდით.

ვარჯიში:

ექსპერიმენტულად განსაზღვრეთ ჰაერის საშუალო მოცულობითი იზობარული სითბოს სიმძლავრე.

მიღებული ექსპერიმენტული მონაცემების საფუძველზე გამოთვალეთ საშუალო მასა და მოლური იზობარული სითბოს სიმძლავრეები და ჰაერის საშუალო მასა, მოცულობა და მოლური სითბოს სიმძლავრე.

განსაზღვრეთ ჰაერის ადიაბატური მაჩვენებელი.

მიღებული მონაცემები შევადაროთ ცხრილს.

მიეცით ექსპერიმენტული მონაცემების სიზუსტის შეფასება.

ძირითადი დებულებები.

სითბოს ტევადობა- თვისება, რომელიც გვიჩვენებს, თუ რამდენი სითბო უნდა მიიტანოს სისტემას, რათა შეცვალოს მისი ტემპერატურა ერთი გრადუსით.

ამ ფორმულირებაში თბოტევადობას აქვს ვრცელი პარამეტრის მნიშვნელობა, ე.ი. დამოკიდებულია მატერიის რაოდენობაზე სისტემაში.

ამ შემთხვევაში შეუძლებელია სხვადასხვა მასალის თერმული თვისებების რაოდენობრივი დადგენა მათი ერთმანეთთან შედარებით. პრაქტიკული გამოყენებისთვის გაცილებით ინფორმაციული პარამეტრია ე.წ სპეციფიკური სითბო.

სპეციფიკური სითბოგვიჩვენებს, რამდენი სითბო უნდა მიიტანოს ნივთიერების ერთეულ რაოდენობას, რომ გაცხელდეს იგი ერთი გრადუსით.

ერთეულებიდან გამომდინარე, რომლებშიც იზომება ნივთიერების რაოდენობა, არსებობს:

სპეციფიკური მასის სითბოს მოცულობა (C). SI სისტემაში ის იზომება

;

სხვადასხვა ტიპის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე ერთმანეთთან არის დაკავშირებული:

,

სადაც
- შესაბამისად, სპეციფიკური მასის, მოცულობითი და მოლური სითბოს სიმძლავრე;

- გაზის სიმკვრივე ნორმალურ ფიზიკურ პირობებში, კგ/მ 3;

- გაზის მოლური მასა, კგ/კმოლ;

- იდეალური გაზის ერთი კილომოლის მოცულობა ნორმალურ ფიზიკურ პირობებში.

ზოგადად, სითბოს სიმძლავრე დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, რომელზეც ის განისაზღვრება.

მოცემულ ტემპერატურულ მნიშვნელობაზე განსაზღვრული თბოტევადობა, ე.ი. როდესაც სისტემის ტემპერატურის ცვლილება მოცემულ დროს ნულისკენ მიისწრაფვის
, ეწოდება ნამდვილი სითბოს სიმძლავრე.

თუმცა, სითბოს გადაცემის პროცესების საინჟინრო გამოთვლების შესრულება მნიშვნელოვნად გამარტივებულია, თუ დავუშვებთ, რომ როდესაც პროცესი ხორციელდება სისტემის ტემპერატურის ცვლილების დიაპაზონში ადრე სითბოს სიმძლავრე არ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე და რჩება მუდმივი. ამ შემთხვევაში ე.წ საშუალო სითბოს სიმძლავრე.

საშუალო სითბოს სიმძლავრე
- სისტემის სითბოს სიმძლავრე მუდმივია ტემპერატურის დიაპაზონში ადრე .

სითბოს სიმძლავრე დამოკიდებულია სისტემის სითბოს მიწოდების პროცესის ბუნებაზე. იზობარულ პროცესში სისტემის ერთი გრადუსით გასათბობად საჭიროა მოყვანა დიდი რაოდენობითსითბო, ვიდრე იზოქორული პროცესის დროს. ეს გამოწვეულია იმით, რომ იზობარულ პროცესში სითბო იხარჯება არა მხოლოდ სისტემის შიდა ენერგიის შეცვლაზე, როგორც იზოქორიულ პროცესში, არამედ სისტემის მიერ მოცულობის შეცვლის სამუშაოს შესრულებაზე.

ამ მხრივ, განასხვავეთ იზობარული
და იზოქორიული
სითბოს სიმძლავრე და იზობარული სითბოს სიმძლავრე ყოველთვის მეტია იზოქორიულზე. ამ ტიპის სითბოს სიმძლავრის ურთიერთობა განისაზღვრება მაიერის ფორმულით:

სადაც - გაზის მუდმივი, J/(kgdeg).

ამ ფორმულის პრაქტიკული გამოყენებისას აუცილებელია სიფრთხილე გამოიჩინოთ რაოდენობების ზომების შესაბამისობაში.
,
და . ამ შემთხვევაში, მაგალითად, საჭიროა სპეციფიკური მასის სითბოს სიმძლავრის გამოყენება. ეს ფორმულაძალაში იქნება სხვა ტიპის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე, მაგრამ გაანგარიშების შეცდომების თავიდან ასაცილებლად, ყოველთვის აუცილებელია ყურადღება მიაქციოთ ფორმულაში შეტანილი რაოდენობების ზომების შესაბამისობას. მაგალითად, როდესაც გამოიყენება ნაცვლად უნივერსალური გაზის მუდმივი სითბოს სიმძლავრე უნდა იყოს სპეციფიკური მოლური და ა.შ.

AT იზოთერმული პროცესისისტემაში მიწოდებული მთელი სითბო იხარჯება გარე სამუშაოზე, ხოლო შიდა ენერგია და შესაბამისად ტემპერატურა არ იცვლება. სისტემის სითბოს სიმძლავრე ასეთ პროცესში უსაზღვროდ დიდია. ადიაბატური პროცესის დროს სისტემის ტემპერატურა იცვლება გარე გარემოსთან სითბოს გაცვლის გარეშე, რაც ნიშნავს, რომ ასეთ პროცესში სისტემის სითბოს სიმძლავრე ნულის ტოლი იქნება. Ამ მიზეზით არ არსებობს ცნებები იზოთერმული ან ადიაბატური სითბოს სიმძლავრის შესახებ.

ამ ნამუშევარში გამოყენებულია ნაკადის კალორიმეტრის მეთოდი ჰაერის სითბოს სიმძლავრის დასადგენად. ლაბორატორიული დაყენების დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ.1-ში.

ნახ.1. ლაბორატორიული სტენდის სქემა

ვენტილატორი 1-ის დახმარებით ჰაერი მიეწოდება კალორიმეტრს, რომელიც არის მილი 2, რომელიც დამზადებულია დაბალი თბოგამტარობის და გარე თბოიზოლაციით 3 მასალისგან, რომელიც აუცილებელია სითბოს დანაკარგების თავიდან ასაცილებლად. გარემო. კალორიმეტრის შიგნით არის ელექტრო გამაცხელებელი 4. გამათბობელი იკვებება AC ქსელიდან ძაბვის რეგულატორის მეშვეობით 5. ელექტრო გამაცხელებლის სიმძლავრე იზომება ვატმეტრით 6. ჰაერის ტემპერატურის გასაზომად შესასვლელში და გასასვლელში. კალორიმეტრი, გამოიყენება თერმოწყვილები 7, რომლებიც დაკავშირებულია გადამრთველით 8-ით თერმო-EMF 9-ის გაზომვის ინსტრუმენტთან. კალორიმეტრით ჰაერის ნაკადი იცვლება რეგულატორი 10-ით და იზომება მცურავი მბრუნავი 11-ის გამოყენებით.

სამუშაოს შესრულების ორდერი.

მიიღეთ საწყისი მონაცემები და ხელმძღვანელის ნებართვა სამუშაოს შესასრულებლად

ჩართეთ ვენტილატორი და დააყენეთ სასურველი ჰაერის ნაკადი.

Დაინსტალირება დააყენეთ მნიშვნელობაელექტრო გამათბობელი სიმძლავრე.

სტაციონარული ტემპერატურული რეჟიმის დამყარების შემდეგ (კონტროლირდება კალორიმეტრის გამოსასვლელში ტემპერატურის სენსორის ჩვენებით), იზომება ჰაერის ტემპერატურა კალორიმეტრის შესასვლელსა და გამოსასვლელში, ჰაერის ნაკადი და გამათბობელის სიმძლავრე. გაზომვის შედეგები აღირიცხება ექსპერიმენტული მონაცემების ცხრილში (იხ. ცხრილი 1).

ცხრილი 1.

მიმდინარეობს ახლის მონტაჟი ტემპერატურის რეჟიმიდა განმეორებითი გაზომვები ხდება. გაზომვები უნდა განხორციელდეს 2, 3 სხვადასხვა რეჟიმში.

გაზომვების დასრულების შემდეგ, მიიყვანეთ ყველა მარეგულირებელი ორგანო პირვანდელ მდგომარეობაში და გამორთეთ მოწყობილობა.

გაზომვის შედეგების საფუძველზე განისაზღვრება ჰაერის საშუალო მოცულობითი იზობარული სითბოს სიმძლავრე:

სადაც
- ჰაერში მიწოდებული სითბოს რაოდენობა კალორიმეტრში, ვ. იგი აღებულია გამათბობელის ელექტრო სიმძლავრის ტოლფასი;

- შესაბამისად, ჰაერის ტემპერატურა კალორიმეტრის შესასვლელსა და გასასვლელში, K;

- მოცულობითი ჰაერის ნაკადი კალორიმეტრით, შემცირებული ნორმალურ ფიზიკურ პირობებში, მ 3/წმ;

კალორიმეტრით ჰაერის ნაკადის ნორმალურ პირობებში მოსაყვანად გამოიყენეთ იდეალური გაზის მდგომარეობის განტოლება, დაწერილი ნორმალურისთვის. ფიზიკური პირობებიდა ტესტის პირობები:

,

სადაც მარცხენა მხარეს არის ჰაერის პარამეტრები კალორიმეტრის შესასვლელთან, ხოლო მარჯვენა მხარეს - ნორმალურ ფიზიკურ პირობებში.

მნიშვნელობების პოვნის შემდეგ
თითოეულის შესაბამისი გამოკვლეული რეჟიმები, ღირებულება განისაზღვრება
, რომელიც აღებულია ჰაერის სითბოს სიმძლავრის ექსპერიმენტული მნიშვნელობის შეფასებად და გამოიყენება შემდგომ გამოთვლებში.

, კჯ/კგ;

ჰაერის ადიაბატური ინდექსი განისაზღვრება თანაფარდობის საფუძველზე

;

შეადარეთ იზობარული და იზოქორული სითბოს სიმძლავრის მიღებული მნიშვნელობები ცხრილის მნიშვნელობებთან (იხ. დანართი 1) და შეაფასეთ მიღებული ექსპერიმენტული მონაცემების სიზუსტე.

ჩაწერეთ შედეგები ცხრილში 2.

ცხრილი 2.

სატესტო კითხვები.

რა არის სითბოს სიმძლავრე?

რა არის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის ტიპები?

რა არის საშუალო და ნამდვილი სითბოს სიმძლავრე?

რას ჰქვია იზობარული და იზოქორული სითბოს სიმძლავრე? როგორ არიან ისინი დაკავშირებული?

ორი სითბოს სიმძლავრედან რომელია მეტი: C p თუ Cv და რატომ? მიეცით განმარტება თერმოდინამიკის 1 კანონის საფუძველზე.

თავისებურებები პრაქტიკული გამოყენებამაიერის ფორმულა?

რატომ არ არსებობს იზოთერმული და ადიაბატური სითბოს სიმძლავრის ცნებები?

დანართი 1.

ჰაერის სითბოს მოცულობა დამოკიდებულია ტემპერატურაზე

გაზების ადიაბატური გადინების პროცესის შესწავლა სასაუბრო საქშენის მეშვეობით.

ობიექტური: შემაერთებელი საქშენიდან გაზის გადინების პროცესის თერმოდინამიკური მახასიათებლების ექსპერიმენტული და თეორიული შესწავლა.

ვარჯიში:

1. მოცემული გაზისთვის, მიიღეთ რეალური გადინების სიჩქარისა და ნაკადის სიჩქარის დამოკიდებულება საქშენამდე და მის შემდეგ არსებული წნევის განსხვავებაზე.

ძირითადი დებულებები.

დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს არხებით გაზის მოძრაობის პროცესების თერმოდინამიკურ შესწავლას. გაზის გადინების თეორიის ძირითადი დებულებები გამოიყენება ორთქლისა და გაზის ტურბინების, რეაქტიული ძრავების, კომპრესორების, პნევმატური ძრავების და მრავალი სხვა ტექნიკური სისტემის ნაკადის გზის გამოთვლებში.

ცვლადი ჯვრის მონაკვეთის არხი, რომლის გავლითაც გაზის ნაკადი ფართოვდება წნევის შემცირებით და სიჩქარის გაზრდით, ე.წ. საქშენი. საქშენებში გაზის წნევის პოტენციური ენერგია გარდაიქმნება ნაკადის კინეტიკურ ენერგიად. თუ არხში ხდება სამუშაო სითხის წნევის მატება და მისი მოძრაობის სიჩქარის შემცირება, მაშინ ასეთ არხს ე.წ. დიფუზორი. დიფუზერებში გაზის პოტენციური ენერგიის ზრდა ხორციელდება მისი კინეტიკური ენერგიის შემცირებით.

გაზის გადინების პროცესის თეორიული აღწერის გასამარტივებლად კეთდება შემდეგი დაშვებები:

გაზი იდეალურია;

არ არის გაზში შიდა ხახუნის, ე.ი. სიბლანტე;

ვადის გასვლის პროცესში არ არის შეუქცევადი დანაკარგები;

გაზის ნაკადი სტაბილურია და სტაციონარული, ე.ი. ნებისმიერ მომენტში რადიუსინაკადის სიჩქარე w და ​​გაზის მდგომარეობის პარამეტრები (p, v, T) ერთნაირია და დროთა განმავლობაში არ იცვლება;

ნაკადი არის ერთგანზომილებიანი, ე.ი. ნაკადის მახასიათებლები იცვლება მხოლოდ დინების მიმართულებით;

არ ხდება სითბოს გაცვლა ნაკადსა და გარე გარემოს შორის, ე.ი. გადინების პროცესი ადიაბატურია.

გაზის გადინების პროცესის თეორიული აღწერა ეფუძნება შემდეგ განტოლებებს.

მდგომარეობის იდეალური გაზის განტოლება

,

სადაც R არის გაზის მუდმივი;

T– აბსოლუტური ტემპერატურაგაზის ნაკადი.

ადიაბატური განტოლება (პუასონის განტოლება)

სადაც p არის გაზის აბსოლუტური წნევა;

k არის ადიაბატური მაჩვენებელი.

ნაკადის უწყვეტობის განტოლება

სადაც F არის დინების განივი ფართობი;

w არის ნაკადის სიჩქარე;

v არის გაზის სპეციფიკური მოცულობა.

ბერნულის განტოლება შეკუმშვადი სამუშაო სითხისთვის, შიდა ხახუნის არარსებობის გათვალისწინებით

ეს განტოლება აჩვენებს, რომ გაზის წნევის მატებასთან ერთად მისი სიჩქარე და კინეტიკური ენერგიაყოველთვის მცირდება და პირიქით, წნევის კლებასთან ერთად იზრდება გაზის სიჩქარე და კინეტიკური ენერგია.

თერმოდინამიკის 1 კანონის განტოლება ნაკადისთვის.

თერმოდინამიკის პირველ კანონს ზოგად შემთხვევაში აქვს შემდეგი ფორმა

,

სადაც
არის სისტემისთვის მიწოდებული სითბოს ელემენტარული რაოდენობა;

არის სისტემის შიდა ენერგიის ელემენტარული ცვლილება;

არის სისტემის მიერ შესრულებული მოცულობის ცვლილების ელემენტარული სამუშაო.

მობილური თერმოდინამიკური სისტემის შემთხვევაში (მოძრავი აირის ნაკადი) მოცულობის შეცვლის სამუშაოს ნაწილი იხარჯება გარე წნევის ძალების გადალახვაზე, ე.ი. გაზის მოძრაობისთვის. Ეს ნაწილი საერთო სამუშაოდაურეკა უბიძგებს სამუშაოს. მოცულობის შეცვლის დანარჩენი სამუშაო შეიძლება სასარგებლო იყოს, მაგალითად, ტურბინის ბორბლის ბრუნვაზე დახარჯვა. სისტემის საერთო მოქმედების ამ ნაწილს ე.წ ერთჯერადი ან ტექნიკური სამუშაოები .

ამრიგად, გაზის ნაკადის შემთხვევაში, მოცულობის შეცვლის სამუშაო შედგება 2 ტერმინისგან - ბიძგების სამუშაო და ტექნიკური (ხელმისაწვდომი) სამუშაოები:

სადაც
- ელემენტარული ბიძგის სამუშაო;

- ელემენტარული ტექნიკური სამუშაოები

მაშინ ნაკადის თერმოდინამიკის 1 კანონს ექნება ფორმა

,

სადაც
- ელემენტარული ცვლილება სისტემის ენთალპიაში.

ადიაბატური გადინების შემთხვევაში

ამრიგად, ზე ადიაბატური გადინება, ტექნიკური სამუშაოები ტარდება გაზის ენთალპიის დაკარგვის გამო.

ზემოაღნიშნული ვარაუდებიდან გამომდინარე, შეუზღუდავი სიმძლავრის გემიდან გაზის გადინების შემთხვევაში (ამ შემთხვევაში, გაზის საწყისი სიჩქარე
) მიღებული ფორმულები თეორიული სიჩქარის დასადგენად და გაზის მასობრივი ნაკადი საქშენის გასასვლელში:

ან

სადაც
- გაზის წნევა და ტემპერატურა საქშენის შესასვლელ განყოფილებაში;

- ნაკადის სპეციფიური ენთალპია, შესაბამისად, საქშენის შესასვლელსა და საქშენის გამოსასვლელში;

- ადიაბატური ინდექსი;

- გაზის მუდმივი;

- ზეწოლის თანაფარდობა საქშენის გასასვლელში და შესასვლელთან საქშენთან;

- საქშენის გამოსასვლელი განყოფილების ფართობი.

მიღებული ფორმულების ანალიზი აჩვენებს, რომ მიღებული თეორიის მიხედვით, თეორიული სიჩქარისა და მასის ნაკადის დამოკიდებულებას წნევის თანაფარდობაზე  უნდა ჰქონდეს გრაფიკებზე გამოსახული ფორმა T ასოებით მონიშნული მრუდებით (იხ. სურ. 1 და ნახ. 2). გრაფიკებიდან გამომდინარეობს, რომ თეორიის მიხედვით, როდესაც  მნიშვნელობები მცირდება 1-დან 0-მდე, გამონაბოლქვის სიჩქარე მუდმივად უნდა გაიზარდოს (იხ. ნახაზი 1), ხოლო მასის ნაკადის სიჩქარე ჯერ იზრდება გარკვეულ მაქსიმალურ მნიშვნელობამდე. , და შემდეგ უნდა შემცირდეს 0-მდე = 0-ზე (იხ. ნახ.2).

ნახ 1. გადინების სიჩქარის დამოკიდებულება წნევის თანაფარდობაზე 

ნახ 2. მასის ნაკადის დამოკიდებულება წნევის თანაფარდობაზე 

ამასთან, კონვერგენციული საქშენიდან გაზების გადინების ექსპერიმენტულ კვლევაში აღმოჩნდა, რომ  1-დან 0-მდე შემცირებით, გადინების ფაქტობრივი სიჩქარე და, შესაბამისად, ფაქტობრივი ნაკადის სიჩქარე პირველ რიგში იზრდება მიღებულის სრული შესაბამისად. პროცესის თეორია, მაგრამ მათი მნიშვნელობების მაქსიმუმის მიღწევის შემდეგ  0-მდე უცვლელი რჩება.

ამ დამოკიდებულებების ბუნება გრაფიკებზე ნაჩვენებია ასო D-ით მონიშნული მრუდებით (იხ. სურ. 1 და სურ. 2).

თეორიულ დამოკიდებულებასა და ექსპერიმენტულ მონაცემებს შორის შეუსაბამობის ფიზიკური ახსნა პირველად 1839 წელს შემოგვთავაზა ფრანგმა მეცნიერმა სენ-ვენანმა. ეს დადასტურდა შემდგომი კვლევებით. ცნობილია, რომ სტაციონარული საშუალების ნებისმიერი, თუნდაც სუსტი აშლილობა, მასში ბგერის სიჩქარით ვრცელდება. ნაკადის დროს, რომელიც მოძრაობს საქშენით დარღვევის წყაროსკენ, დარღვევის გადაცემის სიჩქარე საქშენში, ე.ი. ნაკადის მიმართულების საწინააღმდეგოდ უფრო დაბალი იქნება თავად ნაკადის სიჩქარის მნიშვნელობით. ეს არის ეგრეთ წოდებული აშლილობის ფარდობითი გამრავლების სიჩქარე, რომელიც უდრის
. როდესაც პერტურბაციის ტალღა გადის საქშენის შიგნით მთელი დინების გასწვრივ, ხდება წნევის შესაბამისი გადანაწილება, რის შედეგადაც, თეორიის თანახმად, არის გადინების სიჩქარის და გაზის ნაკადის ზრდა. მუდმივი გაზის წნევის დროს საქშენის შესასვლელთან P 1 =const, საშუალო წნევის შემცირება, რომელშიც გაზი მიედინება, შეესაბამება β-ის მნიშვნელობის შემცირებას.

თუმცა, თუ გარემოს წნევა, რომელშიც გაზი მიედინება, მცირდება გარკვეულ მნიშვნელობამდე, რომლის დროსაც გადინების სიჩქარე საქშენის გასასვლელში ხდება ხმის ადგილობრივი სიჩქარის ტოლი, აშლილობის ტალღა ვერ გავრცელდება საქშენში. ვინაიდან გარემოში მისი გავრცელების ფარდობითი სიჩქარე მოძრაობის საწინააღმდეგო მიმართულებით იქნება ნულის ტოლი:

.

ამასთან დაკავშირებით, საქშენის გასწვრივ ნაკადში წნევის გადანაწილება შეუძლებელია და გაზის გადინების სიჩქარე საქშენის გამოსასვლელში დარჩება უცვლელი და ტოლი ხმის ადგილობრივი სიჩქარისა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ნაკადი, როგორც ეს იყო, "აფრქვევს" გარედან შექმნილ იშვიათობას საქშენიდან. რაც არ უნდა შემცირდეს საქშენის უკან არსებული საშუალების აბსოლუტური წნევა, აღარ იქნება გადინების სიჩქარის შემდგომი ზრდა და, შესაბამისად, ნაკადის სიჩქარე, რადგან ფიგურალურად რომ ვთქვათ, რეინოლდსის მიხედვით, „საქშენი წყვეტს იმის განცდას, რაც მის გარეთ ხდება“ ან, როგორც ზოგჯერ ამბობენ, „საქშენი დაკეტილია“. ამ ფენომენის გარკვეული ანალოგია არის სიტუაცია, რომელიც ზოგჯერ შეიძლება შეინიშნოს, როდესაც ადამიანის ხმის ხმას ძლიერი ქარის ნაკადი აფრქვევს და თანამოსაუბრე ვერ გაიგონებს მის სიტყვებს, თუნდაც ძალიან ახლოს ყოფნისას, თუ მისგან ქარი უბერავს. სპიკერი.

გადინების რეჟიმი, რომელშიც გადინების სიჩქარე საქშენის გასასვლელში აღწევს ხმის ლოკალურ სიჩქარეს, ე.წ. კრიტიკული რეჟიმი.ვადის გასვლის მაჩვენებელი , მოხმარება და წნევის თანაფარდობა ამ რეჟიმის შესაბამისი ასევე უწოდებენ კრიტიკული. ეს რეჟიმი შეესაბამება ნაკადის სიჩქარისა და ნაკადის სიჩქარის მაქსიმალურ მნიშვნელობებს, რაც შეიძლება მიღწეული იქნას, როდესაც გაზი მიედინება ჩვეულებრივი კონვერტაციის საქშენში. კრიტიკული წნევის თანაფარდობა განისაზღვრება ფორმულით

,

სადაც k არის ადიაბატური მაჩვენებელი.

კრიტიკული წნევის თანაფარდობა დამოკიდებულია მხოლოდ გაზის ტიპზე და მუდმივია კონკრეტული გაზისთვის. Მაგალითად:

ერთატომური აირებისთვის k= 1,66 და  0,489-მდე;

2 ატომური გაზისთვის და ჰაერისთვის k= 1.4 და  0.528-მდე

3 და პოლიატომური აირებისთვის k=1.3 და  0.546-მდე.

ამრიგად, თეორიული დამოკიდებულებები გადინების სიჩქარისა და გაზის დინების სიჩქარის განსაზღვრისთვის, მიღებული მიღებული დაშვებების ფარგლებში, ფაქტობრივად მოქმედებს მხოლოდ მნიშვნელობების დიაპაზონში.
. ღირებულებებისთვის
ნაკადის სიჩქარე და ნაკადი რეალურად რჩება მუდმივი და მაქსიმალური მოცემულ პირობებში.

უფრო მეტიც, ნაკადის რეალური პირობებისთვის, გადინების ფაქტობრივი სიჩქარე და გაზის ნაკადის სიჩქარე საქშენის გამოსასვლელში, თუნდაც მნიშვნელობებზე
იქნება რამდენადმე დაბალი ვიდრე მათი შესაბამისი თეორიული მნიშვნელობები. ეს გამოწვეულია ჭავლის ხახუნით საქშენის კედლებთან. საქშენის გამოსასვლელში ტემპერატურა გარკვეულწილად უფრო მაღალია, ვიდრე თეორიული ტემპერატურა. ეს გამოწვეულია იმით, რომ გაზის ნაკადის არსებული სამუშაოს ნაწილი იფანტება და გარდაიქმნება სითბოდ, რაც იწვევს ტემპერატურის ზრდას.

ლაბორატორიის სტენდის აღწერა.

საქშენიდან გაზის გადინების პროცესის შესწავლა ხორციელდება ინსტალაციაზე, რომელიც დაფუძნებულია რეალური სიმულაციის მეთოდზე. ფიზიკური პროცესები. ინსტალაცია შედგება კომპიუტერისგან, რომელიც დაკავშირებულია სამუშაო ადგილის მოდელთან, მართვის პანელთან და საზომ ინსტრუმენტებთან. ინსტალაციის დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ.3-ზე.

ნახ.3. გაზის გადინების პროცესის შესწავლის ინსტალაციის სქემა

დანადგარის სამუშაო განყოფილება არის მილი, რომელშიც დამონტაჟებულია შესწავლილი კონვერგირებადი საქშენი 3 გამოსასვლელი დიამეტრით d= 1,5 მმ. გაზის ნაკადი (ჰაერი, ნახშირორჟანგი(CO 2), ჰელიუმი (He)) საქშენის მეშვეობით იქმნება ვაკუუმური ტუმბოს გამოყენებით 5. გაზის წნევა შესასვლელში უდრის ბარომეტრულ წნევას (P 1 =B). გაზის ნაკადის სიჩქარე G და ნაკადის სიჩქარე w რეგულირდება სარქველით 4. მუშაობის რეჟიმები განისაზღვრება P 3 საქშენის მიღმა ვაკუუმით, რომელიც ჩაწერილია ციფრულ ინდიკატორ 6-ზე. გაზის ნაკადის სიჩქარე იზომება გაზომვის გამოყენებით. დიაფრაგმა დიამეტრით d d = 5 მმ. წნევის ვარდნა დიაფრაგმაზე H ჩაიწერება ციფრულ ინდიკატორზე 7 და დუბლირებულია კომპიუტერის მონიტორის ეკრანზე. სიხშირე P 2 საქშენის გასასვლელში ასევე ფიქსირდება ციფრულ ინდიკატორ 6-ზე და მონიტორის ეკრანზე. დაკალიბრებული ნახვრეტით საზომი დიაფრაგმის დინების კოეფიციენტი = 0,95 განისაზღვრება დაკალიბრების შედეგად.

სამუშაოს შესრულების ორდერი.

ჩართეთ ინსტალაცია ქსელში, შედით დიალოგში პროგრამასთან ექსპერიმენტიჩაშენებული კომპიუტერში.

შეარჩიეთ გაზის ტიპი ექსპერიმენტისთვის.

ჩართეთ ვაკუუმის ტუმბო. ეს ქმნის ვაკუუმს სარქვლის უკან 4, რომელიც ნაჩვენებია მონიტორის ეკრანზე.

სარქველი 4 თანდათან გახსნით, მინიმალური ვაკუუმი დგინდება

P 3 = 0,1 ატმ, რომელიც შეესაბამება 1 რეჟიმს. ეს იწყებს გაზის ნაკადს.

შეიყვანეთ ექსპერიმენტის პროტოკოლში (ცხრილი 1) რიცხვითი მნიშვნელობები P 3 ,P 2 ,H, დაფიქსირებული ციფრული ინდიკატორებით 6 და 7.

შეასრულეთ P 2,H მნიშვნელობების გაზომვები შემდგომი რეჟიმებისთვის, რომლებიც შეესაბამება ვაკუუმის ტუმბოს მიერ შექმნილი ვაკუუმის მნიშვნელობებს,

P 3 = 0.2; 0.3; 0.4; 0.5…..0.9 საათზე. შეიყვანეთ გაზომვის შედეგები ცხრილში 1

ცხრილი 1.

გაზის წნევა საქშენის შესასვლელთან P 1 =B= Pa.

გაზის ტემპერატურა საქშენის შესასვლელთან t 1 =C.

	რეჟიმი No.	გაზომვის შედეგები

გაზომვის შედეგების დამუშავება.

განისაზღვრება საშუალო P 3-ის აბსოლუტური წნევა საქშენის უკან, რომელშიც გადის გაზი

, პა

4.2. განისაზღვრება აბსოლუტური გაზის წნევა P 2 საქშენის გამოსასვლელ განყოფილებაში

, პა

გაზის რეალური მასის ნაკადის სიჩქარე განისაზღვრება წნევის ვარდნის სიდიდით H საზომ დიაფრაგმაზე

, კგ/წმ

სადაც
- საზომი დიაფრაგმის ნაკადის სიჩქარე;

- წნევის ვარდნა საზომ დიაფრაგმაზე, Pa;

- გაზის სიმკვრივე, კგ/მ 3;

- ბარომეტრიული წნევა, Pa;

- გაზის მუდმივი, J/(kg∙deg);

- გაზის ტემპერატურა, С;

- საზომი დიაფრაგმის დიამეტრი.

4.4. ვინაიდან გადინების პროცესი ადიაბატურია, გაზის თეორიული ტემპერატურა T 2 საქშენის გასასვლელში განისაზღვრება ადიაბატური პროცესისთვის ცნობილი კავშირის გამოყენებით:

4.5. ვადის გასვლის ფაქტობრივი სიჩქარე განისაზღვრება და გაზის ტემპერატურა საქშენის გასასვლელში

, ქალბატონი;

სადაც - გაზის რეალური მასის ნაკადის სიჩქარე, კგ/წმ;

- შესაბამისად, გაზის ტემპერატურა (K) და წნევა (Pa) საქშენის გამოსასვლელ განყოფილებაში;

- საქშენის გამოსასვლელი განყოფილების ფართობი;

- საქშენის გამოსასვლელი მონაკვეთის დიამეტრი.

მეორეს მხრივ, ნაკადის თერმოდინამიკის 1 კანონის საფუძველზე

სადაც
- გაზის სპეციფიკური ენთალპია, შესაბამისად, საქშენის შესასვლელსა და გამოსავალზე, ჯ/კგ;

- გაზის ტემპერატურა, შესაბამისად, საქშენის შესასვლელსა და გამოსავალზე, K;

- აირის სპეციფიკური იზობარული სითბოს სიმძლავრე, J/(kgdeg);

(17) და (18) განტოლებების მარჯვენა მხარეების გატოლებით და T 2-ისთვის მიღებული კვადრატული განტოლების ამოხსნით, განისაზღვრება საქშენის გამოსასვლელ ნაწილში გაზის ფაქტობრივი ტემპერატურა.

ან

,

სადაც
;

;

.

4.6. განისაზღვრება გაზის თეორიული მასის ნაკადის სიჩქარე ადიაბატური გადინების დროს

, კგ/წმ;

სადაც - საქშენის გამოსასვლელი განყოფილების ფართობი, მ 2;

- გაზის აბსოლუტური წნევა საქშენის შესასვლელთან, Pa;

- გაზის ტემპერატურა საქშენის შესასვლელთან, K;

- აირის მუდმივი, J/(kgdeg);

არის ადიაბატური ინდექსი.

4.7. განისაზღვრება გაზის თეორიული ნაკადის სიჩქარე

სადაც - გაზის ტემპერატურა საქშენის შესასვლელ ნაწილში;

- ადიაბატური ინდექსი;

- გაზის მუდმივი;

- წნევის თანაფარდობა;

- გარემოს აბსოლუტური წნევა, რომელშიც ხდება გაზის გადინება, Pa;

- გაზის აბსოლუტური წნევა საქშენის შესასვლელთან, Pa.

4.8. განისაზღვრება გაზის მაქსიმალური თეორიული ნაკადის სიჩქარე
(გადინება სიცარიელეში P 3 = 0) და ხმის ლოკალური თეორიული სიჩქარე (კრიტიკული სიჩქარე)
.

4.9. გაანგარიშების შედეგები მოცემულია ცხრილში 2.

ცხრილი 2.

გაანგარიშების შედეგები

4.10. კოორდინატებში
და
შენდება დამოკიდებულების გრაფიკები, ასევე აგებულია დამოკიდებულების გრაფიკი
. გრაფიკები განსაზღვრავენ კრიტიკული წნევის თანაფარდობის მნიშვნელობას ,

რომელიც შედარებულია გამოთვლილთან

.

4.11. გამოთვლებისა და გრაფიკული კონსტრუქციების შედეგების საფუძველზე გააკეთეთ დასკვნა შემდეგზე:

რამდენად დამოკიდებული თეორიული სიჩქარეგადინება და გაზის ნაკადი წნევის β თანაფარდობიდან?

როგორ არის დამოკიდებული ფაქტობრივი გადინების სიჩქარე და გაზის ნაკადის სიჩქარე β წნევის თანაფარდობაზე?

რატომ არის რეალური გადინების სიჩქარის და გაზის ნაკადის სიჩქარის მნიშვნელობები უფრო დაბალი ვიდრე შესაბამისი თეორიული ღირებულებებიიგივე გარე პირობებში?

სატესტო კითხვები.

რა დაშვებები კეთდება გაზის გადინების პროცესის თერმოდინამიკის თეორიულ აღწერაში?

რა ძირითადი კანონები გამოიყენება გადინების პროცესის თეორიულად აღსაწერად?

რა კომპონენტებისგან შედგება გაზის ნაკადი საქშენში გადინებისას?

რა კავშირია ენთალპიასა და გაზის ნაკადის ტექნიკურ მუშაობას შორის ადიაბატურ გადინებაში?

რა არის კრიტიკული ნაკადის რეჟიმი და როგორ ხასიათდება იგი?

როგორ ავხსნათ ფიზიკური წერტილი-ზე გადინების სიჩქარისა და დინების სიჩქარის თეორიულ და ექსპერიმენტულ დამოკიდებულებებს შორის შეუსაბამობის შეხედულება?

როგორ ახდენენ გავლენას რეალური პირობებისაქშენის გამოსავალზე გაზის სიჩქარეზე, დინების სიჩქარეზე და ტემპერატურაზე?