Enerhiya ng transportasyon (malamig na transportasyon) Halumigmig ng hangin. Kapasidad ng init at enthalpy ng hangin

Halumigmig ng hangin. Kapasidad ng init at enthalpy ng hangin

Ang hangin sa atmospera ay pinaghalong tuyong hangin at singaw ng tubig (mula 0.2% hanggang 2.6%). Kaya, ang hangin ay maaaring halos palaging ituring na mahalumigmig.

Ang mekanikal na pinaghalong tuyong hangin at singaw ng tubig ay tinatawag basang hangin o pinaghalong hangin/singaw. Ang pinakamataas na posibleng nilalaman ng singaw na kahalumigmigan sa hangin m a.s. nakadepende sa temperatura t at presyon P pinaghalong. Kapag nagbago ito t at P ang hangin ay maaaring pumunta mula sa una na unsaturated sa isang estado ng saturation na may singaw ng tubig, at pagkatapos ay ang labis na kahalumigmigan ay magsisimulang mahulog sa dami ng gas at sa nakapaloob na mga ibabaw sa anyo ng fog, hoarfrost o snow.

Ang mga pangunahing parameter na nagpapakilala sa estado ng basa-basa na hangin ay: temperatura, presyon, tiyak na dami, nilalaman ng kahalumigmigan, ganap at kamag-anak na kahalumigmigan, molekular na timbang, pare-pareho ng gas, kapasidad ng init at enthalpy.

Ayon sa batas ni Dalton para sa mga pinaghalong gas kabuuang presyon ng basang hangin (P) ay ang kabuuan ng mga bahagyang presyon ng tuyong hangin P c at singaw ng tubig P p: P \u003d P c + P p.

Katulad nito, ang volume V at ang mass m ng moist air ay matutukoy ng mga relasyon:

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

Densidad at tiyak na dami ng mahalumigmig na hangin (v) tinukoy:

Molekular na timbang ng basa-basa na hangin:

kung saan ang B ay ang barometric pressure.

Dahil ang kahalumigmigan ng hangin ay patuloy na tumataas sa panahon ng proseso ng pagpapatayo, at ang dami ng tuyong hangin sa pinaghalong singaw-hangin ay nananatiling pare-pareho, ang proseso ng pagpapatayo ay hinuhusgahan sa pamamagitan ng kung paano nagbabago ang dami ng singaw ng tubig sa bawat 1 kg ng tuyong hangin, at lahat ng mga tagapagpahiwatig ng ang vapor-air mixture (heat capacity, moisture content, enthalpy at iba pa) ay tumutukoy sa 1 kg ng tuyong hangin sa mahalumigmig na hangin.

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

Ganap na kahalumigmigan ng hangin- masa ng singaw sa 1 m 3 ng basa-basa na hangin. Ang halagang ito ay katumbas ng numero sa .

Kamag-anak na kahalumigmigan - ay ang ratio ng absolute humidity ng unsaturated air sa absolute humidity ng saturated air sa ilalim ng mga ibinigay na kondisyon:

dito , ngunit mas madalas ang relatibong halumigmig ay ibinibigay bilang isang porsyento.

Para sa density ng basa-basa na hangin, ang kaugnayan ay totoo:

Tiyak na init mahalumigmig na hangin:

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

kung saan ang c c ay ang tiyak na kapasidad ng init ng tuyong hangin, c c = 1.0;

c p - tiyak na kapasidad ng init ng singaw; na may n = 1.8.

Ang kapasidad ng init ng tuyong hangin sa pare-parehong presyon at maliliit na saklaw ng temperatura (hanggang sa 100 ° C) para sa tinatayang mga kalkulasyon ay maaaring ituring na pare-pareho, katumbas ng 1.0048 kJ / (kg × ° C). Para sa superheated steam, ang average na isobaric heat capacity sa atmospheric pressure at mababang degree ng superheat ay maaari ding ipalagay na pare-pareho at katumbas ng 1.96 kJ/(kg×K).

Entalpy (i) ng mahalumigmig na hangin- ito ay isa sa mga pangunahing parameter nito, na malawakang ginagamit sa mga kalkulasyon ng mga pag-install ng pagpapatayo, pangunahin upang matukoy ang init na ginugol sa pagsingaw ng kahalumigmigan mula sa mga pinatuyong materyales. Ang enthalpy ng moist air ay nauugnay sa isang kilo ng tuyong hangin sa isang vapor-air mixture at tinukoy bilang ang kabuuan ng enthalpy ng dry air at water vapor, iyon ay.

i \u003d i c + i p × X, kJ / kg.

Kapag kinakalkula ang enthalpy ng mga pinaghalong, ang panimulang punto ng sanggunian para sa mga enthalpi ng bawat isa sa mga bahagi ay dapat na pareho. Para sa mga kalkulasyon ng mahalumigmig na hangin, maaari itong ipalagay na ang enthalpy ng tubig ay zero sa 0 o C, kung gayon ang enthalpy ng tuyong hangin ay binibilang din mula sa 0 o C, iyon ay, i sa \u003d c sa * t \u003d 1.0048 t.

Alin ang kinakailangan upang baguhin ang temperatura ng gumaganang likido, sa kasong ito, hangin, sa pamamagitan ng isang degree. Ang kapasidad ng init ng hangin ay direktang nakasalalay sa temperatura at presyon. Kasabay nito, ang iba't ibang mga pamamaraan ay maaaring magamit upang pag-aralan ang iba't ibang uri ng kapasidad ng init.

Sa matematika, ang kapasidad ng init ng hangin ay ipinahayag bilang ratio ng dami ng init sa pagtaas ng temperatura nito. Ang kapasidad ng init ng isang katawan na may mass na 1 kg ay tinatawag na tiyak na init. Ang kapasidad ng init ng molar ng hangin ay ang kapasidad ng init ng isang nunal ng isang sangkap. Ang kapasidad ng init ay ipinahiwatig - J / K. Molar heat capacity, ayon sa pagkakabanggit, J / (mol * K).

Ang kapasidad ng init ay maaaring ituring na isang pisikal na katangian ng isang sangkap, sa kasong ito hangin, kung ang pagsukat ay isinasagawa sa ilalim ng pare-parehong mga kondisyon. Kadalasan, ang mga naturang sukat ay isinasagawa sa pare-pareho ang presyon. Ito ay kung paano tinutukoy ang isobaric heat capacity ng hangin. Tumataas ito sa pagtaas ng temperatura at presyon, at isa ring linear na function ng mga dami na ito. Sa kasong ito, ang pagbabago ng temperatura ay nangyayari sa isang palaging presyon. Upang makalkula ang isobaric na kapasidad ng init, kinakailangan upang matukoy ang pseudocritical na temperatura at presyon. Natutukoy ito gamit ang reference data.

Kapasidad ng init ng hangin. Mga kakaiba

Ang hangin ay isang halo ng gas. Kapag isinasaalang-alang ang mga ito sa thermodynamics, ang mga sumusunod na pagpapalagay ay ginawa. Ang bawat gas sa halo ay dapat na pantay na ibinahagi sa buong volume. Kaya, ang dami ng gas ay katumbas ng dami ng buong halo. Ang bawat gas sa pinaghalong may sariling bahagyang presyon, na ginagawa nito sa mga dingding ng sisidlan. Ang bawat isa sa mga bahagi ng pinaghalong gas ay dapat na may temperatura na katumbas ng temperatura ng buong timpla. Sa kasong ito, ang kabuuan ng mga bahagyang presyon ng lahat ng mga sangkap ay katumbas ng presyon ng pinaghalong. Ang pagkalkula ng kapasidad ng init ng hangin ay isinasagawa batay sa data sa komposisyon ng pinaghalong gas at ang kapasidad ng init ng mga indibidwal na sangkap.

Ang kapasidad ng init ay hindi malinaw na nagpapakilala sa isang sangkap. Mula sa unang batas ng thermodynamics, maaari nating tapusin na ang panloob na enerhiya ng katawan ay nag-iiba hindi lamang depende sa dami ng init na natanggap, kundi pati na rin sa gawaing ginawa ng katawan. Sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ng proseso ng paglipat ng init, ang gawain ng katawan ay maaaring mag-iba. Kaya, ang parehong dami ng init na ipinadala sa katawan ay maaaring magdulot ng mga pagbabago sa temperatura at panloob na enerhiya ng katawan na naiiba sa halaga. Ang tampok na ito ay katangian lamang para sa mga gas na sangkap. Hindi tulad ng mga solid at likido, ang mga gas na sangkap ay maaaring magbago nang malaki sa volume at gumana. Iyon ang dahilan kung bakit tinutukoy ng kapasidad ng init ng hangin ang likas na katangian ng proseso ng thermodynamic mismo.

Gayunpaman, sa patuloy na dami, ang hangin ay hindi gumagana. Samakatuwid, ang pagbabago sa panloob na enerhiya ay proporsyonal sa pagbabago sa temperatura nito. Ang ratio ng kapasidad ng init sa isang patuloy na proseso ng presyon sa kapasidad ng init sa isang patuloy na proseso ng dami ay bahagi ng formula ng proseso ng adiabatic. Ito ay tinutukoy ng letrang Griyego na gamma.

Mula sa kasaysayan

Ang mga terminong "kapasidad ng init" at "dami ng init" ay hindi naglalarawan ng kanilang kakanyahan nang mahusay. Ito ay dahil sa ang katunayan na sila ay dumating sa modernong agham mula sa teorya ng caloric, na sikat noong ikalabing walong siglo. Itinuturing ng mga tagasunod ng teoryang ito ang init bilang isang uri ng hindi mapag-aalinlanganang sangkap na nakapaloob sa mga katawan. Ang sangkap na ito ay hindi maaaring sirain o malikha. Ang paglamig at pag-init ng mga katawan ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagbaba o pagtaas sa caloric na nilalaman, ayon sa pagkakabanggit. Sa paglipas ng panahon, kinilala ang teoryang ito bilang hindi mapanghawakan. Hindi niya maipaliwanag kung bakit ang parehong pagbabago sa panloob na enerhiya ng isang katawan ay nakukuha kapag naglilipat ng iba't ibang dami ng init dito, at depende rin sa gawaing ginagawa ng katawan.

Ang mga pangunahing pisikal na katangian ng hangin ay isinasaalang-alang: density ng hangin, pabago-bago at kinematic na lapot nito, tiyak na kapasidad ng init, thermal conductivity, thermal diffusivity, Prandtl number at entropy. Ang mga katangian ng hangin ay ibinibigay sa mga talahanayan depende sa temperatura sa normal na presyon ng atmospera.

Densidad ng hangin laban sa temperatura

Ang isang detalyadong talahanayan ng mga halaga ng dry air density sa iba't ibang mga temperatura at normal na presyon ng atmospera ay ipinakita. Ano ang density ng hangin? Ang densidad ng hangin ay maaaring matukoy nang analytical sa pamamagitan ng paghahati ng masa nito sa dami nito. sa ilalim ng mga ibinigay na kondisyon (presyon, temperatura at halumigmig). Posible ring kalkulahin ang density nito gamit ang ideal na equation ng gas ng state formula. Upang gawin ito, kailangan mong malaman ang ganap na presyon at temperatura ng hangin, pati na rin ang pare-pareho ng gas nito at dami ng molar. Ang equation na ito ay nagpapahintulot sa iyo na kalkulahin ang density ng hangin sa isang tuyong estado.

Sa pagsasanay, upang malaman kung ano ang density ng hangin sa iba't ibang temperatura, maginhawang gumamit ng mga yari na mesa. Halimbawa, ang ibinigay na talahanayan ng mga halaga ng density ng hangin sa atmospera depende sa temperatura nito. Ang density ng hangin sa talahanayan ay ipinahayag sa mga kilo bawat metro kubiko at ibinibigay sa hanay ng temperatura mula minus 50 hanggang 1200 degrees Celsius sa normal na presyon ng atmospera (101325 Pa).

Densidad ng hangin depende sa temperatura - talahanayan

t, °С	ρ, kg / m 3	t, °С	ρ, kg / m 3	t, °С	ρ, kg / m 3	t, °С	ρ, kg / m 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

Sa 25°C, ang hangin ay may density na 1.185 kg/m 3 . Kapag pinainit, ang density ng hangin ay bumababa - ang hangin ay lumalawak (ang tiyak na dami nito ay tumataas). Sa pagtaas ng temperatura, halimbawa, hanggang sa 1200°C, nakakamit ang napakababang density ng hangin, katumbas ng 0.239 kg/m 3, na 5 beses na mas mababa kaysa sa halaga nito sa temperatura ng silid. Sa pangkalahatan, ang pagbawas sa pag-init ay nagpapahintulot sa isang proseso tulad ng natural na kombeksyon na maganap at ginagamit, halimbawa, sa aeronautics.

Kung ihahambing natin ang density ng hangin na may paggalang sa, kung gayon ang hangin ay mas magaan sa pamamagitan ng tatlong mga order ng magnitude - sa temperatura na 4 ° C, ang density ng tubig ay 1000 kg / m 3, at ang density ng hangin ay 1.27 kg / m. 3. Kinakailangan din na tandaan ang halaga ng density ng hangin sa ilalim ng normal na mga kondisyon. Ang mga normal na kondisyon para sa mga gas ay ang mga nasa ilalim kung saan ang kanilang temperatura ay 0 ° C, at ang presyon ay katumbas ng normal na presyon ng atmospera. Kaya, ayon sa talahanayan, Ang density ng hangin sa ilalim ng normal na mga kondisyon (sa NU) ay 1.293 kg / m 3.

Dynamic at kinematic viscosity ng hangin sa iba't ibang temperatura

Kapag nagsasagawa ng mga kalkulasyon ng thermal, kinakailangang malaman ang halaga ng lagkit ng hangin (viscosity coefficient) sa iba't ibang temperatura. Ang halagang ito ay kinakailangan upang kalkulahin ang mga numero ng Reynolds, Grashof, Rayleigh, ang mga halaga na tumutukoy sa daloy ng rehimen ng gas na ito. Ipinapakita ng talahanayan ang mga halaga ng mga coefficient ng dynamic μ at kinematic ν lagkit ng hangin sa hanay ng temperatura mula -50 hanggang 1200°C sa presyon ng atmospera.

Ang lagkit ng hangin ay tumataas nang malaki sa pagtaas ng temperatura. Halimbawa, ang kinematic viscosity ng hangin ay katumbas ng 15.06 10 -6 m 2 / s sa temperatura na 20 ° C, at sa pagtaas ng temperatura hanggang 1200 ° C, ang lagkit ng hangin ay nagiging katumbas ng 233.7 10 -6. m 2 / s, iyon ay, tumataas ito ng 15.5 beses! Ang dynamic na lagkit ng hangin sa temperatura na 20°C ay 18.1·10 -6 Pa·s.

Kapag ang hangin ay pinainit, ang mga halaga ng parehong kinematic at dynamic na lagkit ay tumataas. Ang dalawang dami na ito ay magkakaugnay sa pamamagitan ng halaga ng air density, ang halaga nito ay bumababa kapag ang gas na ito ay pinainit. Ang pagtaas sa kinematic at dynamic na lagkit ng hangin (pati na rin ang iba pang mga gas) sa panahon ng pag-init ay nauugnay sa isang mas matinding vibration ng mga molekula ng hangin sa paligid ng kanilang equilibrium na estado (ayon sa MKT).

Dynamic at kinematic lagkit ng hangin sa iba't ibang temperatura - talahanayan

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

Tandaan: Mag-ingat! Ang lagkit ng hangin ay ibinibigay sa kapangyarihan ng 10 6 .

Tiyak na kapasidad ng init ng hangin sa mga temperatura mula -50 hanggang 1200°C

Ang isang talahanayan ng tiyak na kapasidad ng init ng hangin sa iba't ibang mga temperatura ay ipinakita. Ang kapasidad ng init sa talahanayan ay ibinibigay sa pare-pareho ang presyon (isobaric heat capacity ng hangin) sa hanay ng temperatura mula minus 50 hanggang 1200°C para sa tuyong hangin. Ano ang tiyak na kapasidad ng init ng hangin? Tinutukoy ng halaga ng tiyak na kapasidad ng init ang dami ng init na dapat ibigay sa isang kilo ng hangin sa pare-parehong presyon upang mapataas ang temperatura nito ng 1 degree. Halimbawa, sa 20°C, upang mapainit ang 1 kg ng gas na ito ng 1°C sa isang prosesong isobaric, kinakailangan ang 1005 J ng init.

Ang tiyak na kapasidad ng init ng hangin ay tumataas habang tumataas ang temperatura nito. Gayunpaman, ang pag-asa ng mass heat capacity ng hangin sa temperatura ay hindi linear. Sa saklaw mula -50 hanggang 120°C, halos hindi nagbabago ang halaga nito - sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang average na kapasidad ng init ng hangin ay 1010 J/(kg deg). Ayon sa talahanayan, makikita na ang temperatura ay nagsisimulang magkaroon ng makabuluhang epekto mula sa halagang 130°C. Gayunpaman, ang temperatura ng hangin ay nakakaapekto sa tiyak na kapasidad ng init nito na mas mahina kaysa sa lagkit nito. Kaya, kapag pinainit mula 0 hanggang 1200°C, ang kapasidad ng init ng hangin ay tumataas lamang ng 1.2 beses - mula 1005 hanggang 1210 J/(kg deg).

Dapat tandaan na ang kapasidad ng init ng basa-basa na hangin ay mas mataas kaysa sa tuyong hangin. Kung ihahambing natin ang hangin, malinaw na ang tubig ay may mas mataas na halaga at ang nilalaman ng tubig sa hangin ay humahantong sa pagtaas ng tiyak na init.

Tiyak na kapasidad ng init ng hangin sa iba't ibang temperatura - talahanayan

t, °С	C p , J/(kg deg)	t, °С	C p , J/(kg deg)	t, °С	C p , J/(kg deg)	t, °С	C p , J/(kg deg)
-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

Thermal conductivity, thermal diffusivity, Prandtl na bilang ng hangin

Ipinapakita ng talahanayan ang mga pisikal na katangian ng hangin sa atmospera bilang thermal conductivity, thermal diffusivity at ang Prandtl number nito depende sa temperatura. Ang mga thermophysical na katangian ng hangin ay ibinibigay sa saklaw mula -50 hanggang 1200°C para sa tuyong hangin. Ayon sa talahanayan, makikita na ang ipinahiwatig na mga katangian ng hangin ay nakasalalay nang malaki sa temperatura at ang pag-asa sa temperatura ng mga itinuturing na katangian ng gas na ito ay naiiba.

Lab #1

Kahulugan ng mass isobaric

kapasidad ng init ng hangin

Ang heat capacity ay ang init na dapat ibigay sa isang unit na halaga ng isang substance upang mapainit ito ng 1 K. Ang unit amount ng substance ay maaaring masukat sa kilo, cubic meters sa ilalim ng normal na pisikal na kondisyon at kilomol. Ang isang kilomole ng isang gas ay ang masa ng isang gas sa kilo, ayon sa bilang na katumbas ng molecular weight nito. Kaya, mayroong tatlong uri ng mga kapasidad ng init: mass c, J/(kg⋅K); volume c', J/(m3⋅K) at molar, J/(kmol⋅K). Dahil ang isang kilomole ng gas ay may mass na μ beses na mas malaki kaysa sa isang kilo, ang isang hiwalay na pagtatalaga para sa kapasidad ng init ng molar ay hindi ipinakilala. Mga ugnayan sa pagitan ng mga kapasidad ng init:

kung saan ang = 22.4 m3/kmol ay ang volume ng isang kilomole ng ideal na gas sa ilalim ng normal na pisikal na kondisyon; ay ang density ng gas sa ilalim ng normal na pisikal na kondisyon, kg/m3.

Ang tunay na kapasidad ng init ng isang gas ay ang hinango ng init na may paggalang sa temperatura:

Ang init na ibinibigay sa gas ay nakasalalay sa proseso ng thermodynamic. Maaari itong matukoy ng unang batas ng thermodynamics para sa isochoric at isobaric na proseso:

Dito, ang init na ibinibigay sa 1 kg ng gas sa prosesong isobaric; ay ang pagbabago sa panloob na enerhiya ng gas; ay ang gawain ng mga gas laban sa mga panlabas na puwersa.

Sa esensya, ang formula (4) ay bumubuo ng unang batas ng thermodynamics, kung saan ang Mayer equation ay sumusunod:

Kung ilalagay natin ang = 1 K, kung gayon, iyon ay, ang pisikal na kahulugan ng pare-pareho ng gas ay ang gawain ng 1 kg ng gas sa proseso ng isobaric kapag ang temperatura nito ay nagbabago ng 1 K.

Ang equation ni Mayer para sa 1 kilomole ng gas ay

kung saan ang = 8314 J/(kmol⋅K) ay ang pangkalahatang gas constant.

Bilang karagdagan sa equation ng Mayer, ang isobaric at isochoric mass heat capacities ng mga gas ay magkakaugnay sa pamamagitan ng adiabatic index k (Talahanayan 1):

Talahanayan 1.1

Mga halaga ng adiabatic exponents para sa mga ideal na gas

Atomicity ng mga gas
Mga monatomic na gas
Mga diatomic na gas
Tri- at ​​polyatomic na mga gas

LAYUNIN NG TRABAHO

Pagsasama-sama ng teoretikal na kaalaman sa mga pangunahing batas ng thermodynamics. Praktikal na pag-unlad ng pamamaraan para sa pagtukoy ng kapasidad ng init ng hangin batay sa balanse ng enerhiya.

Eksperimental na pagpapasiya ng tiyak na mass heat capacity ng hangin at paghahambing ng nakuhang resulta sa isang reference na halaga.

1.1. Paglalarawan ng setup ng laboratoryo

Ang pag-install (Larawan 1.1) ay binubuo ng isang brass pipe 1 na may panloob na diameter d =
= 0.022 m, sa dulo kung saan mayroong isang electric heater na may thermal insulation 10. Ang isang daloy ng hangin ay gumagalaw sa loob ng pipe, na ibinibigay 3. Ang daloy ng hangin ay maaaring kontrolin sa pamamagitan ng pagbabago ng bilis ng fan. Sa pipe 1, naka-install ang isang tube ng full pressure 4 at sobrang static pressure 5, na konektado sa pressure gauge 6 at 7. Bilang karagdagan, ang isang thermocouple 8 ay naka-install sa pipe 1, na maaaring lumipat kasama ang cross section nang sabay-sabay sa buong pressure tube. Ang halaga ng EMF ng thermocouple ay tinutukoy ng potentiometer 9. Ang pag-init ng hangin na gumagalaw sa pamamagitan ng pipe ay kinokontrol gamit ang isang laboratoryo autotransformer 12 sa pamamagitan ng pagbabago ng kapangyarihan ng pampainit, na tinutukoy ng mga pagbabasa ng ammeter 14 at voltmeter 13. Ang hangin Ang temperatura sa labasan ng pampainit ay tinutukoy ng thermometer 15.

1.2. EKSPERIMENTAL NA TEKNIK

Daloy ng init ng pampainit, W:

kung saan ako ay kasalukuyang, A; U – boltahe, V; = 0.96; =
= 0.94 - koepisyent ng pagkawala ng init.

Fig.1.1. Scheme ng experimental setup:

1 - tubo; 2 - nakakalito; 3 – tagahanga; 4 - tubo para sa pagsukat ng dynamic na presyon;

5 - tubo ng sangay; 6, 7 - mga panukat ng presyon ng kaugalian; 8 - thermocouple; 9 - potensyomiter; 10 - pagkakabukod;

11 - electric heater; 12 - autotransformer ng laboratoryo; 13 - voltmeter;

14 - ammeter; 15 - thermometer

Heat flux na nakikita ng hangin, W:

kung saan ang m ay ang mass air flow, kg/s; – eksperimental, mass isobaric na kapasidad ng init ng hangin, J/(kg K); – temperatura ng hangin sa labasan mula sa seksyon ng pag-init at sa pasukan dito, °C.

Mass air flow, kg/s:

. (1.10)

Dito, ang average na bilis ng hangin sa pipe, m/s; d ay ang panloob na diameter ng tubo, m; - density ng hangin sa temperatura , na matatagpuan sa formula, kg/m3:

, (1.11)

kung saan = 1.293 kg/m3 ang density ng hangin sa ilalim ng normal na pisikal na kondisyon; B - presyon, mm. rt. st; - labis na static na presyon ng hangin sa pipe, mm. tubig. Art.

Ang mga bilis ng hangin ay tinutukoy ng dynamic na ulo sa apat na pantay na seksyon, m/s:

nasaan ang dynamic na ulo, mm. tubig. Art. (kgf/m2); g = 9.81 m/s2 ang free fall acceleration.

Average na bilis ng hangin sa seksyon ng pipe, m/s:

Ang average na isobaric mass heat capacity ng hangin ay tinutukoy mula sa formula (1.9), kung saan ang heat flux ay pinapalitan mula sa equation (1.8). Ang eksaktong halaga ng kapasidad ng init ng hangin sa isang average na temperatura ng hangin ay matatagpuan ayon sa talahanayan ng mga average na kapasidad ng init o ayon sa empirical formula, J / (kg⋅K):

. (1.14)

Relatibong error ng eksperimento, %:

. (1.15)

1.3. Pagsasagawa ng eksperimento at pagproseso

mga resulta ng pagsukat

Ang eksperimento ay isinasagawa sa sumusunod na pagkakasunud-sunod.

1. Naka-on ang laboratory stand at pagkatapos maitatag ang stationary mode, ang mga sumusunod na pagbabasa ay kinukuha:

Dynamic na presyon ng hangin sa apat na punto ng pantay na mga seksyon ng pipe;

Labis na static na presyon ng hangin sa tubo;

Kasalukuyang I, A at boltahe U, V;

Temperatura ng hangin sa pumapasok, ° С (thermocouple 8);

Temperatura sa labasan, ° С (thermometer 15);

Barometric pressure B, mm. rt. Art.

Ulitin ang eksperimento para sa susunod na mode. Ang mga resulta ng pagsukat ay ipinasok sa Talahanayan 1.2. Ang mga kalkulasyon ay isinasagawa sa talahanayan. 1.3.

Talahanayan 1.2

Talaan ng pagsukat

	Pangalan ng halaga
	Temperatura ng pumapasok na hangin, °C
	Temperatura ng hangin sa labasan, °C
	Dynamic na presyon ng hangin, mm. tubig. Art.
	Labis na static na presyon ng hangin, mm. tubig. Art.
	Barometric pressure B, mm. rt. Art.
	Boltahe U, V

Talahanayan 1.3

Talahanayan ng pagkalkula

	Pangalan ng dami
	Dynamic na ulo, N/m2
	Average na temperatura ng daloy ng pumapasok, °C

Layunin: pagpapasiya ng isobaric heat capacity ng hangin sa pamamagitan ng flow calorimeter method.

Pagsasanay:

Eksperimentong tukuyin ang average volumetric isobaric heat capacity ng hangin.

Batay sa pang-eksperimentong data na nakuha, kalkulahin ang average na mass at molar isobaric heat capacities at ang average na mass, volume at molar heat capacities ng hangin.

Tukuyin ang adiabatic exponent para sa hangin.

Ihambing ang nakuhang datos sa talahanayan.

Magbigay ng pagtatantya ng katumpakan ng pang-eksperimentong data.

PANGUNAHING PROBISYON.

Kapasidad ng init- isang ari-arian na nagpapakita kung gaano karaming init ang dapat dalhin sa system upang mabago ang temperatura nito ng isang degree.

Sa pagbabalangkas na ito, ang kapasidad ng init ay may kahulugan ng isang malawak na parameter, i.e. depende sa dami ng bagay sa system.

Sa kasong ito, imposibleng mabilang ang mga thermal na katangian ng iba't ibang mga materyales sa pamamagitan ng paghahambing ng mga ito sa bawat isa. Para sa praktikal na paggamit, ang isang mas nagbibigay-kaalaman na parameter ay ang tinatawag na tiyak na init.

Tiyak na init nagpapakita kung gaano karaming init ang dapat dalhin sa isang yunit ng halaga ng isang sangkap upang mapainit ito ng isang degree.

Depende sa mga yunit kung saan sinusukat ang dami ng isang sangkap, mayroong:

tiyak na mass heat capacity (C). Sa sistema ng SI, ito ay sinusukat sa

;

Ang iba't ibang uri ng tiyak na kapasidad ng init ay magkakaugnay:

,

saan
- ayon sa pagkakabanggit, tiyak na masa, volumetric at molar na kapasidad ng init;

- gas density sa ilalim ng normal na pisikal na kondisyon, kg/m 3 ;

- molar mass ng gas, kg/kmol;

- ang dami ng isang kilomole ng ideal na gas sa ilalim ng normal na pisikal na kondisyon.

Sa pangkalahatan, ang kapasidad ng init ay nakasalalay sa temperatura kung saan ito tinutukoy.

Ang kapasidad ng init na tinutukoy sa isang naibigay na halaga ng temperatura, i.e. kapag ang pagbabago sa temperatura ng system sa isang naibigay na oras ay nagiging zero
, ay tinatawag na tunay na kapasidad ng init.

Gayunpaman, ang pagganap ng mga kalkulasyon ng engineering ng mga proseso ng paglipat ng init ay lubos na pinasimple kung ipagpalagay natin na kapag ang proseso ay ginanap sa hanay ng pagbabago ng temperatura ng system mula sa dati Ang kapasidad ng init ay hindi nakasalalay sa temperatura at nananatiling pare-pareho. Sa kasong ito, ang tinatawag na average na kapasidad ng init.

Average na kapasidad ng init
– ang kapasidad ng init ng system ay pare-pareho sa hanay ng temperatura mula sa dati .

Ang kapasidad ng init ay depende sa likas na katangian ng proseso ng supply ng init sa system. Sa proseso ng isobaric, upang mapainit ang sistema sa pamamagitan ng isang degree, kinakailangan na magbigay ng mas maraming init kaysa sa proseso ng isochoric. Ito ay dahil sa ang katunayan na sa isang proseso ng isobaric, ang init ay ginugol hindi lamang sa pagbabago ng panloob na enerhiya ng system, tulad ng sa isang proseso ng isochoric, kundi pati na rin sa pagsasagawa ng gawain ng pagbabago ng volume ng system.

Sa bagay na ito, makilala isobaric
at isochoric
kapasidad ng init, at ang kapasidad ng init ng isobaric ay palaging mas malaki kaysa sa isochoric. Ang ugnayan sa pagitan ng mga ganitong uri ng kapasidad ng init ay tinutukoy ng Mayer formula:

saan - gas constant, J/(kgdeg).

Sa praktikal na aplikasyon ng pormula na ito, kinakailangang maging maingat tungkol sa pagsusulatan ng mga sukat ng mga dami
,
at . Sa kasong ito, halimbawa, kinakailangan na gamitin ang tiyak na kapasidad ng init ng masa. Ang formula na ito ay magiging wasto din para sa iba pang mga uri ng tiyak na kapasidad ng init, ngunit upang maiwasan ang mga pagkakamali sa pagkalkula, palaging kinakailangan na bigyang-pansin ang mga pagsusulatan ng mga sukat ng mga dami na kasama sa formula. Halimbawa, kapag ginamit sa halip na pare-pareho ang unibersal na gas ang kapasidad ng init ay dapat na tiyak na molar, atbp.

Sa isang isothermal na proseso, ang lahat ng init na ibinibigay sa system ay ginugugol sa pagsasagawa ng panlabas na gawain, at ang panloob na enerhiya at, dahil dito, ang temperatura ay hindi nagbabago. Ang kapasidad ng init ng system sa naturang proseso ay walang katapusan na malaki. Sa isang proseso ng adiabatic, nagbabago ang temperatura ng system nang walang pagpapalitan ng init sa panlabas na kapaligiran, na nangangahulugan na ang kapasidad ng init ng system sa naturang proseso ay magiging zero. Dahil dito walang mga konsepto ng isothermal o adiabatic na kapasidad ng init.

Sa gawaing ito, ang paraan ng daloy ng calorimeter ay ginagamit upang matukoy ang kapasidad ng init ng hangin. Ang diagram ng setup ng laboratoryo ay ipinapakita sa Fig.1.

Fig.1. Scheme ng laboratory stand

Ang hangin sa tulong ng isang fan 1 ay ibinibigay sa calorimeter, na isang pipe 2 na gawa sa isang materyal na may mababang thermal conductivity at panlabas na thermal insulation 3, na kinakailangan upang maiwasan ang pagkawala ng init sa kapaligiran. Sa loob ng calorimeter ay mayroong isang electric heater 4. Ang heater ay pinapagana mula sa AC network sa pamamagitan ng isang voltage regulator 5. Ang kapangyarihan ng electric heater ay sinusukat ng isang wattmeter 6. Upang masukat ang temperatura ng hangin sa pumapasok at labasan mula sa calorimeter, thermocouples 7 ay ginagamit, konektado sa pamamagitan ng switch 8 sa instrumento para sa pagsukat ng thermo-EMF 9. Ang daloy ng hangin sa calorimeter ay binago ng regulator 10 at sinusukat gamit ang float rotameter 11.

ORDER OF PERFORMANCE OF WORK.

Kunin ang paunang data at pahintulot ng ulo upang maisagawa ang gawain

I-on ang fan at itakda ang nais na daloy ng hangin.

Itakda ang nais na halaga para sa kapangyarihan ng electric heater.

Matapos ang pagtatatag ng isang nakatigil na rehimen ng temperatura (kinokontrol ng mga pagbabasa ng sensor ng temperatura sa labasan ng calorimeter), ang temperatura ng hangin sa pumapasok at labasan ng calorimeter, daloy ng hangin at kapangyarihan ng pampainit ay sinusukat. Ang mga resulta ng pagsukat ay naitala sa talahanayan ng pang-eksperimentong data (tingnan ang talahanayan 1).

Talahanayan 1.

Ang isang bagong rehimen ng temperatura ay itinatag at ang mga paulit-ulit na pagsukat ay kinukuha. Dapat isagawa ang mga sukat sa 2, 3 magkakaibang mga mode.

Pagkatapos ng pagtatapos ng mga sukat, dalhin ang lahat ng mga regulatory body sa kanilang orihinal na estado at i-off ang unit.

Batay sa mga resulta ng pagsukat, ang halaga ng average na volumetric isobaric heat capacity ng hangin ay tinutukoy:

saan
- ang dami ng init na ibinibigay sa hangin sa calorimeter, W. Ito ay kinuha katumbas ng electric power ng heater;

- ayon sa pagkakabanggit, ang temperatura ng hangin sa calorimeter inlet at outlet, K;

- volumetric na daloy ng hangin sa pamamagitan ng calorimeter, nabawasan sa normal na pisikal na kondisyon, m 3 / s;

Upang dalhin ang daloy ng hangin sa pamamagitan ng calorimeter sa mga normal na kondisyon, ang ideal na gas equation ng estado ay ginagamit, na isinulat para sa normal na pisikal na kondisyon at eksperimentong kondisyon:

,

kung saan sa kaliwang bahagi ay ang mga parameter ng hangin sa calorimeter inlet, at sa kanang bahagi - sa ilalim ng normal na pisikal na kondisyon.

Matapos mahanap ang mga halaga
naaayon sa bawat isa investigated mode, ang halaga ay tinutukoy
, na kinuha bilang isang pagtatantya ng pang-eksperimentong halaga ng kapasidad ng init ng hangin at ginagamit sa karagdagang mga kalkulasyon.

, kJ/kg;

Ang adiabatic index para sa hangin ay tinutukoy batay sa ratio

;

Ihambing ang nakuha na mga halaga ng isobaric at isochoric na kapasidad ng init na may mga halaga ng tabular (tingnan ang Appendix 1) at suriin ang katumpakan ng nakuha na data ng eksperimentong.

Itala ang mga resulta sa talahanayan 2.

Talahanayan 2.

MGA TANONG SA PAGSUBOK.

Ano ang kapasidad ng init?

Ano ang mga uri ng tiyak na kapasidad ng init?

Ano ang average at tunay na kapasidad ng init?

Ano ang tinatawag na isobaric at isochoric na kapasidad ng init? Paano sila magkakaugnay?

Alin sa dalawang heat capacities ang mas malaki: C p o C v at bakit? Magbigay ng paliwanag batay sa 1st law ng thermodynamics.

Mga tampok ng praktikal na aplikasyon ng Mayer formula?

Bakit wala ang mga konsepto ng isothermal at adiabatic na kapasidad ng init?

Appendix 1.

Ang kapasidad ng init ng hangin depende sa temperatura

PAG-AARAL NG PROSESO NG ADIABATIC OUTFLOW NG GAS SA PAMAMAGITAN NG CONVERSING NOZZLE.

Layunin: eksperimental at teoretikal na pag-aaral ng mga thermodynamic na katangian ng proseso ng pag-agos ng gas mula sa isang converging nozzle.

Mag-ehersisyo:

1. Para sa isang partikular na gas, kunin ang pagtitiwala ng aktwal na bilis ng pag-agos at rate ng daloy sa magagamit na pagkakaiba ng presyon bago at pagkatapos ng nozzle.

PANGUNAHING PROBISYON.

Ang thermodynamic na pag-aaral ng mga proseso ng paggalaw ng gas sa pamamagitan ng mga channel ay may malaking praktikal na kahalagahan. Ang mga pangunahing probisyon ng teorya ng pag-agos ng gas ay ginagamit sa mga kalkulasyon ng landas ng daloy ng mga steam at gas turbines, jet engine, compressor, pneumatic drive at maraming iba pang mga teknikal na sistema.

Ang isang channel ng variable na cross section, kapag dumadaan kung saan lumalawak ang daloy ng gas na may pagbaba ng presyon at pagtaas ng bilis, ay tinatawag nguso ng gripo. Sa mga nozzle, ang potensyal na enerhiya ng presyon ng gas ay na-convert sa kinetic energy ng daloy. Kung sa channel mayroong isang pagtaas sa presyon ng gumaganang likido at isang pagbawas sa bilis ng paggalaw nito, kung gayon ang naturang channel ay tinatawag na diffuser. Sa mga diffuser, ang pagtaas sa potensyal na enerhiya ng gas ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagbabawas ng kinetic energy nito.

Upang gawing simple ang teoretikal na paglalarawan ng proseso ng pag-agos ng gas, ang mga sumusunod na pagpapalagay ay ginawa:

ang gas ay perpekto;

walang panloob na alitan sa gas, i.e. lagkit;

walang hindi maibabalik na pagkalugi sa proseso ng pag-expire;

ang daloy ng gas ay steady at nakatigil, i.e. sa anumang punto ng cross section ng daloy, ang bilis ng daloy w at ang mga parameter ng estado ng gas (p, v, T) ay pareho at hindi nagbabago sa paglipas ng panahon;

ang daloy ay one-dimensional, i.e. ang mga katangian ng daloy ay nagbabago lamang sa direksyon ng daloy;

walang palitan ng init sa pagitan ng daloy at panlabas na kapaligiran, i.e. adiabatic ang proseso ng pag-agos.

Ang teoretikal na paglalarawan ng proseso ng pag-agos ng gas ay batay sa mga sumusunod na equation.

Tamang gas equation ng estado

,

kung saan ang R ay ang gas constant;

Ang T ay ang ganap na temperatura ng daloy ng gas.

Adiabatic equation (Poisson equation)

kung saan ang p ay ang ganap na presyon ng gas;

k ay ang adiabatic exponent.

Equation ng pagpapatuloy ng daloy

kung saan ang F ay ang cross-sectional area ng daloy;

w ay ang daloy rate;

v ay ang tiyak na dami ng gas.

Bernoulli's equation para sa isang compressible working fluid, na isinasaalang-alang ang kawalan ng internal friction

Ang equation na ito ay nagpapakita na habang ang presyon ng isang gas ay tumataas, ang bilis at kinetic energy nito ay palaging bumababa, at vice versa, na may pagbaba sa presyon, ang bilis at kinetic energy ng isang gas ay tumataas.

Ang equation ng 1st law ng thermodynamics para sa daloy.

Ang unang batas ng thermodynamics sa pangkalahatang kaso ay may sumusunod na anyo

,

saan
ay ang elementarya na dami ng init na ibinibigay sa system;

ay isang elementarya na pagbabago sa panloob na enerhiya ng system;

ay ang elementarya na gawain ng pagbabago ng volume na ginagawa ng system.

Sa kaso ng isang mobile thermodynamic system (daloy ng gumagalaw na gas), ang bahagi ng pagbabago ng dami ng trabaho ay ginugol sa pagtagumpayan ng mga puwersa ng panlabas na presyon, i.e. para sa paggalaw ng gas. Ang bahaging ito ng pangkalahatang gawain ay tinatawag pagtutulak ng trabaho. Ang natitirang bahagi ng gawain ng pagpapalit ng lakas ng tunog ay maaaring magamit nang kapaki-pakinabang, halimbawa, na ginugol sa pag-ikot ng turbine wheel. Ang bahaging ito ng pangkalahatang operasyon ng system ay tinatawag magagamit o teknikal na gawain.

Kaya, sa kaso ng isang daloy ng gas, ang gawain ng pagbabago ng lakas ng tunog ay binubuo ng 2 termino - ang gawain ng pagtulak at ang teknikal (magagamit) na gawain:

saan
- elementarya na pagtulak ng trabaho;

- elementarya teknikal na gawain

Pagkatapos ang unang batas ng thermodynamics para sa daloy ay magkakaroon ng anyo

,

saan
- elementarya na pagbabago sa enthalpy ng system.

Sa kaso ng adiabatic outflow

Kaya, sa adiabatic outflow, ang teknikal na gawain ay isinasagawa dahil sa pagkawala ng gas enthalpy.

Batay sa mga pagpapalagay sa itaas para sa kaso ng pag-agos ng gas mula sa isang sisidlan ng walang limitasyong kapasidad (sa kasong ito, ang paunang bilis ng gas
) nakakuha ng mga formula para sa pagtukoy ng teoretikal na bilis at mass gas flow sa exit section ng nozzle:

o

saan
- presyon at temperatura ng gas sa seksyon ng inlet ng nozzle;

- tiyak na enthalpy ng daloy, ayon sa pagkakabanggit, sa nozzle inlet at nozzle outlet;

- adiabatic index;

- pare-pareho ang gas;

- ang ratio ng mga presyon sa labasan ng nozzle at sa pumapasok sa nozzle;

- lugar ng seksyon ng labasan ng nozzle.

Ang pagsusuri sa mga nakuhang formula ay nagpapakita na, ayon sa tinanggap na teorya, ang mga dependences ng theoretical velocity at mass flow sa pressure ratio ay dapat magkaroon ng form na kinakatawan sa mga graph sa pamamagitan ng mga curve na may marka ng letrang T (tingnan ang Fig. 1 at Larawan 2). Ito ay sumusunod mula sa mga graph na, ayon sa teorya, habang ang mga halaga ng  ay bumaba mula 1 hanggang 0, ang bilis ng tambutso ay dapat na patuloy na tumaas (tingnan ang Fig. 1), at ang mass flow rate ay unang tumataas sa isang tiyak na pinakamataas na halaga , at pagkatapos ay dapat bumaba hanggang 0 sa = 0 (tingnan ang Fig.2).

Fig 1. Depende sa rate ng pag-agos sa ratio ng presyon 

Fig 2. Depende sa daloy ng masa sa ratio ng presyon 

Gayunpaman, sa isang eksperimentong pag-aaral ng pag-agos ng mga gas mula sa isang converging nozzle, napag-alaman na sa pagbaba ng  mula 1 hanggang 0, ang aktwal na bilis ng pag-agos at, nang naaayon, ang aktwal na rate ng daloy ay unang tumaas nang buo alinsunod sa tinanggap teorya ng proseso, ngunit pagkatapos maabot ang maximum ng kanilang mga halaga na may karagdagang pagbaba sa  pababa sa 0 ay nananatiling hindi nagbabago

Ang katangian ng mga dependency na ito ay ipinapakita sa mga graph sa pamamagitan ng mga kurba na minarkahan ng letrang D (tingnan ang Fig. 1 at Fig. 2).

Ang isang pisikal na paliwanag para sa pagkakaiba sa pagitan ng teoretikal na pag-asa at pang-eksperimentong data ay unang iminungkahi noong 1839 ng Pranses na siyentipikong si Saint-Venant. Kinumpirma ito ng karagdagang pananaliksik. Ito ay kilala na anuman, kahit na ang isang mahinang kaguluhan ng isang nakatigil na daluyan, ay nagpapalaganap dito sa bilis ng tunog. Sa isang daloy na gumagalaw sa isang nozzle patungo sa pinagmulan ng kaguluhan, ang rate ng paghahatid ng gulo sa nozzle, i.e. laban sa direksyon ng daloy ay magiging mas mababa sa pamamagitan ng halaga ng bilis ng daloy mismo. Ito ang tinatawag na relative propagation velocity ng perturbation, na katumbas ng
. Kapag ang alon ng perturbation ay pumasa sa loob ng nozzle kasama ang buong daloy, ang isang kaukulang muling pamamahagi ng mga presyon ay nangyayari, ang resulta kung saan, ayon sa teorya, ay isang pagtaas sa bilis ng pag-agos at daloy ng gas. Sa isang pare-pareho ang presyon ng gas sa nozzle inlet P 1 =const, ang pagbaba sa presyon ng medium kung saan ang daloy ng gas ay tumutugma sa isang pagbaba sa halaga ng β.

Gayunpaman, kung ang presyon ng daluyan kung saan ang daloy ng gas ay bumababa sa isang tiyak na halaga, kung saan ang bilis ng pag-agos sa labasan ng nozzle ay magiging katumbas ng lokal na bilis ng tunog, ang alon ng perturbation ay hindi makakapagpalaganap sa loob ng nozzle, dahil ang kamag-anak na bilis ng pagpapalaganap nito sa daluyan sa direksyon na kabaligtaran ng paggalaw , ay magiging katumbas ng zero:

.

Sa pagsasaalang-alang na ito, ang muling pamamahagi ng presyon sa daloy sa kahabaan ng nozzle ay hindi maaaring mangyari, at ang bilis ng pag-agos ng gas sa labasan ng nozzle ay mananatiling hindi nagbabago at katumbas ng lokal na bilis ng tunog. Sa madaling salita, ang daloy, kumbaga, ay "pumutok" sa rarefaction na nilikha mula sa labas mula sa nozzle. Hindi mahalaga kung gaano kalaki ang ganap na presyon ng daluyan sa likod ng nozzle ay hindi bababa, walang karagdagang pagtaas sa bilis ng pag-agos, at samakatuwid ang daloy ng rate, dahil Sa makasagisag na pagsasalita, ayon kay Reynolds, "ang nozzle ay humihinto sa pakiramdam kung ano ang nangyayari sa labas nito" o, gaya ng minsan nilang sinasabi, "ang nozzle ay naka-lock." Ang ilang pagkakatulad sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang sitwasyon na kung minsan ay mapapansin kapag ang tunog ng boses ng isang tao ay tinatangay ng malakas na hangin at hindi marinig ng kausap ang kanyang mga salita, kahit na napakalapit, kung ang hangin ay umihip mula sa kanya patungo sa tagapagsalita.

Ang outflow mode, kung saan ang outflow velocity sa nozzle exit ay umabot sa lokal na bilis ng tunog, ay tinatawag kritikal na mode. Rate ng pag-expire , pagkonsumo at ratio ng presyon naaayon sa mode na ito ay tinatawag din mapanganib. Ang mode na ito ay tumutugma sa maximum na mga halaga ng bilis ng pag-expire at rate ng daloy, na maaaring makamit kapag ang gas ay dumadaloy sa isang conventional converging nozzle. Ang ratio ng kritikal na presyon ay tinutukoy ng formula

,

kung saan ang k ay ang adiabatic exponent.

Ang ratio ng kritikal na presyon ay nakasalalay lamang sa uri ng gas at pare-pareho para sa isang partikular na gas. Halimbawa:

para sa mga monatomic na gas k= 1.66 at  hanggang 0.489;

para sa 2 atomic na gas at hangin k= 1.4 at  hanggang 0.528

para sa 3 at polyatomic gases k=1.3 at  hanggang 0.546.

Kaya, ang mga teoretikal na dependence para sa pagtukoy ng bilis ng pag-agos at rate ng daloy ng gas, na nakuha sa loob ng balangkas ng mga tinatanggap na pagpapalagay, ay sa katunayan wasto lamang sa hanay ng mga halaga.
. Para sa mga halaga
ang rate ng daloy at daloy ay talagang nananatiling pare-pareho at maximum para sa mga partikular na kondisyon.

Bukod dito, para sa mga tunay na kondisyon ng daloy, ang aktwal na bilis ng pag-agos at rate ng daloy ng gas sa saksakan ng nozzle, kahit na sa mga halaga.
ay medyo mas mababa kaysa sa kanilang mga katumbas na teoretikal na halaga. Ito ay dahil sa alitan ng jet laban sa mga dingding ng nozzle. Ang temperatura sa labasan ng nozzle ay medyo mas mataas kaysa sa teoretikal na temperatura. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang bahagi ng magagamit na gawain ng daloy ng gas ay nawala at na-convert sa init, na humahantong sa isang pagtaas sa temperatura.

PAGLALARAWAN NG LABORATORY STAND.

Ang pag-aaral ng proseso ng pag-agos ng gas mula sa nozzle ay isinasagawa sa isang pag-install batay sa paraan ng simulation ng mga tunay na pisikal na proseso. Ang pag-install ay binubuo ng isang PC na konektado sa isang modelo ng lugar ng pagtatrabaho, isang control panel at mga instrumento sa pagsukat. Ang diagram ng pag-install ay ipinapakita sa Fig.3.

Fig.3. Scheme ng isang pag-install para sa pag-aaral ng proseso ng pag-agos ng gas

Ang gumaganang seksyon ng pag-install ay isang tubo kung saan naka-install ang pinag-aralan na converging nozzle 3 na may diameter ng outlet d= 1.5 mm. Ang daloy ng gas (hangin, carbon dioxide (CO 2), helium (He)) sa pamamagitan ng nozzle ay nilikha gamit ang vacuum pump 5. Ang presyon ng gas sa pumapasok ay katumbas ng barometric pressure (P 1 =B). Ang gas flow rate G at ang flow rate w ay kinokontrol ng balbula 4. Ang mga operating mode ay tinutukoy ng vacuum sa likod ng nozzle P 3, na naitala sa digital indicator 6. Ang gas flow rate ay sinusukat gamit ang isang pagsukat diaphragm na may diameter d d = 5 mm. Ang pagbaba ng presyon sa buong diaphragm H ay naitala sa digital indicator 7 at nadoble sa PC monitor screen. Ang rarefaction P 2 sa outlet section ng nozzle ay naitala din sa digital indicator 6 at sa monitor screen. Ang flow coefficient ng pagsukat ng diaphragm na may naka-calibrate na butas = 0.95 ay tinutukoy bilang resulta ng pagkakalibrate.

ORDER OF PERFORMANCE OF WORK.

Ikonekta ang pag-install sa network, pumasok sa isang diyalogo kasama ang programa ng eksperimento na naka-embed sa computer.

Piliin ang uri ng gas para sa eksperimento.

I-on ang vacuum pump. Lumilikha ito ng vacuum sa likod ng balbula 4, na ipinapakita sa screen ng monitor.

Sa pamamagitan ng unti-unting pagbubukas ng balbula 4, ang pinakamababang vacuum ay nakatakda

P 3 = 0.1 atm, na tumutugma sa 1st mode. Nagsisimula ito sa daloy ng gas.

Ipasok sa protocol ng eksperimento (Talahanayan 1) ang mga numerical na halaga P 3 ,P 2 ,H, na naayos sa pamamagitan ng mga digital indicator 6 at 7.

Magsagawa ng mga sukat ng mga halaga P 2 ,H para sa kasunod na mga mode na naaayon sa mga halaga ng vacuum na nilikha ng vacuum pump,

P 3 = 0.2; 0.3; 0.4; 0.5…..0.9 sa. Ilagay ang mga resulta ng pagsukat sa talahanayan 1

Talahanayan 1.

Gas pressure sa nozzle inlet P 1 =B= Pa.

Ang temperatura ng gas sa inlet ng nozzle t 1 =C.

	Mode No.	Mga resulta ng pagsukat

PAGPROSESO NG MGA RESULTA NG PAGSUKAT.

Ang ganap na presyon ng medium P 3 sa likod ng nozzle kung saan ang gas ay dumadaloy palabas ay tinutukoy

, Pa

4.2. Ang ganap na presyon ng gas P 2 sa seksyon ng labasan ng nozzle ay tinutukoy

, Pa

Ang aktwal na mass flow rate ng gas ay tinutukoy ng magnitude ng pressure drop H sa kabila ng pagsukat ng diaphragm

, kg/s

saan
- daloy rate ng pagsukat diaphragm;

- pagbaba ng presyon sa sukat ng diaphragm, Pa;

- densidad ng gas, kg/m 3;

- barometric pressure, Pa;

- gas constant, J/(kg∙deg);

- temperatura ng gas, С;

- diameter ng aperture ng pagsukat.

4.4. Dahil ang proseso ng pag-agos ay adiabatic, ang teoretikal na temperatura ng gas T 2 sa exit ng nozzle ay tinutukoy gamit ang kilalang kaugnayan para sa proseso ng adiabatic:

4.5. Ang aktwal na bilis ng pag-expire ay tinutukoy at temperatura ng gas sa exit section ng nozzle

, MS;

saan - aktwal na mass flow rate ng gas, kg/s;

- ayon sa pagkakabanggit, ang temperatura (K) at presyon (Pa) ng gas sa seksyon ng labasan ng nozzle;

- lugar ng seksyon ng labasan ng nozzle;

- diameter ng seksyon ng outlet ng nozzle.

Sa kabilang banda, batay sa 1st law ng thermodynamics para sa daloy

saan
- tiyak na enthalpy ng gas, ayon sa pagkakabanggit, sa pasukan at labasan ng nozzle, J/kg;

- temperatura ng gas, ayon sa pagkakabanggit, sa pumapasok at labasan ng nozzle, K;

- tiyak na isobaric heat capacity ng gas, J/(kgdeg);

Sa pamamagitan ng pag-equate sa kanang bahagi ng mga equation (17) at (18), at paglutas ng nagresultang quadratic equation para sa T 2 , ang aktwal na temperatura ng gas sa outlet na seksyon ng nozzle ay natutukoy.

o

,

saan
;

;

.

4.6. Ang theoretical mass flow rate ng gas sa panahon ng adiabatic outflow ay tinutukoy

, kg/s;

saan - lugar ng seksyon ng outlet ng nozzle, m 2;

- ganap na presyon ng gas sa inlet ng nozzle, Pa;

- temperatura ng gas sa inlet ng nozzle, K;

- gas constant, J/(kgdeg);

ay ang adiabatic index.

4.7. Natutukoy ang teoretikal na rate ng daloy ng gas

saan - temperatura ng gas sa seksyon ng pumapasok ng nozzle;

- adiabatic index;

- pare-pareho ang gas;

- ratio ng presyon;

- ganap na presyon ng daluyan kung saan nangyayari ang pag-agos ng gas, Pa;

- ganap na presyon ng gas sa inlet ng nozzle, Pa.

4.8. Ang pinakamataas na teoretikal na rate ng daloy ng gas ay tinutukoy
(paglabas sa walang bisa sa P 3 = 0) at lokal na teoretikal na bilis ng tunog (kritikal na bilis)
.

4.9. Ang mga resulta ng pagkalkula ay ipinasok sa talahanayan 2.

Talahanayan 2.

Mga resulta ng pagkalkula

4.10. Sa mga coordinate
at
ang mga dependency graph ay binuo, at isang dependency graph ay binuo din
. Tinutukoy ng mga graph ang halaga ng ratio ng kritikal na presyon ,

na kung ihahambing sa kinakalkula

.

4.11. Batay sa mga resulta ng mga kalkulasyon at mga graphical na konstruksyon, gumawa ng konklusyon tungkol sa mga sumusunod:

Paano nakadepende ang theoretical outflow velocity at gas flow rate sa pressure ratio β?

Paano nakadepende ang aktwal na outflow velocity at gas flow rate sa pressure ratio β?

Bakit ang mga halaga ng aktwal na bilis ng pag-agos at rate ng daloy ng gas ay mas mababa kaysa sa kaukulang mga teoretikal na halaga sa ilalim ng parehong panlabas na mga kondisyon?

MGA TANONG SA PAGSUBOK.

Anong mga pagpapalagay ang ginawa sa teoretikal na paglalarawan ng thermodynamics ng proseso ng pag-agos ng gas?

Anong mga pangunahing batas ang ginagamit upang teoretikal na ilarawan ang proseso ng pag-agos?

Ano ang mga bahagi ng gawaing ginagawa ng daloy ng gas kapag dumadaloy sa nozzle?

Ano ang kaugnayan sa pagitan ng enthalpy at teknikal na gawain ng isang daloy ng gas sa isang adiabatic outflow?

Ano ang isang kritikal na rehimen ng daloy at paano ito nailalarawan?

Paano ipaliwanag mula sa pisikal na pananaw ang pagkakaiba sa pagitan ng teoretikal at pang-eksperimentong pagdepende ng bilis ng pag-agos at bilis ng daloy sa ?

Paano nakakaapekto ang aktwal na mga kondisyon ng pag-agos sa bilis, bilis ng daloy, at temperatura ng gas sa labasan ng nozzle?