Исследование газовых процессов. Определение газовой постоянной воздуха

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОВЫХ ПРОЦЕССОВ. Определение газовой постоянной воздуха

цель РАБОТЫ: Усвоение и закрепление теоретического материала по теме технической термодинамики "Основные газовые процессы" и приобретение навыков экспериментирования и обработки опытных данных.

ЗАДАНИЕ

1. Изучить схему экспериментальной установки, включить ее и вывести на заданный стационарный тепловой режим.

2. Провести опыт, снимая показания приборов и занося их в таблицу наблюдений.

3. Определить опытные значения газовой постоянной воздуха для серии замеров.

4. Вычислить погрешность найденного среднего за опыт значения газовой постоянной воздуха по отношению к справочному.

5. Сделать вывод по работе.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для идеального газа при равновесном состоянии рабочего тела (массой m кг) с окружающей средой вид функции F (P, V, T) = 0 записывается в виде уравнения состояния

pV = mRT,

где p – удельное абсолютное давление воздуха, Па;

V – объем воздуха, м^3;

m –масса воздуха в цилиндре, кг;

T – абсолютная температура воздуха, К;

R – газовая постоянная, Дж/(кг·К); численное значение R зависит от вида рабочего тела.

Из приведенного уравнения определяется опытное значение газовой постоянной воздуха R_оп, Дж/(кг·К). Справочное значение газовой постоянной R, Дж/(кг·К), принимается по справочным данным или вычисляется по соотношению R=R_m /m, где R_m - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К); m - молярная масса газа, кг/моль.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

10 9 8 7 4 3 2 1 6 5

Рисунок. Схема экспериментальной установки.

Экспериментальная установка (рисунок) состоит из цилиндра 1 с подвижным поршнем 2 и термостата 8. Исследуемая порция воздуха изотермически сжимается в цилиндре 1 поршнем 2 при вращении маховика 5. Для первоначального заполнения цилиндра воздухом служит вентиль 7. Вентиль 10 нужен для быстрого охлаждения воды в термостате в случае необходимости изменения температурного режима. Температурный режим опыта задается преподавателем, устанавливается и поддерживается с помощью контактного термометра 9. Для измерения объема воздуха V, м ³, используется шкала 6, а избыточного давления p_м, Па, и температуры t, ^оС, - манометр 4 и термометр 3.

ПРОВЕДЕНИЕ ОПЫТА

1. Убедиться, что вентиль 7 открыт.

2. Установить поршень 2 в крайнее правое положение (170-180 делений шкалы), что осуществляется вращением маховика 5.

3. Включить установку в сеть. Контактный термометр 9 установить на заданную температуру t, ^оС. Включить нагреватель и мешалку термостата.

4. Убедившись в наступлении стационарного теплового режима (показания термометра 3 не изменяется во времени), записать показания приборов (V₁, p_м1, t) в таблицу наблюдений.

5. Закрыть вентиль 7. Вращение маховика 5 последовательно сжимать воздух в цилиндре на несколько делений шкалы 6 и записать показания приборов (V₂, p_м2, t и т.д.) в таблицу наблюдений. Выполнить 3 - 4 замера.

6. Открыть вентиль 7. Вернуть поршень 2 в первоначальное положение.

7. Контактный термометр 9 установить на новое значение температуры и повторить опыт согласно пунктам 4, 5, 6.

8. Подписать таблицу наблюдений у преподавателя.

9. Выключить установку.

Т а б л и ц а

Результаты измерений

Номер замера	Барометрическое давление, Па	t, °C	V, м^3	p, Па

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

1. Абсолютная температура воздуха в цилиндре Т, К:

Т = t + 273

2. Масса исследуемой порции воздуха в цилиндре при t = const M, кг:

M = V₁ · r,

где V₁ – начальный объем воздуха в цилиндре, м ³;

r – плотность воздуха в цилиндре, кг/м³; численное значение плотности воздуха при соответствующей температуре определяется по таблице физических свойств для сухого воздуха с учетом температуры и барометрического давления.

3. Абсолютное давление воздуха в цилиндре p₁, Па, для серии замеров определяется по формулам

p₁ = В + p_м1, p₂ = В + p_м2 и т. д.

4. Значение газовой постоянной воздуха R, Дж/(кг·К), определяется из уравнения состояния

R₁ = p₁V₁ / mT, R₂ = p₂V₂ / mT и т.д.

5. Среднее значение газовой постоянной воздуха, найденное опытным путем, R_оп, Дж/(кг·К),

R₁ + R₂ + … + R_n

R_оп = -----------------------

n

6. Относительная погрешность, %,

R_оп – R

Δ = ---------------100

R

Допустимое значение относительной погрешности ±10%.

7. Аналогичные расчеты проводятся для определения R_оп при других значениях температуры воздуха.

8. Вывод по работе.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

1. Рабочее тело. Идеальный и реальный газ.

2. Основные термические параметры состояния рабочего тела, их физический смысл и единицы измерения.

3. Уравнения состояния идеального газа для различного количества газа, их анализ.

4. Универсальная газовая постоянная. Ее физический смысл и численное значение. Газовая постоянная, ее определение.

5. Уравнение состояния реального газа, его анализ.

6. Уравнение состояния для газовой смеси, определение газовой постоянной смеси.

7. Термодинамический процесс (равновесный, неравновесный, обратимый, необратимый).

8. Основные газовые процессы, уравнения процессов, графическое изображение процессов в P-V и T-S-координатах.

9. Работа и теплота процесса. Внутренняя энергия рабочего тела. Аналитическое выражение I-го закона термодинамики.

10. Работа расширения рабочего тела, работа сжатия. Графическое определение работы в P-V-координатах.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Теплотехника /Под ред. А.П. Баскакова.- М.: Энергоиздат, 1991.-224 с.

2. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1980.- 496 с.

3. Юдаева Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача. М.: Высшая школа, 1988.- 480 с.

4. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. М.: Машиностроение, 1973.- 344 с.

Дата добавления: 2015-10-21