Исследование термодинамических процессов

 
 

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования 

"Сибирский  государственный технологический  университет" 

Кафедра теплотехники 
 
 

лабораторная  работа № 2 
 
 

Тема: Исследование термодинамических процессов 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                 Руководитель:

                                                 _______________Греб Н.А.

                                                 (подпись)

                                                 ___________________

                                                       (оценка, дата )  

                                                 Разработал:

                                                 Студент группы 63-4

                                                 ______________Лубшев Д.А.

                                                            (подпись)

                                                 ___________________

                                                                    (дата)  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Лабораторная  работа №2

   Тема

  Исследование  термодинамических процессов.

   Цель  работы

   Исследование  влияния показателя политропы на характеристики состояния рабочего тела и энергетические результаты процессов.

 

   Экспериментальная установка

 
 

    5 4              3

   

   

   

   

    1 2

   

   

   

   

   

   

   

   

    6 7

   

   

 
 

   1- вертикальная  стальная труба; 2 – воздухоуказательное  стекло; 3 – термометр сопротивления; 4 – манометр; 5, 6, 7 – вентили.

 

   Таблица 1 – Протокол результатов  измерений

 

Обработка результатов исследований

 

   Определяем  абсолютное давление

 

   

 

   где Р_а – абсолютное давление, Р_изб – избыточное давление,

   Р_бар=751 мм рт ст – барометрическое давление.

   98,06 кПа=1ат

 

     кПа

 

   751 мм  рт ст=100,12 кПа

 

   

кПа

   

кПа

   

кПа

   

кПа

   

кПа

 

   Находим температуру

   

   где Т  – температура воздуха в цилиндре, t – показание термометра установки, Т₀=273 К – температура при нормальных условиях.

   

К

   

К

   

К

   

К

   

К

 

   Находим объем воздуха

   

   

м²

   где V – объем воздуха в цилиндре, Н – высота столба воздуха в установке, d=0,2 м – диаметр трубы цилиндра.

 

   

м³

   

м³

   

м³

   

м³

   

м³

 

   Из  уравнения состояния  находим массу  воздуха в цилиндре

 

   

 

   где m – масса воздуха, R=8,314/μ кДж/(кг·К) – газовая постоянная воздуха, μ=28,96 кг/моль – молярная масса воздуха.

 

   Для первого  измерения  кг

 

   Для последнего измерения  кг

 

   Находим среднюю массу воздуха для  всех измерений

 

   

кг

 

   Находим удельный объем воздуха

   

   где υ  – удельный объем воздуха, V – объем воздуха в цилиндре, m – масса воздуха.

   

 м³/кг

   

 м³/кг

   

 м³/кг

   

 м³/кг

   

 м³/кг

 

   Находим энтропию

   

 

   где S – энтропия, С_pm – средняя массовая теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К), определяется по формуле

 

   С^’_pm – определяется по температуре из таблицы. С^’_pm=1,2971

 

   

 кДж/(кг·К)

     кДж/(кг·К)

     кДж/(кг·К)

     кДж/(кг·К)

     кДж/(кг·К)

     кДж/(кг·К)

 

   Результаты  расчетов заносим в таблицу 2.

 
 
 
 

   Таблица 2 – Результаты расчетов

 
 
 
 

   Изотермический  процесс

 

   Используя полученные данные, проверяем справедливость для условий опыта уравнения Бойля-Мариотта 

 

   

   

   

   

   

 

   Находим работу в изотермическом процессе

   

кДж

   Находим теплоту

 

   

кДж

 

   Политропный процесс

 

   Уравнение политропного процесса PVⁿ = const. Показатель политропного процесса n определяем по выражению

 

   

 

   Отсюда  ;  , значит для данного опыта справедливо уравнение политропного процесса.

   Используя экспериментальные данные и найденный показатель политропы, проверяем справедливость соотношений

   

   

; ;

   

; ; 

   

; ;

 

   Находим теплоту, участвующую в процессе

   

,

 

   где С_n – теплоемкость в политропном процессе

 

   

 

   Откуда  кДж/(кг·К)

   

 кДж/(кг·К)

   

кДж

 

   Находим работу в процессе

 

   

кДж

 

   Находим изменение внутренней энергии

 

   

 кДж

 

   Проверяем справедливость 1-ого закона термодинамики для условий опыта

   

 кДж

 

   Значит, что первый закон термодинамики справедлив для условий данного опыта.

 

   Вывод

 

   Показатель  политропы является постоянным для  проведенного опыта. Показатель политропы  определяет характер процесса, поскольку  , для данного опыта характерен изотермический процесс. Для условий проведенного опыта справедливы уравнение Бойля-Мариотта, соотношения политропного процесса и 1-ый закон термодинамики.