Изучение изобарного процесса.

Лабораторная работа № 1.

Изучение адиабатного процесса.

Цель работы:  рассчитать основные термодинамические функции, теплоту и работу процесса.

Краткие теоретические сведения.                                                                              Адиабатным называют термодинамический процесс изменения состояния рабочего тела, протекающий без теплообмена с окружающей средой:                                                                             

                                                                δQ=0 (1-1)

Рисунок 1.1  Взаимное расположение адиабаты 1 и изотермы 2.

 Адиабата, как и изотерма представляет гиперболу, но идущую более круто.

Уравнение адиабатного процесса имеет вид: P· V^γ = сonst      (1-2)

Соотношения между основными параметрами рабочего тела в адиабатном процессе:

(V ₁ / V ₂)^γ-1 = (T ₂ / T ₁)= (P ₂ / P ₁) ^{(γ -1)/ γ}    (1-3)                     P ₁ V ₁ ^γ = P ₂ V ₂ ^γ (1-4)                                                                                      В случае адиабатного процесса работа расширения совершается за счет изменения внутренней энергии рабочего тела: δQ= dU+δL =0,    (1-5)    δL= - dU. (1-6)                                                                                                                                                                                                         где γ − показатель адиабаты, числено равный отношению теплоемкостей в изобарном и изохорном процессах                                                                                                                            

γ = c_p / c_v (1-7)                                                                                                                 

Удельные энергетические характеристики адиабатного процесса определяются следующими уравнениями:                                                                                                                                  а) удельная работа расширения                                                                                                                                l = [(R_μ · T ₁)/(γ -1)] ·[1 – (P ₂ / P ₁) ^{(γ -1)/ γ}]     (1-8)                                                                          для воздуха   γ= 1,4 R_μ = 287   дж / кг град                                                                                      Следует иметь в виду, что при адиабатном сжатии и адиабатном расширении знаки работы будут меняться на противоположные. При Р₁ > Р₂ (расширение газов) работа положительная, а при сжатии (Р₁ < Р₂) работа отрицательная.                                                                                       Кроме работы расширения газ (воздух) может совершать работу по преодолению внешнего давления (техническая работа):                                                                                                             l ^* = -Δ i = ( i ₁ - i ₂) = γ • l = [ γ •(R_μ · T ₁)/(γ -1)] ·[1 – (P ₂ / P ₁) ^{(γ -1)/ γ}] (1-9)

В формулах (1-3), (1-4), (1-8) и (1-9) используются абсолютные значения давлений. например     P₁^изб –избыточное давление, измеренное с помощью манометра. Абсолютное давление P ₁ = P₁^изб+ Р_атм. Нормальное атмосферное давление равно Р_атм = 0,1 Мпа = 100 Кпа.              

  б) изменение удельной внутренней энергии                                                                                             D u =  с _v ·(t ₂ – t ₁)      (1-10)                                                                                                                                          с_v =  С_v^μ /μ. Для воздуха:   с_v = (5/2) R_μ = 2,5 · (8314 /29) дж/кг град = 716,7 дж/кг град                                                                                                               в) удельная массовая теплоемкость             c _ад = δ q /dT=0                  (1-11)                    г) изменение удельной энтропии                                                                                                    dS = δ Q / T =0 или ds = δ q / T =0; D s = 0,  s = с onst (1-12)   

д) теплота процесса     q = 0; из первого начала термодинамики q = D u + l можно найти работу через изменение внутренней энергии l = - D u (1-13)    

Сравнить значения удельной работы, полученной с помощью (формул 1-8) и (1-13)      

Для исследования термодинамических процессов используется стенд НТЦ-117                 КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СТЕНДА. Схема стенда приведена на рис. 1.2. В состав стенда входят: пневмостанция, объекты исследований, гидростанция, пневмо- и гидроаппаратура, информационно-измерительная система.

  Рисунок 1.2. Схема установки.

 

В состав пневмостанции входят компрессор К, регулируемый пневмоклапан КП1, вентиль В1.

На стенде установлены три объекта исследований - (АК1, АК2 и АК3) представляют собой пневмоаккумуляторы. Пневмоаккумулятор АК3 и пневмоцилиндр одностороннего действия Ц1 имеют непосредственную связь рабочих полостей. Стенки пневмоаккумулятора АК1 термоизолированы, что позволяет в большей степени выполнить требования, предъявляемые к адиабатным процессам.

Пневмоаккумулятор АК2 имеет систему охлаждения, что позволяет исследовать изотермические процессы. При отключенной системе охлаждения на данном объекте возможно также исследование политропных процессов.

Для исследования изобарных процессов используется пневмоцилиндр Ц1 напрямую соединенный с пневмоаккумулятором АК3. Газ подается в поршневую полость цилиндра. Для создания нагрузки на штоке пневмоцилиндра Ц1 используется гидроцилиндр Ц2. Величина нагрузки определяется уровнем давления, обеспечиваемого гидростанцией. Давление изменяется с помощью переливного клапана КП2. В процессе отдачи тепла в окружающую среду через стенки емкости АК3 давление внутри нее падает. Тогда с помощью ручного распределителя Р4 осуществляется выдвижение поршня гидроцилиндра Ц2 со штоком до восстановления прежнего значения давления. Предлагаемая схема позволяет достаточно точно определять внешнюю работу, выполняемую в изобарном процессе.

Гидростанция содержит насос Н, гидробак Б, регулируемый напорный гидроклапан КП2 (который работает в режиме либо переливного либо предохранительного). Гидростанция используется для подачи жидкости в систему охлаждения при исследовании изотермических процессов, а также для создания давления в поршневой полости гидроцилиндра Ц2 при исследовании изобарных процессов.

Комплект пневмо- и гидроаппаратуры включает: пневмораспределители с электромагнитным управлением Р1, Р2 и Р3, гидрораспределитель Р4 с ручным управлением, обратные клапаны КО1, КО2, КО3 и вентили В1 – В4.

Обратные клапаны (КО1 – КО2) предназначены для запирания газа в рабочих полостях объектов исследований (АК2, АК3 и Ц1).

Вентили В1, В2 и В4 предназначены для соединения рабочих полостей объектов исследований с атмосферой и слива конденсата (установлены под столешницей справа). Вентиль В3 регулирует доступ охлаждающей жидкости к пневмоаккумулятору АК2.

Информационно-измерительная система стенда включает два манометра (МН1 и МН2), термометр (Т), три микропроцессорных датчика давления (Д₁, Д₂ и Д₃) и три датчика температуры (Т₁, Т₂, Т₃). В качестве первичных преобразователей температуры используются термопары.

Кроме того, предусмотрена цифровая индикация результатов измерения температуры (Т₁, Т₂ и Т₃) и давления (Д₁, Д₂ и Д₃).

Порядок выполнения работы.

Процесс происходит при резком сбросе давления воздуха из полости аккумулятора АК1, стенки которого термоизолированы.

       Объем аккумулятора АК1 принят равным V₀ = 0,01 м³ (10 л).

       Параметры:

       в начале процесса расширения: , Т₁- максимальная достигнутая при закачивании воздуха из компрессора температура;

       в конце процесса: - подставить значение комнатной температуры.

        

Удельный объем воздуха в конце процесса расширения V ₂ = (m R_μ Т₂) /Р₂ (1-14)

R – универсальная газовая постоянная, μ -молярная масса. Значение R_μ= 287 дж/кг град    для воздуха.

Внимание: по величине 1⁰С = 1⁰К, поэтому вместо ⁰С или ⁰К можно писать град. И соответственно в формулах сокращать (град / ⁰С =1) или (⁰К/ град =1)

Рассчитать V₂ (м³) в конце процесса и массу воздуха в объеме V_2.

Примечание. Массу воздуха в цилиндре при температуре Т₁, находим из уравнения:                      m = P ₁ V ₁ / (R_μ ·Т₁),     (1-15)

Здесь    V ₁ = V ₀.   

      1. Перед началом работы открыть вентиль В1 – и «стравить» давление в емкости АК1 до атмосферного давления, затем закрыть вентиль В1, проверить положение тумблера SA11 «Разрешение счета» - выключен (рычажок вниз).

  2.  Включить стенд автоматическим выключателем «СЕТЬ». Через несколько секунд на индикаторах Д1 – Д4 отобразятся показания, а на служебном индикаторе «Секундомер» высветится символ «L1». Зафиксировать начальные показания датчика давления Д1 (давление в пневмоаккумуляторе АК1) и температуру с прибора «Измеритель темепературы» (согласно его руководства установить вывод на индикацию с 1-го канала измерения).

3. Включить компрессор тумблером SA7 «К» - рычажок в положение «Вкл.» и затем установить тумблер SA2 «Р1» - рычажок в положение «Вкл.» - теплый сжатый воздух из компрессора начнет поступать в емкость АК1. Слегка приоткрыть вентиль В1, для того чтобы прогрелась поступающим теплым воздухом металлическая емкость АК1. Выждать 15-20мин. Затем закрыть вентиль В1.

4.  По достижении давления в емкости АК1 0,55-0,6 МПа (но не более допустимого рабочего давления компрессора, см. руководство на компрессор) установить тумблер SA2 «Р1» - рычажок в положение «Выкл.» и отключить компрессор тумблером SA7 «К» - рычажок в положение «Выкл.».

5. Зафиксировать показания датчика давления Д1 и температуры воздуха в пневмоаккумуляторе АК1. Тотчас полностью открыть вентиль В1.

6. При падающем давлении и понижающейся температуре снять для нескольких значений температуры показания датчика давления Д1 в пневмоаккумуляторе АК1 и зафиксировать минимальную температуру в конце процесса. По окончании эксперимента отключить стенд автоматическим выключателем «СЕТЬ».

Данные занести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1.

N n/n	Наименование физической величины	Номер опыта
		1	2	3	4
1	Давление начальное (сжатого воздуха), Р1^изб    кПа
2	Температура в конце процесса сжатия и начала процесса расширения Т1, ^0К
3	Температура в конце процесса расширения Т2= Т0, ^0К
4	Давление конечное, Р2 = Р0= Ратм, кПа	0,1 Мпа =100 кПа
5	Масса m, кг
6	Объём воздуха V 2, м^3
7	Удельная работа расширения l , кдж/кг
8	Изменение удельной внутр.энергии ∆ u, кдж/кг
9	Удельная теплота процесса q, кдж/кг	0
10	Изменение удельной энтальпии Δi, кдж/кг

 

   Используя формулы (1-1)- (1-15), провести расчёты указанных в табл 1.1.  величин, данные занести в таблицу. Сделать выводы.

Контрольные вопросы.

1. Какие параметры газа можно рассчитать, используя уравнение Менделеева-Клапейрона?

2. Что больше, молярная или удельная теплоёмкости?

3.Какие процессы в газах можно считать близкими к адиабатному?

4. Когда работа по изменению объёма газа считается положительной и когда отрицательной?

5. С помощью каких приборов измеряется температура газа в пневмоаккумуляторе?

6. С помощью каких приборов измеряется давление газа в пневмоаккумуляторе? В каких единицах?

 

 

Лабораторная работа № 2.

Изучение изотермического процесса.

Цель работы: экспериментально изучить изотермический процесс, рассчитать изменение функций состояния, теплоту и работу процесса.

Краткие теоретические сведения.                                                                                 Изотермическим называпется процесс, происходящий при постоянной температуре Т₁=Т₂= cjnst. Уравнение процесса P· V  = сonst   Р₁ V ₁  =   Р₂ V ₂       (2-1)

Для удельного объёма     v:   Р₁ v ₁ = Р₁ v ₂        (2-2)    

Рисунок 2.1. Изображение изотермы на диаграмме Р-V.

 

       На рис.1.2. дана схема установки для изучения изотермического процесса. Процесс происходит при сжатии воздуха в полости аккумулятора АК2, стенки которого имеют водяное охлаждение.

 

Объем аккумулятора АК2 принят равным 0,01 м³ (10 л).

Параметры:

       в начале процесса – ;

       в конце процесса –          м³ – объем сжатого воздуха.

       Температура, при которой происходит процесс Т около ^2930К (20 ºС, комнатная         т-ра).

       Объем несжатого воздуха в начале процесса находим из уравнения процесса:

         Р₁ · V₁ = Р₂ V₂ ;    отсюда  V₁  = (Р₂ / Р₁) V₂ (м³).    (2-3)

     При расчётах используются абсолютные значения давлений P = P^изб+ Р_атм

  В начале процесса P^изб= 0   и Р₁ = Р_атм= 0,1 МПа = 100 КПа. Давление, создаваемое компрессором, является избыточным и измеряют его с помощью тензодатчиков и специальной электронной системы с цифровой индикацией.

Работа 1 кг воздуха (удельная работа по изменению объёма)

  l = (R_μ · T) ·[ ln (P ₂ / P ₁) ] ( дж / кг )     (2-4)

     Удельная техническая работа: l ^* = -Δ i = ( i ₁ - i ₂) = γ • l =l, (2-5) так как  γ=1             

       Масса воздуха:          m = Р₂ V ₂ /(R_μ · T) (кг)   (2-6)

       Работа m (кг) воздуха (полная работа) в изотермическом процессе                                       L = m l (Дж). (2-7)

       Так как для изотермического процесса , то  полное количество теплоты, которую необходимо отвести в течение процесса

δQ= dU +δL, Q = ∆ U + L = L (Дж). (2-8)

  Для удельных значений   δ q = du +δ l, q = D u + l = l

       Эта теплота отводится  с помощью системы  охлаждения (см. рис. 2.2). Насос Н1 подаёт масло в рубашку охлаждения сосуда АК2.

  Теплоёмкость в изотермическом процессе

с_т = δ q /dT= ∞     (2-9)        

Изменения энтальпии в изотермическом процессе не происходит Δ i = 0.

Изменение энтропии

D s =  c_p·ln(T₂/T₁) - R_μ·ln(P₂/P₁) = R_μ·ln(P₂/P₁) = R_μ·ln(v ₁ / v ₂) (дж/кг град) (2-10)

Полное изменение энтропии D S = m · D s.

Порядок выполнения работы

 1. Перед началом работы открыть вентиль В2 – и «стравить» давление в емкости АК2 до атмосферного давления, затем закрыть вентиль В2 и проверить состояние вентиля В3 – должен быть открыт, проверить положение тумблера SA11 «Разрешение счета» - выключен (рычажок вниз). Рисунок 2.2. Схема установки.

 

 

2.  Включить стенд автоматическим выключателем «СЕТЬ». Через несколько секунд на индикаторах Д1 – Д4 отобразятся показания, а на служебном индикаторе «Секундомер» высветится символ «L1».

3. Зафиксировать начальные показания датчика давления Д2 (давление в пневмоаккумуляторе АК2) и температуру с прибора «Измеритель температуры» (согласно его руководства установить вывод на индикацию с 2-го канала измерения).

4. Включить насос Н1 системы водяного охлаждения тумблером SA5 «Н1» - рычажок в положение «Вкл.».

5. Включить компрессор тумблером SA7 «К» - рычажок в положение «Вкл.» и затем установить тумблер SA3 «Р2» - рычажок в положение «Вкл.». Следить за показаниями измерителя температуры и стараться поддерживать ее постоянной – для чего в случае значительного ее повышения временно отключить тумблер SA3 «Р2» - рычажок в положение «Выкл.» до понижения ее до близкого к начальному значения. Затем вновь возобновить подачу воздуха в емкость АК2 включив установить тумблер SA3 «Р2» - рычажок в положение «Вкл.».

6. С заданным преподавателем интервалом по давлению снимать показания датчика давления Д2 в пневмоаккумуляторе АК2. По достижении давления в емкости АК2 0,55-0,6 МПа (оно является предельным допустимым рабочим давлением компрессора, см. руководство на компрессор) компрессор может отключиться автоматически.

 Данные занести в таблицу 2.1.

7.  Отключить компрессор.

8. По окончании эксперимента вентилем В2 «стравить» воздух из емкости АК2.   

9. Отключить насос Н1 контура водяного охлаждения рычажок тумблера SA3 «Р2» - в положение «Выкл.». Отключить стенд автоматическим выключателем «СЕТЬ».

Таблица 2.1.

 

N n/n	Наименование физической величины	Номер опыта
		1	2	3	4
1	Давление атмосферное, Р0   кПа	100
2	Давление начальное  Р1^изб,    кПа
3	Давление конечное  Р2^изб,кПа
4	Температура комнатная Т0, ^0К
5	Температура процесса сжатия Т, ^0К
6	Объём сжатого воздуха V 2 , м^3	0,01
7	Масса  m, кг
8	Объём несжатого воздуха, V 1
9	Удельная работа l , кдж/кг
10	Полная работа L, кдж
11	Изменение удельной внутр.энергии ∆ u, кдж/кг	0
12	Удельная теплота q, кдж/кг
13	Теплоёмкость ст
14	Изменение удельной энтальпии Δi = ( i 1 - i 2), кдж/кг	0
15	Изменение удельной энтропии ∆s, кдж/кг град

 

 Рассчитать значения перечисленных в табл. 2.1 величин, характеризующих изотермический процесс, используя формулы (2-1)-(2-10). Данные занести в таблицу 2.1.Сделать выводы.

Контрольные вопросы.

1.  Какой процесс называется изотермическим?

2. Каким образом в данной установке поддерживается постоянная температура воздуха в сосуде?

3. Чему равна теплоёмкость процесса?

4. Почему техническая работа в данном процессе равна работе по изменению объёма?

5. Какой линией изображается изотерма на диаграмме Р- V, T-S? (прямая, параболла, гипербола, эллипс) Почему?

Лабораторная работа № 3.  

Порядок выполнения работы.

1. Перед началом работы открыть вентиль В4 – и «стравить» давление в емкости АК3 до атмосферного давления, затем закрыть вентиль В4, проверить положение тумблера SA11 «Разрешение счета» - выключен (рычажок вниз).

2. Включить стенд автоматическим выключателем «СЕТЬ». Через несколько секунд на индикаторах Д1 – Д4 отобразятся показания, а на служебном индикаторе «Секундомер» высветится символ «L1». Зафиксировать начальные показания датчика давления Д3 (давление в пневмоаккумуляторе АК3) и температуру с прибора «Измеритель темепературы» (согласно его руководства установить вывод на индикацию с 3-го канала измерения).

3.Включить насос Н2 гидросистемы цилидра Ц2 тумблером SA6 «Н2» - рычажок в положение «Вкл.». С помощью гидроспределителя Р4 с ручным приводом переместить шток гидроцилиндра в направлении от пневмоцилиндра до выхода указателя на крайние метки на линейке. Зафиксировать положение указателя на штоке гидроцилиндра по линейке.

4.Включить компрессор тумблером SA7 «К» - рычажок в положение «Вкл.» и затем установить тумблер SA4 «Р3» - рычажок в положение «Вкл.». По достижении давления в емкости АК3 0,55-0,6 МПа (но не более допустимого рабочего давления компрессора, см. руководство на компрессор) отключить тумблер SA4 «Р3» - рычажок в положение «Выкл.».   

5. Отключить компрессор тумблером SA7 «К» - рычажок в положение «Выкл.». Снять показания датчика давления Д3 и температуры воздуха в пневмоаккумуляторе АК3. Сделать паузу до тех пор пока давление несколько упадет. С помощью гидроспределителя Р4 с ручным приводом слегка переместить шток гидроцилиндра в направлении пневмоцилиндра до возврата давления к прежнему значению. Снять показания давления Д3 и температуры воздуха в емкости АК3. В дальнейшем при падении давления повторять предыдущую процедуру по его восстановлению до прежнего значения с фиксацией показаний.

6. По окончании эксперимента вентилем В4 «стравить» воздух из емкости АК3. Отключить насос Н2 рычажок тумблера SA6 «Н2» - в положение «Выкл.». Отключить стенд автоматическим выключателем «СЕТЬ».

 

По результатам измерений произвести расчеты работы изобарного процесса на 1 кг воздуха для 2-4 значений, а также теплоты, изменений внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Данные занести в таблицу 3.1. Сделать выводы.

 

    Таблица 3.1.                                                          

N n/n	Наименование физической величины	Номер опыта
		1	2	3	4
1	Давление начальное, Р1    кПа
2	Давление конечное, Р2 кПа
3	Температура начальная Т1, ^0К
4	Температура конечная Т2, ^0К
	Объём V 1= V ак+ Vц, м^3
5	Изменение объёма воздуха при изобарном сжатии (V 2 - V 1), м^3
6	Масса m, кг
7	Удельная работа l , дж/кг
8	Полная работа L, кдж/кг
9	Изменение удельной внутр.энергии ∆ u, дж/кг
10	Теплота q, дж/кг
11	Теплоёмкость ср, дж/кг град
12	Изменение удельной энтальпии Δi, дж/кг
13	Изменение удельной энтропии ∆s, дж/кг град

 

Контрольные вопросы.

1. Какой процесс называется изобарным?

2. Каким образом можно определить работу в изобарном процессе?

3. Каким образом в работе определялось изменение объёма?

4. Что больше в изобарном процессе - изменение энтальпии или изменение внутренней энергии? Почему?

5. В данном эксперименте энтропия возрастает или убывает? Каким образом это можно объяснить?

Лабораторная работа № 4.

Лабораторная работа № 5

  Изучение работы одноступенчатого поршневого компрессора.

Цель работы: ознакомиться с устройством, принципом действия и теплотехническими расчётами характеристик поршневого компрессора.

Приборы и оборудование: стенд, секундомер, измерители температуры (термопара с автоматическим потенциометром и стеклянный термометр)

 

Выполнение работы

1.Включить компрессор (см.рис. 5.3)

2. При закрытом вентиле нагнетать под давлением воздух в бак, измерить время увеличения давления до Р₂. Измерения провести дважды.

3. Измерить температуру сжатого воздуха Т₂ с помощью автоматического потенциометра и всасываемого воздуха Τ₁ с помощью стеклянного ртутного термометра. Най ти среднее значение температуры сжатого воздуха:                                

                               Таблица 5.1.

 

№	τ, сек	V c ж	t 1 ^0 C	t 2 ^0 C	P1	P2	d	h	ω	b
1
2
№	Q Д	Q теор	М	m	λ	l *	N е	η ад	Q п
1

1. Для единицы массы (1 кг ) идеального воздуха техническая работа сжатия компрессора:

                  l * =[ n /(n -1)]·(R *· Τ ₁)·[(Ρ ₂ / Ρ ₁)^{( n -1/ n )}  - 1] (5-1) n ≈ γ = l,4    Здесь R *= R /μ=8,314 (кдж/кмоль ⁰К) /29 кг/кмоль = 0,287 кдж/кг⁰К.      ( Молярная масса воздуха равна 29 кг /кмоль).   

 

  l * =        

Так как манометр компрессора показывает избыточное давление, то для нахождения абсолютного давления на выходе P₂ к атмосферному давлению Ρ₁ = 1ат (1 бар)   прибавляем избыточное и получаем     P ₂ = 1бар + Р₂^изб;                                                                                                                                                                        2. Найти действительную и теоретическую производительности по формулам:                         

  Q _Д = V _{c ж} ·(Р₂/Р₁) · (Т₁/Т₂) / τ; (5-2) V_{c ж} = V ₂ ( объём ресивера ) = 24 л. Температуры необходимо перевести в ⁰К.

Q _теор = (π · d ² /4) · h · n · b (5-3).

Диаметр поршня d, ход поршня h, число поршней b находим в таблице основных характеристик компрессора. Число оборотов в минуту n переводим в об/с. h= 32 мм, n = 2850 об/мин, b = 1, d = 53,5 мм. В формуле (5-2) объём можно брать в л ( объём ресивера V _{c ж} = 24 л), а время в мин. В этом случае действительная производительность будет выражена в л/мин.  В формуле (5-3) диаметр поршня и ход поршня необходимо взять в дм (1 дм =100 мм), а число оборотов в об/мин=1/мин. Так как 1 дм³= 1л, то размерность теоретической производительности так же будет выражена в л/мин. Сравнить её значение с паспортными данными (Q _п).

Q _Д =

Q _теор =

Внимание: н а импортных компрессорах приводится значение (паспортное Q _п) теоретической производительности, а не действительной.

               

Рис.5.3. Компрессор        

  Примечание. Формула (5-2) получена следующим образом:при давлении Р₂ объём -сжатого воздуха V ₂ равен объёму ресивера (V _{c ж}). Как показа- но в §3.9 при расчёте производительности этот объём необ ходимо приводить к нормальным условим (давлению 1 бар и комнатной температуре). Используем для этого уравнение Менделеева-Клапейрона. Запишем его дважды-для начальных и конечных условий                                                              P ₁ ·V ₁ = (m / μ) ·R·T ₁ P ₂ ·V ₂ = (m / μ) ·R·T ₂        V ₂ = V _{c ж} -конечный объём равен объёму ресивера. Приведём его к начальным условиям, т.е. найдём V _1. Поделим первое уравнение на второе P ₁ ·V ₁ / (P ₂ ·V ₂)= T ₁ / T ₂   Отсюда V ₁ = (P ₂ ·V ₂) ·T ₁ / P ₁ ·T ₂ = V ₂ · (Р₂/Р₁) (T ₁ / T ₂) = V _{c ж} ·(Р₂/Р₁) · (Т₁/Т₂).    Q _Д = V ₁ /τ. Формула (5-3) позволяет найти      объём воздуха, который засасывается в цилиндр под поршень за ед.времени (1 с). Объём цилиндра равен произведению площади основания поршня (π · d ² /4) на высоту цилиндра ( ход поршня h).

 

4. Найти коэффициент производительности компрессора:

 

λ = Q _Д / Q _теор =

 Индикаторную работу (а, следовательно и мощность) компрессора можно определить по индикаторной диаграмме, измеряя её площадь. Используя масштаб, единицы площади затем можно перевести в ед. работы.

Примечание: в данной работе этот метод не используется.                                                                                        Полный адиабатный КПД компрессора:    η _ад = N _ад / N _е =  m · l ^* /(τ · N _е)     (5-5)

Здесь N _ад - полная теоретическая мощность. Её определяют через полезную внеш нюю работу l ^*: N _ад = L ^* / τ = m · l ^* / τ; (5-6)     М = m / τ -массовый расход воздуха. N _е – эффективная мощность, мощность на валу компрессора, её приближённо можно принять равной мощности электродвигателя компрессора N _э.дв. Мощность электро двигателя компрессора Ν _э.дв = 1,1 к вт

5. Определить коэффициент полезного действия компрессора:

массу газа в ресивере при давлении Р₂ приближённо можно определить из уравнения Менделеева-Клапейрона Р₂· V ₂ = (m/μ) R ·Т₂;                                                                                     m= Р₂· V ₂ ·μ/ R·Т₂ =                                                                                                                           η_ад = N _ад /Ν_э.дв. = m · l ^* /(τ · N _э.дв.) =                                                                                                

 

Данные занести в таблицу 5.1. Сделать выводы.

 

Контрольные вопросы.

1. От каких параметров поршневого компрессора зависит его теоретическая производительность?

2. Почему действительная производительность компрессора меньше теоретической производительности?

3. Техническая работа компрессора больше работы по изменению объёма. Почему?

4. Зачем нужны компрессору ресивер и прессостат (автомат по включению и выключению компрессора)?

5. Каким образом можно определить полный адиабатный к.п.д. поршневого компрессора?

 

Лабораторная работа № 6

Лабораторная работа № 1.

Изучение адиабатного процесса.

Цель работы:  рассчитать основные термодинамические функции, теплоту и работу процесса.

Краткие теоретические сведения.                                                                              Адиабатным называют термодинамический процесс изменения состояния рабочего тела, протекающий без теплообмена с окружающей средой:                                                                             

                                                                δQ=0 (1-1)

Рисунок 1.1  Взаимное расположение адиабаты 1 и изотермы 2.

 Адиабата, как и изотерма представляет гиперболу, но идущую более круто.

Уравнение адиабатного процесса имеет вид: P· V^γ = сonst      (1-2)

Соотношения между основными параметрами рабочего тела в адиабатном процессе: