ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Схема и описание установки

Лабораторния работа №1

На тему: Первый закон термодинамики

Выполнила: ст. гр.

ХТБ(ВМС) 1002

Лагусева Вера

Тверь, 2012

1. Цели работы

Определение с помощью уравнения первого закона термодинамики количества теплоты, подведенного к рабочему телу (воздуху) в условиях лабораторной установки; определение адиабатного кпд компрессора.

Основные положения

Математическое выражение первого закона термодинамики для потока рабочего тела для данной лабораторной установки в расчете на 1 кг рабочего тела имеет вид

, (1)

где – означают соответственно изменение энтальпии, кинетической и потенциальной энергии потока; q и l_т – означают соответственно теплоту и техническую работу на рассматриваемом участке.

Адиабатным коэффициентом полезного действия (η_к) называется отношение мощности, расходуемой на изоэнтропное сжатие (N_о), к мощности, сообщаемой компрессору (N_к):

(2)

или отношение теоретической работы при адиабатном сжатии (l_о^обр) к действительной работе (технической), затрачиваемой на привод компрессора (l_т):

. (3)

Тогда мощность, затраченная на изоэнтропное сжатие(N_о) при известном расходе рабочего тела (G), находится по формуле

Мощность, подведенная к компрессору (N_к), расходуется на изоэнтропное сжатие (N_о) и на преодоление потерь (N_п) , сопровождающих процесс сжатия, т.е.

Численное значение мощности, подведенной к компрессору (N_к), можно определить через мощность (N_э), потребляемую электродвигателем компрессора, и коэффициент полезного действия привода компрессора (η_пр):

,(4)

где η_пр – коэффициент полезного действия привода компрессора, учитывающий потери в электродвигателе (η_э), механические потери (η_м) и передачу тепла потоку рабочего тела при охлаждении электродвигателя, за счет обтекания его потоком рабочего тела. Численное значение η_пр находится специальными опытами и в данном случае равно значению 0,51 (51%); N_э – мощность, подведенная к электродвигателю компрессора.

Схема и описание установки

Рабочее тело – воздух – компрессором 1 (рис. 1) забирается из окружающей среды, сжимается и поступает в горизонтальный участок трубы 5. Воздух на пути из окружающей среды в компрессор проходит через воздухомерное устройство 3 типа «труба Вентури». Количество воздуха, проходящего через установку, может изменяться с помощью заслонки 6. Параметры окружающей среды измеряются приборами, расположенными на панели 9 «Окружающая среда» (ртутный, чашечный барометр и жидкостно-стеклянный термометр). На панели 4 «Статические напоры» расположены три U-образных манометра для измерения статических давлений в сечениях: «горло» воздухомера (Н), на входе в компрессор (Н_в) и за компрессором (Н_н). В результате подведенного к трубе 5 тепла, воздух, проходя от сечения I–I, где его температура равна температуре окружающей среды, нагревается до температуры t_вII, которая измеряется термопарой 7 в комплекте с вторичным прибором.

Рис. 1. Схема установки

Для определения мощности, подведенной к электродвигателю 2 компрессора служит панель 8 «Работа компрессора», с размещенными на ней амперметром и вольтметром. Индикатор 10 фиксирует удлинение трубы при её нагреве, которое прекращается в момент установления стационарного режима.

4. Порядок проведения опыта

1. Проверить состояние всех измерительных приборов. Включить электронагрев трубы 5 и, спустя некоторое время ( по указанию преподавателя), компрессор 1, предварительно установив заслонку 6 в исходное положение.

2. По истечении времени выхода установки на стационарный режим, снять показания приборов и соответствующие величины записать в протокол наблюдений (табл. 1).

3. Изменив расход воздуха с помощью заслонки 6 и выждав время перехода установки в новое тепловое равновесие, снять показания приборов и занести в протокол.

Таблица 1

№ п/п	Измеряемая величина	Опыт
	Температура воздуха при входе в воздухомер (сечение I–I)	t_вI =16,5°С
	Температура воздуха при выходе из трубы (сечение II–II)	t_вII =31,5+16,5=48°С
	Показания вакуумметра («горло») воздухомера	H =120 мм вод.ст.
	Показания вакуумметра перед компрессором	Н_в =55 мм вод.ст.
	Показания пьезометра после компрессора	Н_н =11 мм вод.ст.
	Напряжение и сила тока, потребляемого компрессором	U_к =220 в
I_к =1,4 а
	Показания барометра	B =987 мбар
	Температура окружающей среды	t_окр =16,5°С

5. Расчетные формулы и расчеты

1. Атмосферное давление находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле

, Па.

2. Перепад давления воздуха в воздухомере

, Па,

где ρ – плотность воды в U-образном вакуумметре, равная 1000 кг/м³; g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²; Н – показание вакуумметра («горло») воздухомера, переведенное в м вод.ст.

3. Плотность воздуха по состоянию в «горле» воздухомера

,кг/м³ ,

где R – характеристическая газовая постоянная воздуха, равная 287 Дж/кг·К.

4. Расход воздуха

,кг/с.

5. Плотность воздуха на выходе из трубы

,кг/м³.

6. Средняя скорость воздуха на выходе из трубы

,м/с,

где F = 1,35·10^{-3, м2} – живое сечение трубы.

7. Кинетическая энергия в выходном сечении II – II

,кДж/кг.

Так как W_I <<<W_II, то можно считать W_I = 0 и найденное значение Э_кин одновременно соответствует величине изменения кинетической энергии потока в уравнении (1).

8. Изменение потенциальной энергии на участке I – II

,кДж/кг.

Так как в данной работе (Z_II – Z_I) = 0,4 м, то ΔЭ_пот = 0,0039 кДж/кг одинаково для всех опытов и сравнительно мало. Поэтому величиной этого слагаемого в уравнении (1) можно пренебречь.

9. Теоретическая работа сжатия воздуха в компрессоре может быть найдена из рассмотрения процесса сжатия на диаграмме P-v (рис. 2).

, Дж/кг.

10. Значения абсолютных давлений находятся через показания манометров по известному соотношению

, Па.(5)

В соответствии с выражением (5) абсолютное давление перед компрессором Р₁ и после компрессора Р₂ находится по формулам

, Па, , Па,

где Н_в – показание вакуумметра перед компрессором, переведенное в м вод.ст.; Н_н - показание пьезометра после компрессора, переведенное в м вод.ст.

11. Удельные объемы воздуха на входе в компрессор и на выходе из него, соответственно, определяются

по уравнению Клапейрона , м³/кг;

по уравнению адиабаты , м³/кг; k = 1,4.

Примечание. Численные значения удельных объемов следует рассчитать с достаточно высокой точностью (не менее шести значащих цифр после запятой).

12. Значения удельной энтальпии воздуха в сечениях I – I и II – II определяются по общему уравнению в зависимости от температуры воздуха

, кДж/кг,

где с_р – теплоемкость воздуха при постоянном давлении, равная 1,006 кДж/(кг·град).

Таблица 2

№ п/п	Расчетная величина	Опыт
	Атмосферное давление	Р_атм =98405,305 Па
	Перепад давления воздуха в воздухомере	ΔР =1177,2 Па
	Плотность воздуха по состоянию в «горле» воздухомера	ρ_в =1,1702 кг/м³
	Расход воздуха	G =0,019486 кг/с
	Плотность воздуха на выходе из трубы	ρ_вII =1,06815 кг/м³
	Средняя скорость воздуха на выходе из трубы	W_II =13,513 м/с
	Изменение кинетической энергии потока	ΔЭ_кин =0,00676 кДж/кг
	Абсолютное давление перед компрессором	Р₁ =97865,755Па
	Абсолютное давление за компрессором	Р₂ =98513,215 Па
	Удельный объем воздуха на входе в компрессор	v₁ =0,8489792 м³/кг
	Удельный объем воздуха на выходе из компрессора	v₂ =0,84498990 м³/кг
	Теоретическая работа сжатия воздуха	l_о^обр =-548,3835 кДж/кг
	Удельная энтальпия воздуха в сечении I – I	h_I =16,599 кДж/кг
	Удельная энтальпия воздуха в сечении II – II	h_II =48,288 кДж/кг
	Мощность, потребляемая двигателем компрессора	N_э =0,308 кВт
	Мощность, затраченная на изоэнтропное сжатие	N_о =-10,6858 кВт
	Мощность, подведенная к компрессору	N_к =0,15708 кВт
	Действительная работа сжатия воздуха	l_т =8,061172 кДж/кг
	Адиабатный коэффициент полезного действия компрессора	η_к =-68,0277%
	Теплота, сообщенная 1 кг рабочего тела на участке I – II	q =23,6349 кДж/кг

13. Мощность, потребляемая электродвигателем компрессора N_к, находится по формуле (4),где N_э = I_к·U_к·10^-3, кВт.

14. Действительная работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре (техническая работа), находится по соотношению

, кДж/кг.

15. Адиабатный коэффициент полезного действия компрессора рассчитывается по формуле (2) или (3).

16. Теплота, сообщенная 1 кг рабочего тела на участке I – II, определяется с учетом знаков полученных величин по формуле

, кДж/кг.

17. Результаты расчетов должны быть продублированы в форме сводной табл. 2.

6. Контрольные вопросы

1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как она достигается.

2. Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажите их назначение.

3. Какими методами измеряется температура в данной работе?

4. Как измеряется и регулируется расход воздуха в данной работе?

5. На что расходуется мощность, подведенная к компрессору, и как она определяется?

6. Сформулируйте и напишите аналитические выражения первого закона термодинамики для замкнутой и разомкнутой оболочек.

7. Каков физический смысл величин, входящих в уравнения первого закона термодинамики для замкнутой и разомкнутой оболочек?

8. Дайте определения и поясните физический смысл понятий теплоты и работы в технической термодинамике.

9. Что означают знаки « + » и « – » для теплоты и работы?

10. Сравните величины l_о^обр и l_т. Какая из них больше и почему? Дайте пояснения к формулам, по которым они рассчитываются.

11. Что называется внутренней энергией рабочего тела? Свойства внутренней энергии и расчетные формулы.

12. Что называется энтальпией рабочего тела? Свойства энтальпии и расчетные формулы.

13. Дайте понятие адиабатного коэффициента полезного действия компрессора.