Методические указания к лабораторной работе №2 Экспериментальное определение показателя политропы по дисциплине термодинамика направление подготовки: 160700 “Проектирование авиационных и ракетных двигателей” 160400 «Проектирование,




Скачать 107.49 Kb.
НазваниеМетодические указания к лабораторной работе №2 Экспериментальное определение показателя политропы по дисциплине термодинамика направление подготовки: 160700 “Проектирование авиационных и ракетных двигателей” 160400 «Проектирование,
Дата публикации12.07.2013
Размер107.49 Kb.
ТипМетодические указания
zadocs.ru > Математика > Методические указания


МИНОБРНАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Институт высокоточных систем им. В.П. Грязева

Кафедра «Ракетное вооружение»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 2



Экспериментальное определение показателя политропы


по дисциплине

ТЕРМОДИНАМИКА


Направление подготовки:

160700 “Проектирование авиационных и ракетных двигателей”

160400 «Проектирование, производство и эксплуатация ракет

и ракетно-космической техники»

Форма обучения очная

Тула 2011 г.

Методические указания к лабораторной работе составлены профессором Е.П. Поляковым и доцентом О.А. Евлановой и обсуждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета

протокол № 10 от «4» мая 2011 г.
^
Методические указания к лабораторной работе пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета

протокол № от «___ » ______ 20__ г.

Зав. кафедрой _____________ Н.А. Макаровец






^ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПОЛИТРОПЫ


  1. Цель и задачи работы

Студенты углубляют и закрепляют знания по разделу рабочих процессов в теплоэнергетических установках, теоретически изучают возможные политропные процессы и их частные случаи – изохорный, изотермический, изобарный и адиабатический.

При выполнении работы студенты знакомятся с экспериментальным методом измерения показателя политропного процесса.
^ 2. Основы теории

В технике чаще встречаются процессы, в которых рабочее тело (газ) частично обменивается тепловой энергией с окружающей средой. Изменение энергии рабочего тела вследствие теплообмена зависит от различных факторов: скорости протекания процессов, совершенства термической изоляции и других. Параметры процесса, протекающего при наличии такого теплового контакта рабочего тела с внешней средой, отличаются от параметров идеальных процессов – адиабатического, протекающего при идеальной тепловой изоляции рабочего тела, и изотермического, при полном отсутствии тепловой изоляции в условиях постоянства температуры рабочего тела.

Адиабатическое расширение, характеризуемое отсутствием теплообмена между рабочим телом и внешней средой, представлено кривой 1 на рис. 1. При таком расширении давление падает не только вследствие увеличения объема, как в случае изотермического расширения (кривая 3), но и из-за связанного с этим охлаждения. Кривая, называемая «адиабатой», спадает, таким образом, круче, чем изотерма. Уравнения этих процессов имеют вид:

- адиабатического 

- изотермического 

где P – давление, V – удельный объем, k – показатель адиабаты, R – газовая постоянная рабочего тела, T – постоянная температура изотермического процесса.



Рис.1. PV – диаграмма термодинамических процессов расширения:

1 – без теплообмена; 2 – с частичным теплообменом; 3 – с постоянной температурой рабочего тела.

При расширении, сопровождающемся теплообменом с окружающей средой, газ охлаждается не так сильно, как при адиабатическом расширении. В связи, с чем кривая такого расширения (рис. 1) располагается между адиабатой и изотермой.

Среди термодинамических процессов, для которых характерно наличие теплообмена между рабочим телом и окружающей средой, выделяют политропные процессы, протекающие таким образом, что в течение всего процесса во внутреннюю энергию превращается одна и та же доля подведенной теплоты. Такие процессы также как адиабатический и изотермический, являются идеализированными, но к политропному процессу с определенной погрешностью сводятся многие, характерные для техники, рабочие процессы.

Уравнение политропного процесса может быть получено следующим образом. Если с – теплоемкость политропного процесса, то элементарное количества тепла dq, подведенное в этом процессе к рабочему телу:

,

и уравнение первого закона термодинамики для этого процесса примет вид:

 (1)

или

 (2)

Учитывая, что

,

уравнение (1) преобразуется к виду:



Интегрируя полученное уравнение, получим уравнение политропы

 (3)

Обозначая показатель политропы через n, получим

 (4)

 (5)

Уравнение (4) показывает, что политропным процессом является такой термодинамический процесс изменения параметров состояния рабочего тела, при котором в течение всего процесса показатель политропы n, могущий иметь любое численное значение в пределах от -∞ до +∞, остается постоянным.

Политропный процесс при определенных условиях является обобщающим по отношению к изохорному и адиабатному. На рис. 2 изображено значение показателя политропы в зависимости от характера протекающего процесса.

Если известна кривая политропного процесса, то показатель

политропы может быть определен по значениям параметров P и V в двух точках политропы. В соответствии с уравнением (4)

. (6)


Рис.2. Области возможных политропных процессов
После логарифмирования данного уравнения



показатель политропы определится в виде отношения

 (7)
^ 3.Объекты и средства исследования

Схема установки для осуществления процессов расширения газа при различных режимах истечения показана на рис. 3. В качестве рабочего тела используется воздух.

Установка состоит из следующих основных элементов:

1– баллон для сжатого газа;

2– электропневмоклапан (ЭПК);

3– штуцер ЭПК с дроссельной шайбой;

4– насос;

5– вентиль;

6– образцовый манометр для измерения избыточного давления газа в баллоне 1.


Рис. 3. Схема установки

Накачивание баллона осуществляется при открытом вентиле 5. После достижения необходимого давления штуцер закрывается.

Входящий в состав установки ЭПК позволяет мгновенно открывать и закрывать магистраль для истечения газа.

Различные скорости протекания процесса расширения обеспечиваются дроссельными шайбами с отверстиями различного диаметра.
^ 4.Порядок выполнения работы

1.Включить установку в сеть и убедиться, что тумблер питания ЭПК находится в нейтральном положении.

2. Перед началом и после проведения опыта определить по барометру и термометру давление и температуру окружающей среды в рабочем помещении.

3.Открыть вентиль 5 и с помощью насоса в баллон накачать воздух до давления Pнач, указанное руководителем работы, но не более 0,2 МПа. Необходимо учитывать, что при накачивании воздух нагревается, в связи с чем, при изменении давления, должна быть обеспечена выдержка времени, необходимая для выравнивания температур, после чего вентиль закрыть. При необходимости избыток воздуха можно сбросить с помощью ЭПК.

4.Открыть ЭПК и наблюдать за процессом истечения воздуха по манометру 6. В момент, когда давление упадет на величину ∆P, равную

1/5….1/10 начального давления процесса Pнач, ЭПК закрыть, прекращая тем самым истечения воздуха. Фиксируя конечное значение давления истечения воздуха из баллона PП1 следить за повышением давления вследствие нагрева от стенок баллона, охладившегося при расширении воздуха, и фиксировать установившееся давление PТ1, соответствующее процессу изотермического расширения при температуре окружающей среды.

5.Вновь накачать воздухом баллон до давления Pнач и затем осуществить истечение до давления PП2, отличающее от начального на 2∆P. Зафиксировать соответствующее PТ2. Опыт повторяют 5-10 раз, осуществляя перевод полученных значений PПi и PТi (ед.) в систему СИ (Па), используя соотношение

100 ед. = 1,6 105 Па.

6.По уравнению изотермы



рассчитать значения удельного объема Vi, соответствующие давлениям изотермического процесса PТi:

,

где Rв – газовая постоянная воздуха, определяемая универсальной газовой постоянной Rµ = 8314,4 Дж/(кмоль К) и молекулярной массой воздуха µв = 28,98 кг/кмоль;

.

Найденные значения удельных объемов изотермического процесса VТi позволяют определить соответствующие значения удельных объемов VПi истечения воздуха из баллона, т. к. при повышении давления от PПi до PТi в каждой точке i вследствие нагревания воздуха его масса в баллоне и объем, а следовательно и удельный объем, не изменялись.

7. Рассчитать значение давления РАД.i , соответствующее давлению адиабатического расширения воздуха, используя зависимость (6). Показатель адиабаты воздуха к =1,4.

8. По зависимости 7 определить показатель политропы n для различных участков кривой расширения воздуха при истечении из баллона и затем рассчитать среднее арифметическое значение показателя политропы для данного процесса.

9. Полученные результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1

№ опыта

PП, ед.

PП, МПа

PТ, ед.

PТ, МПа

VТ, м3/кг

РАД, МПа

n


























































































































10. Построить кривые изотермического, адиабатического и политропного процессов в координатах P(V).
^ 5.Контрольные вопросы

1.Какие термодинамические процессы называют политропными?

2.Почему при политропном истечении воздуха из баллона давление падает менее интенсивно, чем при адиабатическом, но более интенсивно, чем при изотермическом?

3.Как определяется абсолютное давление в баллоне?

4.Как зависит показатель политропы истечения воздуха от теплоизоляции внутренней поверхности баллона?

6.Литература.

  1. Кирилин В. А. и др. Техническая термодинамика. М.: Наука, 1979.

502 с.

  1. Андрюшенко А. И. Основы технической термодинамики реальных процессов. М.: Высшая школа, 1975. 264 с.

  2. Базаров И. П. Термодинамика. М.: Высшая школа, 1983. 344 с.




Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Методические указания к лабораторной работе №2 Экспериментальное определение показателя политропы по дисциплине термодинамика направление подготовки: 160700 “Проектирование авиационных и ракетных двигателей” 160400 «Проектирование, iconМетодические указания к лабораторной работе №3 расчет параметров...
Целью данной работы является освоение методики расчета термодинамических параметров газа при дозвуковом и сверхзвуковом течении

Методические указания к лабораторной работе №2 Экспериментальное определение показателя политропы по дисциплине термодинамика направление подготовки: 160700 “Проектирование авиационных и ракетных двигателей” 160400 «Проектирование, iconВопросы к экзамену Определение термина «проектирование»
Высказывание «Модернизация серийных двигателей и участие в создании новых двигателей совместно с ведущими мировыми компаниями» является...

Методические указания к лабораторной работе №2 Экспериментальное определение показателя политропы по дисциплине термодинамика направление подготовки: 160700 “Проектирование авиационных и ракетных двигателей” 160400 «Проектирование, iconМетодические указания к лабораторной работе №6 Исследование и изучение...
Исследование автоматических выключателей. Методические указания к лабораторной работе №6 по дисциплине "Электрические и электронные...

Методические указания к лабораторной работе №2 Экспериментальное определение показателя политропы по дисциплине термодинамика направление подготовки: 160700 “Проектирование авиационных и ракетных двигателей” 160400 «Проектирование, iconМетодические указания к лабораторной работе №24 «определение отношения...
Методические указания к лабораторной работе №24 «Определение отношения молярных теплоёмкостей Cp/Cv воздуха методом адиабатического...

Методические указания к лабораторной работе №2 Экспериментальное определение показателя политропы по дисциплине термодинамика направление подготовки: 160700 “Проектирование авиационных и ракетных двигателей” 160400 «Проектирование, iconМетодические указания к лабораторной работе №11 Тиристорный пускатель...
Нхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Методические указания к лабораторной работе №11 по дисциплине "Электрические и электронные...

Методические указания к лабораторной работе №2 Экспериментальное определение показателя политропы по дисциплине термодинамика направление подготовки: 160700 “Проектирование авиационных и ракетных двигателей” 160400 «Проектирование, iconМетодические указания к лабораторной работе по дисциплине «Инженерная геология»
Типы горных пород. Изучение (описание и определение) основных разновидностей осадочных, магматических и метаморфических пород по...

Методические указания к лабораторной работе №2 Экспериментальное определение показателя политропы по дисциплине термодинамика направление подготовки: 160700 “Проектирование авиационных и ракетных двигателей” 160400 «Проектирование, iconМатериалы для подготовки к лабораторной работе №1 «Исследование дисперсии...
Цель работы: экспериментальное определение частотной дисперсии электропроводности биологической ткани, определение импеданса биологической...

Методические указания к лабораторной работе №2 Экспериментальное определение показателя политропы по дисциплине термодинамика направление подготовки: 160700 “Проектирование авиационных и ракетных двигателей” 160400 «Проектирование, iconМетодические указания и задания к лабораторной работе для студентов...
Методические указания предназначены для самостоятельной подготовки и выполнения лабораторной работы с топографической картой студентами...

Методические указания к лабораторной работе №2 Экспериментальное определение показателя политропы по дисциплине термодинамика направление подготовки: 160700 “Проектирование авиационных и ракетных двигателей” 160400 «Проектирование, iconМетодические указания к курсовой работе по дисциплине “Проектирование...
Проектирование систем очистки газов и промышленная вентиляция” для студентов специальности 070801 «Экология и охрана окружающей природной...

Методические указания к лабораторной работе №2 Экспериментальное определение показателя политропы по дисциплине термодинамика направление подготовки: 160700 “Проектирование авиационных и ракетных двигателей” 160400 «Проектирование, iconМетодические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу...
Методические указания предназначены для организации самостоятельной работы студентов 3 курсов дневной и вечерней форм обучения специальностей:...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов