Часть1 – Изотермический процесс

Техническая термодинамика

Практикум

по выполнению лабораторных работ

для слушателей специальности переподготовки 1 – 43 01 71 «Техническая эксплуатация теплоэнергетических установок и систем теплоснабжения»

заочной формы обучения

УДК: 536.7(075.8)

ББК: 31.31я73

Авторы-составители: М.Н.Новиков

Практикум по выполнению лабораторных работ по курсу «Техническая термодинамика» предназначен для слушателей Института повышения квалификации и переподготовки специальности 1 – 43 01 71 «Техническая эксплуатация теплоэнергетических установок и систем теплоснабжения» Гомельского государственного технического университета имени П.О. Сухого.

Представленный материала позволит слушателям получить практические навыки исследования основных термодинамических процессов идеальных и реальных газов.

Содержание

1. Лабораторная работа № 1. Исследование процессов

идеальных газов………………………………………………………….4

2. Лабораторная работа № 2. Исследование кривой упругости

водяного пара……………………………………………………………15

Литература…………………………………………………………...…..21

Лабораторная работа № 1

Исследование процессов идеальных газов

Цель работы:

часть 1: исследовать изотермический процесс. Проверить справедливость закона Бойля-Мариотта на примере воздуха.

часть 2: исследовать изохорный процесс. Проверить справедливость закона Шарля на примере воздуха.

часть 3: исследовать изобарный процесс. Проверить справедливость закона Гей-Люссака на примере воздуха.

Теоретическая часть

При изучении термодинамических процессов идеальных газов должны быть решены основные задачи:

1) Определение уравнения процесса f(p, v)=0, устанавливающего закономерность изменения состояния рабочего тела в процессе.

2). Выявление особенностей преобразования подведенной к рабочему телу количества теплоты, распределение ее между изменением внутренней энергии и совершаемой рабочим телом внешней работой. Основой решения задачи является уравнение первого начала термодинамики, записанное при соблюдении условий, присущих рассматриваемому процессу. Совокупность уравнений процесса и состояния идеального газа дают возможность получать соотношения различных параметров газа в виде функциональных зависимостей вида: p=f( v ); s=f(T) и др.

Основными процессами являются: изохорный, протекающий при постоянном объёме; изобарный, протекающий при постоянном давлении; изотермический, происходящий при постоянной температуре; адиабатный – процесс, при котором отсутствует теплообмен с окружающей средой, и политропный, удовлетворяющий уравнению .

Значение показателя политропы определяет расположение и характер протекания политропического процесса на р- v диаграмме (см. рис. 1.1).

Все процессы, исходящие из точки O и располагаемые левее изохоры n=±∞, имеют отрицательную работу, т.к. сопровождаются сжатием рабочего тела. Справа от изохоры – положительную работу, т.к. сопровождаются расширением рабочего тела. Процессы, начинающиеся в точке О и располагающиеся правее и выше адиабаты (n=k=const), в областях I-III и VIII (заштрихованы) протекают с подводом теплоты из вне, а в областях IV – VII –с отводом теплоты.

Рисунок 1.1 - p - v диаграмма термодинамических процессов

Описание опытной установки

Установка состоит из стенда и навесного устройства. Конструктивно стенд представляет собой основание оборудованное:

1) интегрированной столешницей;

2) вертикальным рабочим полем с сеткой отверстий для быстрого монтажа навесных устройств;

3) рабочую панель с органами управления и устройствами индикации (см. рисунок 1.2).

К стенду подключается внешний источник сжатого воздуха (компрессор).

Навесное устройство (см. рисунок 1.3) представляет собой пневматический цилиндр двустороннего действия, установленный на раме. На пневматическом цилиндре (параметры цилиндра приведены в таблице 1.1) смонтирована система подачи и сброса воздуха, а также бандажный нагревательный элемент. Пневматическая схема навесного устройства изображена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.2 – Навесное устройство

Для проведения экспериментов следует установить навесное устройство на рабочее поле стенда при помощи эксцентриков и зафиксировать их поворотом ручки.

Таблица 1.1

Характеристики установки

Параметр	Единицы измерения	Значение параметра
тип цилиндра	-	двустороннего действия
максимальное рабочее давление	bar	10
внутренний диаметр цилиндра	м	0,08
ход штока	м	0,2
диаметр штока	м	0,025
усилие на штоке цилиндра штоковая полость при 4 bar	Н	1600
усилие на штоке цилиндра бесштоковая полость при 4 bar	Н	1772
максимальная допустимая температура	⁰С	100
начальный объем бесштоковой полости**, V₀	м³	6,9*10^-5

Соединить шлангом выход компрессора и штуцера на навесном устройстве. Разъем электрического кабеля навесного устройства подключить к разъему Х10 на панели стенда (см. рисунок 1.5).

Подключить компрессор к электросети и установить в ресивере компрессора давление 5...8 bar (см. инструкцию по работе с компрессором).

Рисунок 1.3 – Пневматическая схема навесного устройства

Мертвый объем и конструктивные элементы бесштоковой полости цилиндра при крайнем правом положении штока (максимально задвинут), образуют начальный минимальный объем V₀** (см. таблицу 1.1).

Рисунок 1.4 К определению объема бесштоковой полости

Измерительная система стенда позволяет измерять давление P₂ и температуру T₂ в полости пневматического цилиндра (исследуемом объеме), атмосферное давление P₁ и температуру T₁.

Рисунок 1.5 – Панель стенда

Нагрев цилиндра при проведении работ, осуществляется бандажным нагревательным элементом. Включение нагревателя осуществляется тумблером SA1, при работающем нагревательном элементе светится индикатор HL2.

Объем полости цилиндра при любом положении штока вычисляется как:

, (1.1)

– текущее положение штока, м;

– площадь цилиндра, м².

Рисунок 1.6 – Определение объема полости цилиндра

Порядок выполнения работы

Часть1 – Изотермический процесс

1. Установить устройство на рабочее поле стенда.

2. Присоединить выход компрессора к устройству.

3. Включить питание стенда (три автоматических выключателя «Сеть»).

4. Отрегулировать на минимум регулятор давления на выходе компрессора. Закрыть все краны на устройстве (В1...В5). Выставить на минимум регулятор давления на устройстве.

5. Включить компрессор. Создать в ресивере давление
0,5...0,8 МПа.

6. Отрегулировать давление на выходе компрессора до требуемого уровня (0,1...0,5 МПа).

7. Открыть краны В2, В4.

8. Переместить шток цилиндра в крайнее левое положение.

9. Закрыть краны В2, В4.

10. Открыть кран В1. Установить в полости цилиндра требуемое давление.

11. Измерить положение штока, установившиеся значения температуры и давления в полости цилиндра занести в таблицу 1.2.

12. Увеличить давление на выходе компрессора с помощью регулятора.

13. Открыть (приоткрыть) кран В3, так, чтобы шток цилиндра переместился на несколько сантиметров (исследуемый объем уменьшится).

14. Дождаться, пока температура в полости цилиндра установиться равной начальной. Измерить положение штока, установившиеся значения температуры и давления в полости цилиндра занести в таблицу 2.

15. Повторять пункты 12...14, до достижения штоком цилиндра крайнего положения.

16. Провести (если требуется) новый эксперимент при других начальных условиях (давлении и температуре).

17. Выключить питание стенда (три автоматических выключателя «Сеть»).

18. Закрыть краны В1, В3. Оставить открытыми краны В2, В4. Сбросить давление из ресивера компрессора. Выключить компрессор.

Часть2 – Изохорный процесс

1. Установить устройство на рабочее поле стенда.

2. Присоединить выход компрессора к устройству.

3. Включить питание стенда (три автоматических выключателя «Сеть»).

5. Включить компрессор. Создать в ресивере давление
0,5...0,8 МПа.

6. Отрегулировать давление на выходе компрессора до требуемого уровня (0,2...0,4 МПа).

7. Открыть краны В2, В4.

8. Переместить шток цилиндра в крайнее левое положение.

7. Закрыть краны В2, В4.

9. Открыть кран В1. Установить в полости цилиндра требуемое давление (0...0,5 МПа).

10. Закрыть кран В1.

11. Измерить установившиеся значения температуры и давления в полости цилиндра занести в таблицу 1.3.

12. Включить нагревательный элемент цилиндра тумблером SA1.

13. По мере нагрева воздуха в полости цилиндра, занести данные в таблицу 1.3.

14. Продолжить эксперимент до тех пор, пока давление в полости цилиндра перестанет расти.

15. Выключить нагрев тумблером SA1.

Часть3 – Изобарный процесс

Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 185; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!