Последовательность выполнения

Определение показателя политропы при различных процессах

Цель работы: определение показателя политропы для процесса сжатия воздуха в каждой ступени компрессора в зависимости от давления нагнетания.

Теоретические сведения

Политропными называют термодинамические процессы, удовлетворяющие уравнению при произвольном, постоянном для данного политропного процесса значении n. Величину n называют п о к а з а т е л е м п о л и т р о п ы . Показатель политропы n для различных политропных процессов может принимать любые значения от + . Кривую политропного процесса в диаграмме состояния называют политропой.

Понятие о политропных процессах было введено в термодинамике по аналогии с понятием об адиабатных процессах. Уравнение политропного процесса по внешнему виду сходно с уравнением адиабаты, однако существенная разница между этими уравнениями состоит в том, что если показатель изоэнтропы (адиабаты) k является в общем случае величиной переменной, то уже само понятие политропного процесса основано на предположении о том, что показатель политропы n является постоянной величиной. В политропном процессе к системе может подводиться (или отводиться от нее) теплота.

Понятие о политропных процессах широко используется главным образом при изучении процессов сжатия и расширения в газовых двигателях; зачастую политропные процессы оказываются удобными для аппроксимации действительных газовых процессов в двигателях. Реальные процессы сжатия в газовых двигателях и компрессорах часто не являются ни адиабатными, ни изотермическими, а занимают промежуточное положение между этими двумя видами процессов. Поэтому обычно встречаемые на практике значения показателя n политропного процесса лежат в интервале от 1 до k.

При сжатии в компрессоре неизбежно происходит теплообмен между сжимаемым воздухом и окружающими частями компрессора: поршнем, гильзой, головкой блока цилиндров. Тем не менее, сжатие происходит достаточно быстро, поэтому процесс теплообмена не осуществляется до выравнивания температур воздуха и корпуса. В связи с этим процесс сжатия не может считаться ни адиабатическим, ни изотермическим. Такие процессы называются политропными. Политропный процесс в координатах давление - температура описывается следующим уравнением:

, где n- показатель политропы (4.1)

Диаграмма политропного процесса показана на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1. Диаграмма политропного процесса

Показатель политропы для каждого процесса может быть вычислен по формуле: (4.2)

В ходе лабораторной работы измеряются температуры и давления на входе и выходе каждой ступени. Следует отметить, что во всех расчетных зависимостях значения температур и давлений должны подставляться в абсолютных шкалах.

Основные расчетные формулы

Степень повышения давления в компрессоре: ε = p₂/ p₁

Уравнения процесса сжатия (рис. 4.2):

- изотермического pν = const;

- адиабатного pν ^k = const;

- политропного pν ⁿ = const.

Рис. 4.2. Процесс сжатия в T-S и р-v диаграммах:

1-2и - изотермическое сжатие; 1-2а - адиабатное сжатие; 1-2' и 1-2'' - политропное сжатие

Показатель:

- адиабаты (табл. 4.1):

(4.2)

Политропы

( 4.3)

Температура газа после сжатия:

- адиабатного

(4.4)

Политропного

Т₂= T₁ (4.5)

Таблица 4.1. Свойства газов (при нормальных условиях)

Газ	Показатель адиабаты k	Изобарная теплоемкость ср, Дж/кг-К	Молярная масса M, кг/моль	Плотность ρ, кг/м³	Газовая постоянная R, Дж/кгК
Азот N₂	1,41	1051	0,028	1,251	296,8
Аргон Ar	1,667	523	0,040	1,783	208,2
Водород H₂	1,408	14269	0,002	0,0899	4124
Водяной пар H₂O	1,33	-	0,018	0,805	461,9
Воздух	1,40	1009	0,029	1,293	287,1
Гелий He	1,66	5296	0,004	0,179	2078
Кислород O₂	1,398	913	0,032	1,429	260,0
Метан CH₄	1,315	2483	0,016	0,717	517,8
Оксид углерода CO	1,401	1047	0,028	1,250	296,7
Углекислый газ CO₂	1,305	837	0,044	1,977	188,8

Располагаемая работа сжатия:

- процесса «1-2»

(4.6)

изотермического процесса

(4.7)

(4.8)

Адиабатного процесса

(4.9)

Показатели торможения (характеристики при полном преобразовании кинетической энергии газа в тепловую):

- полная энтальпия

(4.10)

(4.11)

- полное давление

(4.12)

Последовательность выполнения

I . Работа с ТЦПМ

1. Включить электропитание стенда тумблером «Питание системы управления». Включить ноутбук.

2. Запустить программу «ТЦПМ измерения».

3. Перевести ручку трехходового крана КР1 в положение «вниз», закрыть кран КР2, закрыть кран КР3.

4. Включить приводной двигатель компрессора.

5. Установить частоту питания электродвигателя вращая ручку потенциометра на панели управления частотным преобразователем равной 50 Гц.

6. В программе «ТЦПМ измерения» выбрать подпункт «Индикаторные диаграммы», установить флажки «Давление на входе первой ступени», «Давление на выходе первой ступени», «Давление на входе второй ступени», «Давление на выходе второй ступени».

7. Регулируя дроссель ДР установить давление в ресивере равным 500 - 550 кПа.

8. Проанализировав графики, убедиться, что с точностью 5-10% давления можно считать постоянными.

9. В программе «ТЦПМ измерения» выбрать подпункт «Построение характеристик».

10. Регулируя дроссель ДР установить давление в ресивере равным 200-250 кПа. Выждать 1-3 минуты для стабилизации температуры.

11. Записать в таблицу 6.4.1 значение давлений на входе первой ступени Р_ВС1, на выходе первой ступени , на входе второй ступени , на выходе второй ступени , температур на входе первой ступени , на выходе первой ступени , на входе второй ступени , на выходе второй ступени

12. Повторить действия по п. 10 и 11 для следующих значений давления в ресивере: 300-350 кПа, 400-450кПа, 500-550кПа, 600-650кПа, 750-800кПа.

13. Полностью открыть дроссель ДР.

14. Выключить приводной электродвигатель компрессора.

15. Закрыть программу «ТЦПМ измерения».

16. Выключить питание системы управления стенда и ноутбук.

17. Рассчитать по измеренным значениям давлений и температур значения показателей политропы процессов для первой и второй ступени, атмосферное давление принять равным 100 кПа.

18. Построить графики зависимостей показателя политропы каждой ступени от давления нагнетания этой ступени. Сделать выводы.

Таблица 4.2. Результаты измерений

Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 213; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!