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).