ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 158
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, Дж/кг. (21)Изменение энтропии , Дж/(кг×К). (22)3. ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯЛабораторная работа выполняется на компьютере в среде операционной системы Windows. Виртуальная лабораторная установка имитирует работу поршневого компрессора (рис. 1). Основными узлами установки являются: рабочий цилиндр 1, поршень 2, кривошипно-шатунный механизм (3, 4), рубашка охлаждения 6 и горелки 7. Для у правления установкой предусмотрен пульт управления, на котором расположены кнопки "пуск/стоп" 10, "вкл./выкл. горелок" 11, "вкл./выкл. охлаждения" 12. В списке "газы" 8 перечислены различные газы, которые могут быть использованы при исследовании термодинамических процессов. Вид термодинамического процесса задается в окне "процесс" 9. На экран дисплея выводится информация о размерах рабочего цилиндра, длине шатуна и кривошипа, времени работы и продолжительности процесса, для измерения угла поворота кривошипа установлен угломер 5, график зависимости значений двух параметров состояния в окне 14. Параметры выбираются программой произвольно.Для установки начальных значений процесса газ можно сжимать или расширять, нагревать или охлаждать. Сжатие (расширение) газа производится адиабатно при помощи кривошипно-шатунного механизма. Для включения механизма нужно нажать кнопку "пуск" на пульте управления. После этого кривошип начинает вращаться, а поршень совершает возвратно-поступательные движения, уменьшая или увеличивая объем газа. Вместо кнопки "пуск" на экране появляется кнопка "стоп" для остановки механизма. После нажатия кнопки "стоп" поршень останавливается, а на экране появляется кнопка "пуск". Для нагревания газа в цилиндре необходимо нажать кнопку "вкл./выкл. горелок", горелки включаются, и происходит нагрев газа при неизменном объеме рабочего цилиндра. Для выключения нагрева необходимо отжать кнопку. Для охлаждения газа в цилиндре необходимо нажать кнопку "вкл./выкл. охлаждения", в рубашку рабочего цилиндра подается охлаждающая жидкость и происходит охлаждение газа при неизменном объеме рабочего цилиндра. Для выключения охлаждения необходимо отжать кнопку. При управлении установки кнопками пульта управления список "газы", окно "процессы" и кнопка "процесс" становятся недоступными. При нажатии любой кнопки пульта управления остальные автоматически отключаются.
Исследуемый газ выбирается из списка газов. Для выбора необходимо установить курсор мыши на кнопку справа от списка газов и щелкнуть по левой клавише мыши, из раскрывшегося списка нужно выбрать вещество. Название выбранного газа выводится внутри списка. Вид термодинамического процесса устанавливается в окне 9. Для выбора процесса необходимо подвести курсор мыши к строке с названием процесса и щелкнуть по левой кнопке мыши, слева от названия процесса появится черная точка.Для запуска установки на исследование какого-либо термодинамического процесса нужно после выбора вещества, вида процесса и установки начальных параметров нажать кнопку "процесс". На экране появляется кнопка "измерение", а установка проводит заданный термодинамический процесс в автоматическом режиме. Нажатие кнопки "измерение" останавливает установку и позволяет произвести измерение давления, температуры и угла поворота кривошипа. На экране появляется кнопка "процесс". В ходе выполнения исследования термодинамического процесса кнопки пульта управления, список газов и окно процессов недоступны.Д ля измерения давления и температуры предназначены дополнительные окна (рис. 2, а и 2, б). Окно (рис. 2, а) имитирует шкалу стрелочного манометра, на панели окна расположены две кнопки. Кнопка "+" предназначена для увеличения диапазона, но уменьшения точности измерений, "–" – для повышения точности и уменьшения диапазона измерений. На шкале манометра указывается наибольшая измеряемая величина и ее размерность. Прибор показывает избыточное давление (если измеряемое давление больше атмосферного) или вакуумметрическое (если значение давления в точке замера меньше атмосферного). Окно для измерения температуры (рис. 2, б) имитирует термометр расширения, кнопки на панели окна аналогичны описанным выше. Температура измеряется в градусах Цельсия. При работе установки в окне 14 вычерчивается график изменения параметров состояния.4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫПеред выполнением работы студент должен знать теоретические положения исследуемого процесса, изучить устройство лабораторной установки, уметь задавать и определять значения различных параметров. Студенту необходимы навыки работы на компьютере в операционной среде
Windows. До выполнения работы подготавливаются таблица исходных данных и журнал наблюдений для записи измеряемых величин по образцу табл. 1 и 2 приложения.Работу выполняют в следующей последовательности:1. Преподаватель ставит задачу исследования.2. Запускают приложение "Процессы идеальных газов".3. Выбирают исследуемый газ и термодинамический процесс, записывают в таблицу исходные данные: газ, процесс, давление, температуру, диаметр и высоту рабочего цилиндра, длину кривошипа и шатуна.4. При помощи кнопок "пуск/стоп", "вкл./выкл. горелок", "вкл./выкл. охлаждения" устанавливают начальные параметры.5. Нажимают кнопку "процесс" и запускают установку на работу в выбранном термодинамическом процессе. При выполнении лабораторной работы значение постоянного параметра процесса поддерживается неизменным автоматически.6. Для проведения измерения параметров останавливают процесс, нажав кнопку "измерение". Записывают значения давления, температуры, угла поворота кривошипа в журнал наблюдений. После проведения измерения параметров для продолжения исследования нажимают кнопку "процесс".7. Проводят процесс в прямом и обратном направлении, выполнив 10–12 измерений в различных точках процесса.8. Выполняют исследование данного термодинамического процесса при других значениях постоянного параметра (3–4 различных значения).9. Проводят политропный процесс по методике, описанной выше, (пункты 4–7). Значение показателя политропы процесса задается случайным образом при запуске программы.10. Выполняют необходимые расчеты по определению значений параметров состояния в различных точках исследуемого процесса.11. Строят графики зависимостей параметров состояния в pv–, Ts– и is–диаграммах.12. Вычисляют количество тепла, участвующее в процессе, величину работы изменения объема и располагаемой работы в процессе по формулам и графически.13. Вычисляют основные параметры состояния (p, v, T) в различных точках политропного процесса, количество тепла, участвующее в процессе, величину работы изменения объема и располагаемой работы в процессе.14. Строят графики зависимости параметров состояния в pv–диаграмме, проводят линии изотермического и адиабатного процессов из начальной точки политропного процесса.15. Определяют значение показателя политропы различными способами.5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
–4. 6. Вычислить значения политропы процесса:а) как отношение располагаемой работы в процессе к работе изменения объема ;б) по координатам двух точек процесса , , или ;в) как тангенса угла наклона прямой процесса в координатах lnp – lnv.7. Рассчитать теплоемкость процесса по формуле .8. Все результаты вычислений занести в таблицу "Результаты расчетов" (см. приложение, табл. 3)6. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУОтчет оформляют на листах бумаги формата А4 в соответствии со стандартом. Отчет должен содержать:а) титульный лист установленной формы;б) краткое изложение теоретических положений;в) схему установки;г) таблицы "Исходные данные", "Журнал наблюдений" и "Результаты расчетов";д) графики зависимостей параметров состояния;е) анализ результатов работы.7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ1. Сущность первого начала термодинамики.2. Какие термодинамические параметры относятся к основным?3. Различие между абсолютным и избыточным давлением.4. Что называется уравнением состояния?5. Что называется равновесным состоянием?6. Что такое термодинамические процессы и как они протекают?7. Что называется термодинамической системой?8. Что такое термодинамическое равновесие?9. Можно ли рассматривать смесь, заключенную в 1 м3, содержащую воздух и 1 кг воды в виде мелких капель, распыленных по объему, как термодинамическую систему?10. Если при постоянном удельном объеме и давлении из системы убрать половину ее структурных частиц, что произойдет с температурой системы?11. В каком состоянии находится система, если на торцах стержня, боковая поверхность которого теплоизолирована, поддерживаются постоянные температуры T1 и T2 (T1 T2)?12. В интервале температур 0
Исследуемый газ выбирается из списка газов. Для выбора необходимо установить курсор мыши на кнопку справа от списка газов и щелкнуть по левой клавише мыши, из раскрывшегося списка нужно выбрать вещество. Название выбранного газа выводится внутри списка. Вид термодинамического процесса устанавливается в окне 9. Для выбора процесса необходимо подвести курсор мыши к строке с названием процесса и щелкнуть по левой кнопке мыши, слева от названия процесса появится черная точка.Для запуска установки на исследование какого-либо термодинамического процесса нужно после выбора вещества, вида процесса и установки начальных параметров нажать кнопку "процесс". На экране появляется кнопка "измерение", а установка проводит заданный термодинамический процесс в автоматическом режиме. Нажатие кнопки "измерение" останавливает установку и позволяет произвести измерение давления, температуры и угла поворота кривошипа. На экране появляется кнопка "процесс". В ходе выполнения исследования термодинамического процесса кнопки пульта управления, список газов и окно процессов недоступны.Д ля измерения давления и температуры предназначены дополнительные окна (рис. 2, а и 2, б). Окно (рис. 2, а) имитирует шкалу стрелочного манометра, на панели окна расположены две кнопки. Кнопка "+" предназначена для увеличения диапазона, но уменьшения точности измерений, "–" – для повышения точности и уменьшения диапазона измерений. На шкале манометра указывается наибольшая измеряемая величина и ее размерность. Прибор показывает избыточное давление (если измеряемое давление больше атмосферного) или вакуумметрическое (если значение давления в точке замера меньше атмосферного). Окно для измерения температуры (рис. 2, б) имитирует термометр расширения, кнопки на панели окна аналогичны описанным выше. Температура измеряется в градусах Цельсия. При работе установки в окне 14 вычерчивается график изменения параметров состояния.4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫПеред выполнением работы студент должен знать теоретические положения исследуемого процесса, изучить устройство лабораторной установки, уметь задавать и определять значения различных параметров. Студенту необходимы навыки работы на компьютере в операционной среде
Windows. До выполнения работы подготавливаются таблица исходных данных и журнал наблюдений для записи измеряемых величин по образцу табл. 1 и 2 приложения.Работу выполняют в следующей последовательности:1. Преподаватель ставит задачу исследования.2. Запускают приложение "Процессы идеальных газов".3. Выбирают исследуемый газ и термодинамический процесс, записывают в таблицу исходные данные: газ, процесс, давление, температуру, диаметр и высоту рабочего цилиндра, длину кривошипа и шатуна.4. При помощи кнопок "пуск/стоп", "вкл./выкл. горелок", "вкл./выкл. охлаждения" устанавливают начальные параметры.5. Нажимают кнопку "процесс" и запускают установку на работу в выбранном термодинамическом процессе. При выполнении лабораторной работы значение постоянного параметра процесса поддерживается неизменным автоматически.6. Для проведения измерения параметров останавливают процесс, нажав кнопку "измерение". Записывают значения давления, температуры, угла поворота кривошипа в журнал наблюдений. После проведения измерения параметров для продолжения исследования нажимают кнопку "процесс".7. Проводят процесс в прямом и обратном направлении, выполнив 10–12 измерений в различных точках процесса.8. Выполняют исследование данного термодинамического процесса при других значениях постоянного параметра (3–4 различных значения).9. Проводят политропный процесс по методике, описанной выше, (пункты 4–7). Значение показателя политропы процесса задается случайным образом при запуске программы.10. Выполняют необходимые расчеты по определению значений параметров состояния в различных точках исследуемого процесса.11. Строят графики зависимостей параметров состояния в pv–, Ts– и is–диаграммах.12. Вычисляют количество тепла, участвующее в процессе, величину работы изменения объема и располагаемой работы в процессе по формулам и графически.13. Вычисляют основные параметры состояния (p, v, T) в различных точках политропного процесса, количество тепла, участвующее в процессе, величину работы изменения объема и располагаемой работы в процессе.14. Строят графики зависимости параметров состояния в pv–диаграмме, проводят линии изотермического и адиабатного процессов из начальной точки политропного процесса.15. Определяют значение показателя политропы различными способами.5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
1. Определить массу газа по уравнению Клапейрона–Менделеева
, кг,
где V– объем рабочего цилиндра, м3, 
; d – диаметр цилиндра, м; H – высота цилиндра в верхней мертвой точке, м.
2. Вычислить в точках замера значения параметров:
абсолютного давления
, или 
, Па,
где рбар – атмосферное давление, рбар = 0,1 МПа; ризб – давление, превышающее атмосферное (значение давления по манометру), Па; рвак – давление разрежения (значение давления по вакуумметру), Па;
абсолютной температуры
, К,
где Тизм – измеренная температура, С;
удельного объема
, м3/кг,
где Vp – объем цилиндра при измерении, м3, 
; h – высота цилиндра, м,
,
где s– длина шатуна, м; r – длина кривошипа, м; – измеренный угол поворота кривошипа, рад;
внутренней энергии 
, Дж,
энтальпии 
, Дж,
энтропии
, Дж/К.
3. Для изучаемого процесса по формулам (4–6), (8–10), (12–14), (16–17) или (19–21) вычислить количество тепла, участвующее в процессе, работу изменения объема, располагаемую работу в процессе.
4. Построить графики зависимостей параметров; методами графического интегрирования определить количество тепла, участвующее в процессе, работу изменения объема, располагаемую работу в процессе.
5. Выполнить расчет политропного процесса по пунктам 2
–4. 6. Вычислить значения политропы процесса:а) как отношение располагаемой работы в процессе к работе изменения объема ;б) по координатам двух точек процесса , , или ;в) как тангенса угла наклона прямой процесса в координатах lnp – lnv.7. Рассчитать теплоемкость процесса по формуле .8. Все результаты вычислений занести в таблицу "Результаты расчетов" (см. приложение, табл. 3)6. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУОтчет оформляют на листах бумаги формата А4 в соответствии со стандартом. Отчет должен содержать:а) титульный лист установленной формы;б) краткое изложение теоретических положений;в) схему установки;г) таблицы "Исходные данные", "Журнал наблюдений" и "Результаты расчетов";д) графики зависимостей параметров состояния;е) анализ результатов работы.7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ1. Сущность первого начала термодинамики.2. Какие термодинамические параметры относятся к основным?3. Различие между абсолютным и избыточным давлением.4. Что называется уравнением состояния?5. Что называется равновесным состоянием?6. Что такое термодинамические процессы и как они протекают?7. Что называется термодинамической системой?8. Что такое термодинамическое равновесие?9. Можно ли рассматривать смесь, заключенную в 1 м3, содержащую воздух и 1 кг воды в виде мелких капель, распыленных по объему, как термодинамическую систему?10. Если при постоянном удельном объеме и давлении из системы убрать половину ее структурных частиц, что произойдет с температурой системы?11. В каком состоянии находится система, если на торцах стержня, боковая поверхность которого теплоизолирована, поддерживаются постоянные температуры T1 и T2 (T1 T2)?12. В интервале температур 0