LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

Transkrypt

1 INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ INSTRUKCJA LABORATORYJNA Tema ćwiczeia: WYZNACZANIE POJEMNOŚCI CIEPLNEJ WŁAŚCIWEJ GAZÓW PRZY STAŁYM CIŚNIENIU

2 Wyzaczaie ojemości cielej właściwej gazów rzy sałym ciśieiu. Wrowadzeie eoreycze Przy ieskończeie małym rzyroście emeraury d, cieło ochłoięe rzez ciało (gaz) wyraża się wzorem: dq c = cd. () Wielkość dqc J c =, () d kg K azywa się rzeczywisym ciełem właściwym (ojemością cielą właściwą). Jeżeli zaa jes zależość c od emeraury (c = c()), o cieło ochłoięe rzez ciało ogrzae od emeraury do wyraża wzór: q c, = c() d. (3) Zwykle cieło właściwe zwiększa się wraz ze wzrosem emeraury. Gaz doskoały jes o hioeyczy gaz, kórego drobiy ie rzyciągają się wzajemie, są ieskończeie małe i szywe (z. wewąrz drobi ie wysęują drgaia). Wobec ych założeń cieło właściwe gazu doskoałego jes sałe i iezależe od emeraury. Wzór (3) uraszcza się wedy do zależości: q = c ( ) c,. (4) Jeżeli emeraura gazu ie jes zby wysoka, o drgaia aomów w drobiach są iewielkie i gaz rzeczywisy może być rakoway jako doskoały. Gaz ółdoskoały różi się od doskoałego ym, że w jego drobiach wysęują drgaia. Eergia ych drgań jes zależa od emeraury. Dla gazów ółdoskoałych obowiązuje więc wzór (3). Wzór e może być zaisay rówież w osaci: gdzie: q c, ( ) c - średie cieło właściwe dla zakresu emeraury do, c - średie cieło właściwe w zakresie emeraury do. W ablicach odawae są warości = c c = c, (5) c. Cieło właściwe zależy od rodzaju rzemiay ermodyamiczej jakiej odlega gaz odczas dorowadzaia lub odrowadzaia cieła.. Przemiaa izochorycza gaz jes ogrzeway lub oziębiay zachowując sałą objęość; v=idem, c = c v.. Przemiaa izobarycza odczas ogrzewaia lub ochładzaia ie zachodzą zmiay ciśieia; = idem, c = c. Między c i c v zachodzi związek: c = c R R idywiduala sała gazowa. v + Isrukcja laboraoryja

3 Wyzaczaie ojemości cielej właściwej gazów rzy sałym ciśieiu 3 Wymieioe wyżej rzemiay są elemearymi rzemiaami jakim może odlegać gaz.. Ois ćwiczeia. Zasada omiaru Podczas ćwiczeia dokoyway jes omiar cieła właściwego gazu rzy sałym ciśieiu. Zasada omiaru jes asęująca: rzeływający w rurze gaz odgrzeway jes elekryczym grzejikiem. Mierzy się srumień gazu, rzyros emeraury gazu w grzejiku oraz moc grzejika P. Zakłada się, że srumień cieła wydzielaego rzez grzejik jes rówy mocy elekryczej grzejika ( Q & = P ) i że cieło jes ochłaiae rzez rzeływający gaz oraz częściowo oddawae do ooczeia. Aalogiczie do wzoru (3) moża aisać: () Q & = G& c d + Q& o. (6). Jeżeli gaz orakujemy jako doskoały i omiiemy cieło do ooczeia o: ( ) Q & = G & c (7) c Q& = G & ( ) Jeżeli rozważaym gazem jes owierze, o moża rakować je jako dwuaomowy gaz doskoały. Dla owierza masa drobiowa M = 8.96 kg/kmol więc ( Mc ) c = M. Wyzaczoą a odsawie omiarów warość c ależy orówać z warością wyzaczoą według ablic dla owierza.. Trakując gaz jako ółdoskoały i omijając cieło sra do ooczeia obliczoa warość c wg zależości (8) jes warością średią dla zakresu emeraury do : Q& = & c G ( ) (8). (9) Warość ablicową średiej ojemości cielej właściwej moża wyzaczyć z zależości: ( Mc ) ( Mc ) ( Mi) ( Mi) M( ) = =. () M( ) c ( Mi ) - molowa ealia właściwa dla gazu ółdoskoałego (ależy odczyać z ablic). Isrukcja laboraoryja

4 Wyzaczaie ojemości cielej właściwej gazów rzy sałym ciśieiu 4. Ois saowiska badawczego 8 o C W Rys. Schema saowiska omiarowego Schema saowiska rzedsawioo a rysuku, a kórym ozaczoo:. rura rzeływowa,. sirala grzeja, 3. izolacja ciela rury rzeływowej, 4. ermoara NiCr-Ni do omiaru emeraury gazu zimego, 5. ermoara NiCr-Ni do omiaru emeraury gazu o ogrzaiu, 6. rzełączik ermoar, 7. wskaźik emeraury, 8. roamer, 9. zawór regulacyjy aężeia rzeływu,. isalacja srężoego owierza,. waomierz,. auorasformaor do regulacji mocy grzejika, 3. osłoa..3 Zasada działaia układu Gaz jes dosarczay z sieci srężoego owierza. Naężeie rzeływu jes regulowae zaworem 9. Gaz rzeływa rzez roamer 8 i rurę rzeływową. W rurze gaz jes odgrzeway za omocą sirali grzejej, a jego emeraura a dolocie i wylocie jes mierzoa ermoarami (odowiedio 4 i 5). Moc grzejika regulowaa jes za omocą auorasformaora. Odczyu mocy wydzieloej w grzejiku dokouje się a waomierzu. Przewody od ermoar wyrowadzoe są do rzełączika 6. Na wyświelaczu cyfrowym 7 dokouje się odczyu warości emeraury..4 Wielkości mierzoe Temeraurę gazu mierzy się ermoarami NiCr-Ni umieszczoymi w srumieiu gazu rzed ( ) i za ( ) grzejikiem. Siła ermoelekrycza ermoary jes auomayczie rzeliczaa a różicę emeraury, a wskaźik emeraury jes wyosażoy w czujik mierzący emeraurę ooczeia. Isrukcja laboraoryja

5 Wyzaczaie ojemości cielej właściwej gazów rzy sałym ciśieiu 5 W związku z owyższym a wyświelaczu wskazywaa jes wros warość emeraury w daym ukcie omiarowym. Moc grzejika mierzoa jes waomierzem. Dla zwiększeia dokładości omiaru mocy ależy wykorzysać właściwe zakresy waomierza. Srumień gazu odczyuje się a roamerze, kóry jes wycechoway w działkach dla owierza o emeraurze = ºC i ciśieiu = 35 Pa. Aby określić objęość srumieia owierza ależy skorzysać z charakerysyki roameru, z kórej odczyuje się aężeie rzeływu V & w m 3 /h. Poieważ w omieszczeiu laboraoryjym z reguły aują waruki ieco różiące się od waruków zamioowych roameru ależy zredukować odczyaą z charakerysyki warość do waruków rzeczywisych. Moża o zrobić zaisując rówaie sau Claeyroa dla waruków zamioowych i waruków rzeczywisych. Po uroszczeiu orzymuje się: T V & = V& T () V & - odczy z charakerysyki roameru, V & - rzeczywisy srumień gazu, T - emeraura gazu a dolocie do rury rzeływowej, K T - emeraura zamioowa dla roameru, 93.5 K - ciśieie bezwzględe a dolocie do rury rzeływowej, w dmuchawie, odaje rowadzący ćwiczeie) - ciśieie zamioowe dla roameru, 35 Pa = + (rzyros ciśieia o Masę srumieia owierza oblicza się z zależości: G & = V & ρ, () rzy czym gęsość gazu ρ określa się w oarciu o ablice własości owierza dla emeraury T lub oblicza z rówaia Claeyroa dla aramerów a dolocie do rury rzeływowej. Do obliczeń c masę srumieia owierza G & ależy wyrazić w kg/s. 3. Program ćwiczeia. Za omocą zaworu 9 usawić zadae aężeie rzeływu owierza.. Po usawieiu okręeł auorasformaora a włączyć układ do sieci. 3. Usawić żądaą moc grzejika. 4. W odsęach czasu zadaych rzez rowadzącego odczyywać warości emeraury gazu a dolocie i wylocie oraz moc grzejika. Pomiar rowadzić aż do chwili osiągięcia sau usaloego (ok. 5 mi). Objawem sau usaloego są sałe warości emeraury. 5. Po osiągięciu sau usaloego odczyać i zaoować wskazaia roameru, waomierza i wyświelacza cyfrowego (warości emeraury). 6. Z charakerysyki roameru odczyać odowiedio srumień gazu. 7. Z baromeru zajdującego się w hali laboraoryjej odczyać warość ciśieia ooczeia. 8. Zmieić moc grzejika i owórzyć czyości wymieioe w Uwaga: ze względu a iebezieczeńswo ziszczeia saowiska ie rzekraczać mocy określoej a obudowie auorasformaora. Isrukcja laboraoryja

6 Wyzaczaie ojemości cielej właściwej gazów rzy sałym ciśieiu 6 4. Sorządzeie srawozdaia Wyiki omiarów ależy zaisywać a karcie omiarowej, kóra musi zosać zawierdzoa rzez rowadzącego ćwiczeie. Karę ależy dołączyć do srawozdaia. Srawozdaie owio zawierać: ) króki wsę, ) schema saowiska i króką charakerysykę meody omiarowej, 3) wyiki omiarów, 4) obliczeia warości c dla zadawaych mocy i srumiei, 5) wykres c = f () gdzie = -. Z wykresu odczyać warość c dla = ºC, 6) orówaie orzymaych warości omiarowych z warościami ablicowymi i wyikające sąd wioski, 7) uwagi a ema rzyczy różic (jeżeli będą zacze) między warościami orzymaymi a ablicowymi. LITERATURA ) J. Szargu: Termodyamika, PWN Warszawa, 99. ) J. Szymczyk, H. Góriak: Podsawy ermodyamiki, skry Poliechiki Śląskiej r 875, Gliwice 993. Isrukcja zakualizowaa 3..4 Isrukcja laboraoryja