[1] CEL ĆWICZENIA: Identyfikacja rzeczywistej przemiany termodynamicznej poprzez wyznaczenie wykładnika politropy.

Transkrypt

1 [1] CEL ĆWICZENIA: Identyfikacja rzeczywistej przemiany termodynamicznej poprzez wyznaczenie wykładnika politropy. [2] ZAKRES TEMATYCZNY: I. Rejestracja zmienności ciśnienia w cylindrze sprężarki (wykres indykatorowy). II. Wyznaczenie wartości wykładnika politropy, rzeczywistej krzywej sprężania różnymi metodami. III. Porównanie przebiegu, rzeczywistej krzywej sprężania z idealnym sprężanie; izotermicznym i izentropowym. [3] PRZEBIEG ĆWICZENIA: I. NA PODSTAWIE WYKRESU INDYKATOROWEGO UZYSKANEGO NA STANOWISKU POMIAROWYM WYZNACZYĆ 2 METODAMI WYKŁADNIK POLITROPY RZECZYWISTEJ PRZEMIANY SPRĘŻANIA. II. SCHEMAT STANOWISKA POMIAROWEGO: Opis schematu urządzenia pomiarowego: 1. Silnik elektryczny prądu przemiennego. 2. Koło pasowe mniejsze zamocowane na wale silnika elektrycznego. 3. Pas klinowy napędzający. 4. Koło pasowe duże sprzężone z mechanizmem korbowo wodzikowym. 5. Korba. 6. Obudowa tłoka silnika. 7. Tłok układu sprężającego. 8. Przewód łączący komorę tłoka (komorę spalania) ze zbiornikiem na sprężone medium. 9. Zawór wylotowy. 10. Manometr ciśnienia powietrza sprężonego. 11. Zbiornik powietrza sprężonego. W pkt. nr 8. zamontowano indykator mechaniczny pozwalający na zarejestrowanie przebiegu ciśnienia w funkcji skoku tłoka w cylindrze sprężarki. 17

2 III. OPRACOWANIE 1) Otrzymany wykres opracować 2 różnymi metodami (na wykresie pomiędzy oznaczonymi pkt. 1. i 2.) opisanymi poniżej. 2) Porównać wykreślnie politropę (dla mśr - średniego) z przebiegiem przemian idealnych izotermy m=1 i izentropy m=1,4 3) Obliczyć temperaturę i gęstość powietrza w pkt. 2. procesu sprężania politropowego. 4) Obliczyć teoretyczną pracę techniczną i bezwzględną oraz ciepło przemiany dla politropy (dla mśr - średniego) i przemian idealnych izotermy i adiabaty izentropowej. 5) Obliczyć strumień pracy technicznej (czyli moc) dla przyjętej ilości obrotów (suwów) sprężarki n = 130 [obr./min] 6) Wnioski i uwagi końcowe IV. METODY METODA I. Obliczenie wykładnika politropy poprzez podzielenie procesu politropowego sprężania powietrza (odcinka 1 2 z wykresu indykatorowego sprężarki tłokowej) na 10 odcinków i odczytanie dla każdego z powstałych punktów wartości objętości V i ciśnienia p. Wartości ciśnienia i objętości logarytmuje się i cząstkowe wartości wstawiamy do wzoru i wyznaczmy wykładnik politropy. = Tabela wyników: L. p. V [m 3 ] p [Pa] ln (V ) [m 3 ] ln (p) [Pa] m 1 mśr METODA II. Obliczanie wykładnika politropy wykorzystując znane z wykresu indykatorowego parametry stanu gazu powietrza punktów początkowego 1 i końcowego 2 przemiany. Wartości mi znajdujące się w tabeli pomiarowej obliczono na podstawie wzoru: p V = idem p V =p V ( ) = m ln = ln = Wartość mśr obliczono na podstawie wartości mi z metody 2. I 3. Jako średnia arytmetyczna dwóch metod. ś = 18

3 Ad. III. OPRACOWANIE 2) Porównać wykreślnie politropę (dla mśr - średniego) z przebiegiem przemian idealnych izotermy i izentropy. Politropę o uśrednionej wartości wykładnika z trzeciej metody należy porównać z przebiegiem przemian idealnych na wykresie ln p = f (ln V): ¾ izotermy o wykładniku m = 1 ¾ izentropy o wykładniku m = κ = 1,4 (dla powietrza) 3) Obliczyć temperaturę i gęstość powietrza w pkt. 2. procesu sprężania politropowego i izentropowego. Temperaturę powietrza wyznaczamy według wzoru: = ś ś gdzie: T1 = 20 C = 293,15 K p1, p2, mśr wartości ciśnienia dla pkt. 1 i 2 należy odczytać z tabeli powyżej dla politropy oraz przyjąć dla przemiany izentropowej mśr = κ = 1,4 (dla powietrza) Gęstość powietrza wyznaczamy według wzoru: = [ ] gdzie: R = 286,7 [J/kg K] indywidualna stała gazowa dla powietrza p2, T2 należy wykorzystać z poprzednich obliczeń 4) Obliczyć teoretyczną pracę techniczną i bezwzględną oraz ciepło przemiany dla politropy (dla mśr - średniego) i przemian idealnych: izotermy i izentropy [] POLITROPA praca techniczna ś = ś ś ś praca bezwzględna = ś ciepło przemiany = = ś ( ś ) gdzie: cv ciepło właściwe przy stałej objętości = IZOTERMA praca techniczna, praca bezwzględna, ciepło przemiany = = = = gdzie: T = T1 = T2 = 293,15 K R = 286,7 [J/kg K] indywidualna stała gazowa powietrza 19

4 IZENTROPA praca techniczna Laboratorium z Termodynamiki Analiza przemian termodynamicznych = ( ) = gdzie: cp ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu ( ) praca bezwzględna = ciepło przemiany = 5) Obliczyć strumień pracy technicznej (czyli moc) dla przyjętej ilości obrotów (suwów) sprężarki n = 130 [obr./min] strumień masy = gdzie: n - ilość obrotów na sekundę η współczynnik = % = 0,8 = =, V =V V - należy odczytać z wykresu indykatorowego [m 3 ] /wielkość strumienia objętości od początku V do końca V wykresu/ ρ - gęstość w warunkach początkowych = strumień pracy technicznej /moc sprężarki/ = = praca techniczna przemiany politropowej 6) WNIOSKI i UWAGI KOŃCOWE 20

5 [4] LITERATURA 1. Haupt T.: Podstawy termodynamiki. Skrypt AGH Nr 743, Kraków Kestin J.: Course in Thermodynamics, vol. 1,2 Hemisphere Publishing Company, New York Staniszewski B.: Termodynamika. PWN W-wa Szargut J.: Termodynamika techniczna. Wyd. Polit. Śląskiej, Gliwice Szewczyk W., Wojciechowski J.: Wykłady z Termodynamiki z przykładami zadań. Część I - procesy termodynamiczne. Skrypt AGH, Kraków [5] PRZYKŁADOWE PYTANIA 1. Metody wyznaczania wykładnika politropy m. 2. Przemiany gazu doskonałego: izotermiczna, izochoryczna, izobaryczna, izentropowa i politropowa w układzie p v. 3. Ciepło przemiany, praca bezwzględna oraz techniczna w przemianach gazu doskonałego. 4. Wykresy rodzin przemian charakterystycznych powstających z równania politropy przy różnych wartościach wykładnika politropy m. 21

6 22