INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ INSTRUKCJA LABORATORYJNA Tema ćwiczeia: WYZNACZANIE POJEMNOŚCI CIEPLNEJ WŁAŚCIWEJ GAZÓW PRZY STAŁYM CIŚNIENIU
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
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
Wyzaczaie ojemości cielej właściwej gazów rzy sałym ciśieiu 4. Ois saowiska badawczego 8 o C 4 6 7 5 9 3 3 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
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. 4 7. 9. Uwaga: ze względu a iebezieczeńswo ziszczeia saowiska ie rzekraczać mocy określoej a obudowie auorasformaora. Isrukcja laboraoryja
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