Мета роботи

а) вивчити експериментальну установку;

б) провести експериментальну частину роботи;

в) обробити результати досліду

6.2. Підготовка до роботи

Теплоємностю робочого тіла називається кільуість теплоти, яку треба підвести до тіла в тому чи іншому процесі, щоб змінити його температуру на один градус. Позначається теплоємність буквою «С».

Коли розглядають теплоємність газу, то в більшості випадків мають на увазі питому теплоємність, тобто теплоємність, яка відноситься до кількісної одиниці газу. В зв'язку з цим газ має три питомих теплоємності:

а) масову «с», , тобто кількість теплоти, яку треба підвести до 1 кг газу, щоб змінити його температуру на 1 град;

б) об'ємну «с^/», , тобто кількість теплоти, яку треба підвести до 1 м³ газу при нормальних умовах, щоб змінити його температуру на 1 град;

в) мольну (молярну) «μс», , тобто кількість теплоти, яку треба підвести до 1 кмоль газу, щоб змінити його температуру на 1 град.

На відміну від твердих і рідких тіл, об'єм яких мало змінюється в тих чи інших процесах, теплоємність газу - величина змінна. Вона залежить від характеру термодинамічного процесу і від температури.

6.2.1. Залежність теплоємності від характеру термодинамічного процесу

В кожному термодинамічному процесі газ мас своє чисельне значення теплоємності. Через те, що в природі існує безліч термодинамічних процесів (які мають назву «політропних») то і теплоємностей газу також безліч, тобто

-∞-≤с≤+∞.

Для того, щоб знати значення теплоємності газу в будь-якому термодинамічному процесі треба знати дві теплоємності: теплоємність при сталому об'ємі С_v, або ізохорну, і теплоємність при сталому тиску С_р, або ізобарну. Цітеплоємності вважаються фізичними характеристиками і приводяться в довідкових таблицях.

Тоді будь-яка теплоємність визначається за формулою:

C = C_v ,

де n - показник політропи (задається в задачі);

k - показник адіабати; k = .

6.2.2. Залежність теплоємності від температури

Із збільшенням температури теплоємність газу зростає: чим більше температура газу, тим більше треба підвести теплоти, щоб збільшити його температуру на 1 градус. В залежності від температури розрізняють середню і дійсну теплоємності: середня – «C_m», дійсна – «C» (без індексу «m»).

Середньою називається теплоємність, яка відноситься до якогось інтервалу температур і стала в цьому інтервалі. Так, для інтервалу температур t₁ і t₂ середня теплоємність:

C_m =

Для практичних розрахунків в додаткових таблицях наводяться середні теплоємності в інтервалі від 0 до t, °С. Тоді середня теплоємність в інтервалі t₁-t₂

C_m =

де C_m1 - середня теплоємність в інтервалі 0 – t₁;

С_m2 - те ж в інтервалі 0 - t₂.

Дійсною теплоємністю називається теплоємність при даній температурі.

Якщо інтервал температур невеликий, то теплоємність приймають незалежною від температури. Незалежною від температури приймають теплоємність і при орієнтовних, наближених розрахунках. В цьому випадку значення теплоємності приймають з довідкових таблиць » залежності від числа атомів в молекулі газу.

6.3. Визначення витрати повітря

Для визначення витрати повітря в лабораторній роботі застосовується напірна трубка (трубка Піто).

Напірні трубки застосовують для вимірювання швидкості і тиску в потоках, а також для вимірювання швидкостей в пограничних шарах при експериментальних дослідах як в лабораторних, так і виробничих умовах. Вони також використовується для вимірювання витрати рідин і газів при дослідженнях і випробуваннях.

Вимірювання швидкості в потоці рідини або газу напірними трубками зводиться до вимірювання динамічного тиску (швидкісного напору), який дорівнює різниці повного Р_n і статичного тиску Р_с і зв'язаний з швидкістю співвідношенням, яке одержують з рівняння Бернуллі:

Звідки швидкість незбуреного потоку в точці виміру дорівнює:

=

де ρ - густина рідини або газу в робочих умовах, кг/м³;

Р_n - повний тиск в лобовій точці напірної трубки, або критичній точці, Па; Р_с - статичний тиск або так званий гідродинамічний тиск в незбуреному потоці, Па.

Таким чином, для визначення динамічного тиску , а отже, і швидкості в даній точці потоку необхідно виміряти різницю повного і статичного тисків. Вимірювання повного тиску може бути здійснено напірною трубкою з отвором на лобовому її кінці (в критичній точці). Трубка установлюється назустріч руху потоку. Статичний тиск вимірюється через один або декілька отворів в стінці труби (рис. 13). В зв'язку з тим, що для визначення швидкості в даній точці треба виміряти тільки різницю тисків Р_n - Р_c, то обидві трубки слід приєднати до мікроманометра або рідинного дифманометру. Треба мати на увазі, що динамічний тиск вимірюється не зовсім точно. Тому дійсна швидкість відрізняється від теоретичної. Ця різниця враховується поправочним множником ξ, який знаходиться в результаті градуювання трубки.

Рис. 13. Визначення динамічного тиску

Значення поправочного множника ξ залежить від числа Рейнольдса. При збільшенні числа R_е значення ξ наближається до одиниці. Так, при R_е > 700 воно відрізняється від одиниці не більше ніж на 1%. Тоді:

.

Швидкість потоку в різних точках його перерізу неоднакова. В трубопроводі вона досягає максимуму в центральній частині перерізу і зменшується у напрямі до стінки. Для визначення витрати треба знати середню швидкість.

Для знаходження середньої швидкості потоку переріз трубопроводу розбивають на n ділянок рівними площами і вимірюють швидкість локальну в певній точці, кожної ділянки. Припускають, що в межах кожної ділянки швидкість постійна. Тоді середня швидкість потоку в перерізі визначається за формулою:

де υ_i - значення локальної швидкості в кожній ділянці перерізу;

n - число ділянок перерізу.

З другого боку:

,

де .

Визначивши середню швидкість, можна знайти витрату речовини, тобто кількість речовини, яка проходить через трубопровід за 1 с.

Об'ємна витрата:

Масова витрата:

, кг/с.

Для визначення динамічного тиску ΔР в лабораторній роботі використову­ється мікроманометр.

Мікроманометри є переносними приладами, їх застосовують в лабораторній практиці і в промислових умовах при проведенні випробувань теплосилових і інших установок для вимірювання малих тисків, розріджень або різниці тисків повітря і неагресивних газів.

Схема мікроманометра із змінним кутом нахилу вимірювальної трубки показана на рис. 14.

Прилад складається з широкої посудини 7, вимірювальної трубки 1, закріпленої на поворотному кронштейні, і пристрою 8 для фіксації кута нахилу αвимірювальної трубки. Посудина і всі інші деталі приладу закріплені на загальній основі 4. Прилад обладнаний двома рівнями 3 з циліндричними ампулами. Для установки приладу по рівням застосовуються два гвинта 2 і 5. Для установки в вимірювальній трубці рівня рідини проти нульової позначки є витискувач 6.

Рис. 14. Схема мікроманометра типу ММН:

1 - вимірювальна трубка; 2,5 - регулювальні гвинти; 3 - рівень (два); 4 - основа; 6 - витискувач; 7 - посудина; 8 - пристрій для фіксації кута нахилу трубки 1

Величину вимірюваного тиску (різниці тисків Δр) з допомогою мікроманометра визначають за формулою:

Δp = gnк , Па

де n - рівень рідини в вимірювальній трубці;

к - стала приладу: к = n sіnα,

де = 0,8095 г/см³ - густина етилового спирту, залитого в мікроманометр.