4. Порядок проведения опыта
1. Проверить состояние всех измерительных приборов. Включить электронагрев трубы 5 и, спустя некоторое время ( по указанию преподавателя), компрессор 1, предварительно установив заслонку 6 в исходное положение.
2. По истечении времени выхода установки на стационарный режим, снять показания приборов и соответствующие величины записать в протокол наблюдений (табл. 1).
3. Изменив расход воздуха с помощью заслонки 6 и выждав время перехода установки в новое тепловое равновесие, снять показания приборов и занести в протокол.
Таблица 1
№ п/п |
Измеряемая величина |
Обозна- чение |
Единицы измерения |
Номера опытов |
|||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||||
1 |
Температура воздуха при входе в воздухомер (сечение I–I) |
tвI |
°С |
|
|
|
|
|
|
2 |
Температура воздуха при выходе из трубы (сечение II–II) |
tвII |
°С |
|
|
|
|
|
|
3 |
Показания вакуумметра («горло») воздухомера |
H |
мм вод.ст. |
|
|
|
|
|
|
4 |
Показания вакуумметра перед компрессором |
Нв |
мм вод.ст. |
|
|
|
|
|
|
5 |
Показания пьезометра после компрессора |
Нн |
мм вод.ст. |
|
|
|
|
|
|
6 |
Напряжение и сила тока, потребляемого компрессором |
Uк |
в |
|
|
|
|
|
|
Iк |
а |
|
|
|
|
|
|
||
7 |
Показания барометра |
B |
мбар |
|
|
|
|
|
|
8 |
Температура окружающей среды |
tокр |
°С |
|
|
|
|
|
|
5. Расчетные формулы и расчеты
1. Атмосферное давление находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле
,
Па.
2. Перепад давления воздуха в воздухомере
,
Па,
где ρ – плотность воды в U-образном вакуумметре, равная 1000 кг/м3; g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2; Н – показание вакуумметра («горло») воздухомера, переведенное в м вод.ст.
3. Плотность воздуха по состоянию в «горле» воздухомера
,кг/м3
,
где R – характеристическая газовая постоянная воздуха, равная 287 Дж/кг·К.
4. Расход воздуха
,кг/с.
5. Плотность воздуха на выходе из трубы
,кг/м3.
6. Средняя скорость воздуха на выходе из трубы
,м/с,
где F = 1,35·10-3, м2 – живое сечение трубы.
7. Кинетическая энергия в выходном сечении II – II
,кДж/кг.
Так как WI <<<WII, то можно считать WI = 0 и найденное значение Экин одновременно соответствует величине изменения кинетической энергии потока в уравнении (1).
8. Изменение потенциальной энергии на участке I – II
,кДж/кг.
Так как в данной работе (ZII – ZI) = 0,4 м, то ΔЭпот = 0,0039 кДж/кг одинаково для всех опытов и сравнительно мало. Поэтому величиной этого слагаемого в уравнении (1) можно пренебречь.
9
.
Теоретическая работа сжатия воздуха в
компрессоре может быть найдена из
рассмотрения процесса сжатия на диаграмме
P-v
(рис. 2).
,
Дж/кг.
10. Значения абсолютных давлений находятся через показания манометров по известному соотношению
,
Па.
(5)
В соответствии с выражением (5) абсолютное давление перед компрессором Р1 и после компрессора Р2 находится по формулам
,
Па,
,
Па,
где Нв – показание вакуумметра перед компрессором, переведенное в м вод.ст.; Нн - показание пьезометра после компрессора, переведенное в м вод.ст.
11. Удельные объемы воздуха на входе в компрессор и на выходе из него, соответственно, определяются
по уравнению
Клапейрона
,
м3/кг;
по уравнению
адиабаты
,
м3/кг;
k
= 1,4.
Примечание. Численные значения удельных объемов следует рассчитать с достаточно высокой точностью (не менее шести значащих цифр после запятой).
12. Значения удельной энтальпии воздуха в сечениях I – I и II – II определяются по общему уравнению в зависимости от температуры воздуха
,
кДж/кг,
где ср – теплоемкость воздуха при постоянном давлении, равная 1,006 кДж/(кг·град).
Таблица 2
№ п/п |
Расчетная величина |
Обозначение |
Единицы измерения |
Номера опытов |
|||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||||
1 |
Атмосферное давление |
Ратм |
Па |
|
|
|
|
|
|
2 |
Перепад давления воздуха в воздухомере |
ΔР |
Па |
|
|
|
|
|
|
3 |
Плотность воздуха по состоянию в «горле» воздухомера |
ρв |
кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
4 |
Расход воздуха |
G |
кг/с |
|
|
|
|
|
|
5 |
Плотность воздуха на выходе из трубы |
ρвII |
кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
6 |
Средняя скорость воздуха на выходе из трубы |
WII |
м/с |
|
|
|
|
|
|
7 |
Изменение кинетической энергии потока |
ΔЭкин |
кДж/кг |
|
|
|
|
|
|
8 |
Абсолютное давление перед компрессором |
Р1 |
Па |
|
|
|
|
|
|
9 |
Абсолютное давление за компрессором |
Р2 |
Па |
|
|
|
|
|
|
10 |
Удельный объем воздуха на входе в компрессор |
v1 |
м3/кг |
|
|
|
|
|
|
11 |
Удельный объем воздуха на выходе из компрессора |
v2 |
м3/кг |
|
|
|
|
|
|
12 |
Теоретическая работа сжатия воздуха |
lообр |
кДж/кг |
|
|
|
|
|
|
13 |
Удельная энтальпия воздуха в сечении I – I |
hI |
кДж/кг |
|
|
|
|
|
|
14 |
Удельная энтальпия воздуха в сечении II – II |
hII |
кДж/кг |
|
|
|
|
|
|
15 |
Мощность, потребляемая двигателем компрессора |
Nэ |
кВт |
|
|
|
|
|
|
16 |
Мощность, затраченная на изоэнтропное сжатие |
Nо |
кВт |
|
|
|
|
|
|
17 |
Мощность, подведенная к компрессору |
Nк |
кВт |
|
|
|
|
|
|
18 |
Действительная работа сжатия воздуха |
lт |
кДж/кг |
|
|
|
|
|
|
19 |
Адиабатный коэффициент полезного действия компрессора |
ηк |
% |
|
|
|
|
|
|
20 |
Теплота, сообщенная 1 кг рабочего тела на участке I – II |
q |
кДж/кг |
|
|
|
|
|
|
13. Мощность, потребляемая электродвигателем компрессора Nк, находится по формуле (4),где Nэ = Iк·Uк·10-3, кВт.
14. Действительная работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре (техническая работа), находится по соотношению
,
кДж/кг.
15. Адиабатный коэффициент полезного действия компрессора рассчитывается по формуле (2) или (3).
16. Теплота, сообщенная 1 кг рабочего тела на участке I – II, определяется с учетом знаков полученных величин по формуле
,
кДж/кг.
17. Результаты расчетов должны быть продублированы в форме сводной табл. 2.