Федеральное агенство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«М А Т И» - Р О С С И Й С К И Й Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й

Т Е Х Н О Л О Г И Ч Е С К И Й У Н И В Е Р С И Т Е Т

Имени к. Э. Ц и о л к о в с к о г о

_______________________________________________________________

Кафедра «Двигатели летательных аппаратов и теплотехника»

Утверждено

редакционно-издательским

советом института

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

Методические указания к лабораторной работе по курсу

«Термодинамика и теплопередача»

Составили: В.Г. Попов

С.П. Колесников

В. Н Хахин

Москва 2005

1. Цель работы

Ознакомление студентов со способом экспериментального исследования термодинамических процессов. Обучение расчетам основных параметров состояния воздуха и показателей политропы протекающих процессов, а также графическому отображению обработанных результатов испытаний.

2. Краткие сведения из теории

В состоянии равновесия основные параметры газа: давление р, удельный объём v и температура Т связаны характеристическим уравнением Менделеева-Клапейрона:

рv = RТ, (1)

где R – газовая постоянная.

При протекании термодинамических процессов эти параметры изменяются, причем в общем виде процессы могут быть выражены уравнениями степенного вида:

рvⁿ = const. (2)

Процессы, описываемые этим уравнением, называются политропными. Показатель степени n, называемый показателем политропы, может иметь различные значения, но для каждого отдельного процесса он является неизменным.

При некоторых частных значениях показателя политропы n уравнение (2) выражает простейшие термодинамические процессы, протекающие при некотором постоянном параметре: объёме (n = ± ∞), давлении (n = 0), температуре (n = 1) или энтропии (n = k).

При политропном изменении состоянии газа его начальные (а) и конечные (b) параметры процесса связаны уравнением:

= . (3)

После логарифмирования получаем выражение для показателя политропы n:

n = . (4)

Таким образом, для экспериментального определения показателя политропы n необходимо осуществить соответствующий термодинамический процесс и измерить параметры состояния газа в начале и в конце этого процесса.

В большинстве случаев температурное поле газа имеет значительную неоднородность и быстро меняется по времени, а масса газа мала по сравнению с массой сосуда, который он заполняет. В этой связи непосредственное измерение температуры и удельного объёма представляет значительные трудности.

Поэтому предпочтительнее проводить дополнительные термодинамические процессы, которые позволили бы выразить искомые изменения удельных объёмов через изменение давления; последние же могут быть измерены с высокой степенью точности.

Необходимо отметить, что термодинамические процессы сжатия и расширения газа могут осуществляться двумя способами: путем изменения объёма данной массы газа, что имеет место, например, в поршневых двигателях, или путем изменения массы газа в постоянном объёме, например, в баллоне, в который накачивается или выпускается газ.