Разглеждат се основните физични свойства на въздуха: плътност на въздуха, неговият динамичен и кинематичен вискозитет, специфична топлина, топлопроводимост, топлопроводимост, число на Прандт и ентропия. Свойствата на въздуха са дадени в таблици в зависимост от температурата при нормално атмосферно налягане.
Плътността на въздуха спрямо температурата
Представена е подробна таблица със стойностите на плътността на въздуха в сухо състояние при различни температури и нормално атмосферно налягане. Каква е плътността на въздуха? Плътността на въздуха може да се определи аналитично, като се раздели масата му на обема, който заемапри определени условия (налягане, температура и влажност). Можете също да изчислите неговата плътност, като използвате формулата за уравнението на състоянието на идеалния газ. За това е необходимо да се знае абсолютното налягане и температурата на въздуха, както и неговата газова константа и моларен обем. Това уравнение изчислява сухата плътност на въздуха.
На практика, за да разберем каква е плътността на въздуха при различни температури, удобно е да използвате готови таблици. Например, дадена таблица със стойности на плътността на атмосферния въздух в зависимост от неговата температура. Плътността на въздуха в таблицата е изразена в килограми на кубичен метър и е дадена в температурния диапазон от минус 50 до 1200 градуса по Целзий при нормално атмосферно налягане (101325 Pa).
| t, °С | ρ, kg / m 3 | t, °С | ρ, kg / m 3 | t, °С | ρ, kg / m 3 | t, °С | ρ, kg / m 3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
| -45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
| -40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
| -35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
| -30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
| -25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
| -20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
| -15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
| -10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
| -5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
| 0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
| 10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
| 15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
При 25 ° C въздухът има плътност от 1,185 kg / m 3.При нагряване плътността на въздуха намалява - въздухът се разширява (специфичният му обем се увеличава). С повишаване на температурата, например, до 1200 ° C, се постига много ниска плътност на въздуха, равна на 0,239 kg / m 3, което е 5 пъти по-малко от стойността му при стайна температура. Като цяло, намаляването на нагряването позволява да се осъществи процес като естествена конвекция и се използва например в аеронавтиката.
Ако сравним относително плътността на въздуха, тогава въздухът е с три порядъка по-лек - при температура 4 ° C, плътността на водата е 1000 kg / m 3, а плътността на въздуха е 1,27 kg / m 3. Също така е необходимо да се отбележи стойността на плътността на въздуха при нормални условия. Нормалните условия за газовете са тези, при които температурата им е 0 ° C, а налягането е равно на нормалното атмосферно. Така, според таблицата, плътността на въздуха при нормални условия (при NU) е равна на 1,293 kg / m 3.
Динамичен и кинематичен вискозитет на въздуха при различни температури
При извършване на топлинни изчисления е необходимо да се знае стойността на вискозитета на въздуха (коефициента на вискозитет) при различни температури. Тази стойност е необходима за изчисляване на числата на Рейнолдс, Грасхоф, Рейли, чиито стойности определят режима на потока на този газ. Таблицата показва стойностите на коефициентите на динамиката μ и кинематични ν вискозитет на въздуха в температурния диапазон от -50 до 1200 ° C при атмосферно налягане.
Коефициентът на вискозитет на въздуха се увеличава значително с повишаване на неговата температура.Например, кинематичният вискозитет на въздуха е 15,06 · 10 -6 m 2 / s при температура 20 ° C, а с повишаване на температурата до 1200 ° C вискозитетът на въздуха става равен на 233,7 · 10 -6 m 2 / s, тоест се увеличава 15,5 пъти! Динамичният вискозитет на въздуха при температура 20 ° C е равен на 18,1 · 10 -6 Pa · s.
Когато въздухът се нагрява, стойностите на кинематичния и динамичния вискозитет се увеличават. Тези две величини са свързани помежду си чрез стойността на плътността на въздуха, чиято стойност намалява при нагряване на този газ. Увеличаването на кинематичния и динамичния вискозитет на въздуха (както и на други газове) по време на нагряване е свързано с по-интензивна вибрация на въздушните молекули около тяхното равновесно състояние (според MKT).
| t, °С | μ · 10 6, Pa · s | ν 10 6, m 2 / s | t, °С | μ · 10 6, Pa · s | ν 10 6, m 2 / s | t, °С | μ · 10 6, Pa · s | ν 10 6, m 2 / s |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 14,6 | 9,23 | 70 | 20,6 | 20,02 | 350 | 31,4 | 55,46 |
| -45 | 14,9 | 9,64 | 80 | 21,1 | 21,09 | 400 | 33 | 63,09 |
| -40 | 15,2 | 10,04 | 90 | 21,5 | 22,1 | 450 | 34,6 | 69,28 |
| -35 | 15,5 | 10,42 | 100 | 21,9 | 23,13 | 500 | 36,2 | 79,38 |
| -30 | 15,7 | 10,8 | 110 | 22,4 | 24,3 | 550 | 37,7 | 88,14 |
| -25 | 16 | 11,21 | 120 | 22,8 | 25,45 | 600 | 39,1 | 96,89 |
| -20 | 16,2 | 11,61 | 130 | 23,3 | 26,63 | 650 | 40,5 | 106,15 |
| -15 | 16,5 | 12,02 | 140 | 23,7 | 27,8 | 700 | 41,8 | 115,4 |
| -10 | 16,7 | 12,43 | 150 | 24,1 | 28,95 | 750 | 43,1 | 125,1 |
| -5 | 17 | 12,86 | 160 | 24,5 | 30,09 | 800 | 44,3 | 134,8 |
| 0 | 17,2 | 13,28 | 170 | 24,9 | 31,29 | 850 | 45,5 | 145 |
| 10 | 17,6 | 14,16 | 180 | 25,3 | 32,49 | 900 | 46,7 | 155,1 |
| 15 | 17,9 | 14,61 | 190 | 25,7 | 33,67 | 950 | 47,9 | 166,1 |
| 20 | 18,1 | 15,06 | 200 | 26 | 34,85 | 1000 | 49 | 177,1 |
| 30 | 18,6 | 16 | 225 | 26,7 | 37,73 | 1050 | 50,1 | 188,2 |
| 40 | 19,1 | 16,96 | 250 | 27,4 | 40,61 | 1100 | 51,2 | 199,3 |
| 50 | 19,6 | 17,95 | 300 | 29,7 | 48,33 | 1150 | 52,4 | 216,5 |
| 60 | 20,1 | 18,97 | 325 | 30,6 | 51,9 | 1200 | 53,5 | 233,7 |
Забележка: Бъдете внимателни! Вискозитетът на въздуха е даден в степени 10 6.
Специфичен топлинен капацитет на въздуха при температури от -50 до 1200 ° С
Представена е таблица на специфичния топлинен капацитет на въздуха при различни температури. Топлинният капацитет в таблицата е даден при постоянно налягане (изобарен топлинен капацитет на въздуха) в температурния диапазон от минус 50 до 1200 ° C за сух въздух. Каква е специфичната топлина на въздуха? Специфичната топлинна стойност определя количеството топлина, което трябва да се подаде на един килограм въздух при постоянно налягане, за да се увеличи температурата му с 1 градус. Например, при 20 ° C, за загряване на 1 kg от този газ с 1 ° C в изобарен процес, са необходими 1005 J топлина.
Специфичният топлинен капацитет на въздуха се увеличава с повишаване на неговата температура.Въпреки това, зависимостта на масовия топлинен капацитет на въздуха от температурата не е линейна. В диапазона от -50 до 120 ° C стойността му практически не се променя - при тези условия средният топлинен капацитет на въздуха е 1010 J / (kg · deg). Според таблицата може да се види, че температурата започва да има значителен ефект от 130 ° C. Температурата на въздуха обаче влияе на неговата специфична топлина много по-слабо от вискозитета. Така че, когато се нагрява от 0 до 1200 ° C, топлинният капацитет на въздуха се увеличава само 1,2 пъти - от 1005 до 1210 J / (kg · deg).
Трябва да се отбележи, че топлинният капацитет на влажния въздух е по-висок от този на сухия въздух. Ако сравним и въздуха, тогава е очевидно, че водата има по-висока стойност и съдържанието на вода във въздуха води до увеличаване на специфичния топлинен капацитет.
| t, °С | C p, J / (kg deg) | t, °С | C p, J / (kg deg) | t, °С | C p, J / (kg deg) | t, °С | C p, J / (kg deg) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
| -45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
| -40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
| -35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
| -30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
| -25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
| -20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
| -15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
| -10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
| -5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
| 0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
| 10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
| 15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
Топлопроводимост, топлопроводимост, число на Прандтл въздух
Таблицата показва такива физични свойства на атмосферния въздух като топлопроводимост, топлопроводимост и неговото число на Прандт в зависимост от температурата. Термофизичните свойства на въздуха са дадени в диапазона от -50 до 1200 ° С за сух въздух. Според данните в таблицата се вижда, че посочените свойства на въздуха значително зависят от температурата и температурната зависимост на разглежданите свойства на този газ е различна.
Което е необходимо за промяна на температурата на работния флуид, в този случай на въздуха, с един градус. Топлинният капацитет на въздуха директно зависи от температурата и налягането. В същото време могат да се използват различни методи за изследване на различни видове топлинен капацитет.
Математически топлинният капацитет на въздуха се изразява като съотношението на количеството топлина към увеличението на неговата температура. Топлинният капацитет на тяло с маса 1 kg обикновено се нарича специфична топлина. Моларният топлинен капацитет на въздуха е топлинният капацитет на един мол вещество. Определен топлинен капацитет - J / K. Моларен топлинен капацитет, съответно, J / (mol * K).
Топлинният капацитет може да се счита за физическа характеристика на вещество, в този случай въздух, ако измерването се извършва при постоянни условия. Най-често тези измервания се извършват при постоянно налягане. Така се определя изобарният топлинен капацитет на въздуха. Той се увеличава с повишаване на температурата и налягането и също е линейна функция на тези стойности. В този случай промяната на температурата се извършва при постоянно налягане. За да се изчисли изобарният топлинен капацитет, е необходимо да се определят псевдокритичните температура и налягане. Определя се с помощта на референтни данни.
Топлинен капацитет на въздуха. Особености
Въздухът е газова смес. При разглеждането им в термодинамиката се правят следните предположения. Всеки газ в сместа трябва да бъде равномерно разпределен в целия обем. По този начин обемът на газа е равен на обема на цялата смес. Всеки газ в сместа има собствено парциално налягане, което упражнява върху стените на съда. Всеки от компонентите на газовата смес трябва да има температура, равна на температурата на цялата смес. В този случай сумата от парциалните налягания на всички компоненти е равна на налягането на сместа. Изчисляването на топлинния капацитет на въздуха се извършва въз основа на данни за състава на газовата смес и топлинния капацитет на отделните компоненти.
Специфичната топлина характеризира едно вещество нееднозначно. От първия закон на термодинамиката можем да заключим, че вътрешната енергия на тялото се променя не само в зависимост от количеството получена топлина, но и от работата, извършена от тялото. При различни условия на процеса на пренос на топлина, работата на тялото може да се различава. По този начин едно и също количество топлина, предадено на тялото, може да причини различни по стойност промени в температурата и вътрешната енергия на тялото. Тази характеристика е характерна само за газообразни вещества. За разлика от твърдите и течните вещества, газообразните вещества могат значително да променят обема и да вършат работа. Ето защо топлинният капацитет на въздуха определя естеството на самия термодинамичен процес.
Въпреки това, при постоянен обем въздухът не върши работа. Следователно промяната във вътрешната енергия е пропорционална на промяната в нейната температура. Съотношението на топлинния капацитет в процес с постоянно налягане към топлинния капацитет в процес с постоянен обем е част от формулата на адиабатния процес. Означава се с гръцката буква гама.
От историята
Термините "топлинен капацитет" и "количество топлина" не описват много добре тяхната същност. Това се дължи на факта, че те дойдоха в съвременната наука от теорията за калоричността, която беше популярна през осемнадесети век. Последователите на тази теория разглеждат топлината като вид безтегловно вещество, което се съдържа в телата. Това вещество не може нито да бъде унищожено, нито създадено. Охлаждането и нагряването на телата се обясняват съответно с намаляване или увеличаване на калоричното съдържание. С течение на времето тази теория се оказва несъстоятелна. Тя не можа да обясни защо една и съща промяна във вътрешната енергия на всяко тяло се получава, когато му се прехвърлят различни количества топлина, а също така зависи от работата, извършена от тялото.
Под специфична топлинавеществата разбират количеството топлина, което трябва да се отчете или извади от единица вещество (1 kg, 1 m 3, 1 mol), за да се промени температурата му с един градус.
В зависимост от единицата на дадено вещество се разграничават следните специфични топлинни мощности:
Масов топлинен капацитет С, отнесено към 1 kg газ, J / (kg ∙ K);
Моларен топлинен капацитет µСна 1 kmol газ, J / (kmol ∙ K);
Обемен топлинен капацитет С', отнесено към 1 m 3 газ, J / (m 3 ∙ K).
Специфичните топлинни мощности са свързани помежду си чрез съотношението:
където υ n- специфичен обем газ при нормални условия (n.u.), m 3 / kg; µ - моларна маса на газа, kg / kmol.
Топлинният капацитет на идеалния газ зависи от естеството на процеса на подаване (или отстраняване) на топлина, от атомарността на газа и температурата (топлинният капацитет на реалните газове също зависи от налягането).
Връзка между изобарна маса C Pи изохорни C Vтоплинният капацитет се задава от уравнението на Майер:
C P - C V = R, (1.2)
където R -газова константа, J / (kg ∙ K).
Когато идеален газ се нагрява в затворен съд с постоянен обем, топлината се изразходва само за промяна на енергията на движение на неговите молекули, а при нагряване при постоянно налягане, поради разширяването на газа, едновременно се извършва работа срещу външни сили .
За моларните топлинни мощности уравнението на Майер има формата:
μС р - μС v = μR, (1.3)
където µR= 8314J / (kmol ∙ K) - универсална газова константа.
Идеален обем на газа V nнамалено до нормални условия се определя от следното отношение:
(1.4)
където NS- налягане при нормални условия, NS= 101325 Pa = 760 mm Hg; T n- температура при нормални условия, T n= 273,15 К; P t, V t, T t- работно налягане, обем и температура на газа.
Обозначава се съотношението на изобарната топлинна мощност към изохорната топлина ки се обади адиабатният показател:
(1.5)
От (1.2) и като се вземе предвид (1.5), получаваме:
За точни изчисления средният топлинен капацитет се определя по формулата:
(1.7)
При топлинни изчисления на различно оборудване често се определя количеството топлина, което е необходимо за нагряване или охлаждане на газовете:
Q = C ∙ m∙(T 2 - T 1), (1.8)
Q = C ′ ∙ V n∙(T 2 - T 1), (1.9)
където V n- обем на газа при нормално ниво, m 3.
Q = µC ∙ ν∙(T 2 - T 1), (1.10)
където ν - количество газ, kmol.
Топлинен капацитет. Използване на топлинен капацитет за описване на процеси в затворени системи
В съответствие с уравнение (4.56) топлината може да се определи, ако е известна промяната в ентропията S на системата. Въпреки това, фактът, че ентропията не може да бъде измерена директно, създава някои усложнения, особено при описване на изохорни и изобарни процеси. Необходимо е да се определи количеството топлина с помощта на експериментално измерено количество.
Като такова количество може да служи топлинният капацитет на системата. Най-общото определение на топлинния капацитет следва от израза на първия закон на термодинамиката (5.2), (5.3). Въз основа на него всеки капацитет на системата C по отношение на работа от вида m се определя от уравнението
C m = dA m / dP m = P m d e g m / dP m, (5.42)
където C m е капацитетът на системата;
P m и g m са съответно обобщения потенциал и координата на състоянието на формата m.
Стойността C m показва колко работа от типа m трябва да бъде извършена при дадените условия, за да се промени m-тия обобщен потенциал на системата за единица от нейното измерване.
Концепцията за капацитета на системата по отношение на определена работа в термодинамиката се използва широко само при описване на топлинното взаимодействие между системата и околната среда.
Капацитетът на системата по отношение на топлината се нарича топлинен капацитет и се дава от равенството
С = d e Q / dT = Td e S топлина / dT. (5,43)
Поради това, Специфичната топлина може да се определи като количеството топлина, което трябва да бъде подадено на системата, за да се промени нейната температура с един Келвин.
Топлинният капацитет, подобно на вътрешната енергия и енталпията, е обширна величина, пропорционална на количеството материя.На практика се използва топлинният капацитет на единица маса на веществото, - специфична топлина, а топлинният капацитет, отнесен към един мол вещество, е моларен топлинен капацитет... Специфичната топлина в SI се изразява в J / (kg K), а моларната в J / (mol K).
Специфичният и моларният топлинен капацитет са свързани чрез съотношението:
С mol = С удари М, (5.44)
където M е молекулното тегло на веществото.
Разграничаване истински (диференциален) топлинен капацитет, определено от уравнение (5.43) и представляващо елементарно увеличение на топлината с безкрайно малка промяна в температурата, и среден топлинен капацитет,което е съотношението на общото количество топлина към общата промяна на температурата в този процес:
Q / DT. (5,45)
Връзката между истинската и средната специфична топлина се установява от съотношението
При постоянно налягане или обем топлината и съответно топлинният капацитет придобиват свойствата на функция на състоянието, т.е. стават характеристики на системата. Именно тези топлоемкости - изобарна С Р (при постоянно налягане) и изохорна С V (при постоянен обем) се използват най-широко в термодинамиката.
Ако системата се нагрява при постоянен обем, тогава, в съответствие с израза (5.27), изохорният топлинен капацитет C V се записва във формата
C V = 
. (5.48)
Ако системата се нагрява при постоянно налягане, тогава, в съответствие с уравнение (5.32), изобарният топлинен капацитет С Р се появява във формата
C P = 
. (5.49)
За да се намери връзката между С Р и С V, е необходимо изразът (5.31) да се диференцира по температура. За един мол идеален газ този израз, като се вземе предвид уравнение (5.18), може да бъде представен във формата
H = U + pV = U + RT. (5,50)
dH / dT = dU / dT + R, (5,51)
и разликата между изобарния и изохорния топлинен капацитет за един мол идеален газ е числено равна на универсалната газова константа R:
C P - C V = R. (5,52)
Топлинният капацитет при постоянно налягане винаги е по-голям от топлинния капацитет при постоянен обем, тъй като нагряването на вещество при постоянно налягане се придружава от работата на разширяване на газа.
Използвайки израза за вътрешната енергия на идеален едноатомен газ (5.21), получаваме стойността на неговия топлинен капацитет за един мол идеален едноатомен газ:
C V = dU / dT = d (3/2 RT) dT = 3/2 R "12,5 J / (mol · K); (5,53)
C P = 3 / 2R + R = 5/2 R "20,8 J / (mol · K). (5,54)
По този начин, за едноатомни идеални газове C V и C p не зависят от температурата, тъй като цялата подадена топлинна енергия се изразходва само за ускоряване на транслационното движение. За многоатомните молекули, заедно с промяната в транслационното движение, може да възникне и промяна в ротационното и вибрационното вътрешномолекулно движение. За двуатомни молекули обикновено се взема предвид допълнително въртеливо движение, в резултат на което числените стойности на техния топлинен капацитет са:
C V = 5/2 R "20,8 J / (mol · K); (5,55)
C p = 5/2 R + R = 7/2 R "29,1 J / (mol · K). (5,56)
По пътя нека се докоснем до топлинния капацитет на веществата в други (с изключение на газообразни) агрегатни състояния. За оценка на топлинния капацитет на твърдите химически съединения често се използва правилото за приблизителната адитивност на Нойман и Коп, според което моларният топлинен капацитет на химичните съединения в твърдо състояние е равен на сумата от атомните топлинни мощности на включените елементи в това съединение. И така, топлинният капацитет на сложно химично съединение, като се вземе предвид правилото на Dulong и Petit, може да се оцени по следния начин:
C V = 25n J / (mol K), (5,57)
където n е броят на атомите в молекулите на съединенията.
Топлинните мощности на течности и твърди вещества в близост до температурата на топене (кристализация) са почти равни. Близо до нормалната точка на кипене повечето органични течности имат специфична топлина от 1700 - 2100 J / kg · K. В интервалите между тези температури на фазовите преходи топлинният капацитет на течността може да се различава значително (зависи от температурата). Като цяло, зависимостта на топлинния капацитет на твърдите вещества от температурата в диапазона 0 - 290K в повечето случаи се възпроизвежда добре от полуемпиричното уравнение на Дебай (за кристална решетка) в нискотемпературния диапазон
C P "C V = eT 3, (5.58)
при което коефициентът на пропорционалност (e) зависи от естеството на веществото (емпирична константа).
Температурната зависимост на топлинния капацитет на газове, течности и твърди вещества при нормални и високи температури обикновено се изразява с помощта на емпирични уравнения под формата на степенен ред:
C P = a + bT + cT 2 (5,59)
C P = a + bT + c "T -2, (5.60)
където a, b, c и c" са емпирични температурни коефициенти.
Връщайки се към описанието на процесите в затворени системи, използващи метода на топлинните мощности, ние записваме някои от уравненията, дадени в раздел 5.1, в малко по-различен вид.
Изохоричен процес. Изразявайки вътрешната енергия (5.27) през топлинния капацитет, получаваме
dU V = dQ V = U 2 - U 1 = C V dT = C V dT. (5,61)
Като се има предвид, че топлинният капацитет на идеалния газ не зависи от температурата, уравнението (5.61) може да се запише, както следва:
DU V = Q V = U 2 - U 1 = C V DT. (5,62)
За да се изчисли стойността на интеграла (5.61) за реални едно- и многоатомни газове, е необходимо да се знае конкретната форма на функционалната зависимост C V = f (T) от вида (5.59) или (5.60).
Изобарен процес.За газообразното състояние на материята първият закон на термодинамиката (5.29) за този процес, като се вземе предвид записването на работата на разширение (5.35) и използвайки метода на топлинните мощности, се записва, както следва:
Q P = C V DT + RDT = C P DT = DH (5.63)
Q P = DH P = H 2 - H 1 = C P dT. (5,64)
Ако системата е идеален газ и топлинният капацитет С Р не зависи от температурата, съотношението (5.64) се превръща в (5.63). За решаване на уравнение (5.64), което описва реален газ, е необходимо да се знае конкретната форма на зависимостта C p = f (T).
Изотермичен процес.Промяна във вътрешната енергия на идеален газ в процес, протичащ при постоянна температура
dU T = C V dT = 0. (5.65)
Адиабатен процес.Тъй като dU = C V dT, тогава за един мол идеален газ промяната във вътрешната енергия и извършената работа са равни, съответно:
DU = C V dT = C V (T 2 - T 1); (5,66)
И козината = -DU = C V (T 1 - T 2). (5,67)
Анализ на уравнения, характеризиращи различни термодинамични процеси при следните условия: 1) p = конst; 2) V = const; 3) T = сonst и 4) dQ = 0 показва, че всички те могат да бъдат представени с общото уравнение:
pV n = const. (5,68)
В това уравнение експонентът "n" може да приема стойности от 0 до ¥ за различни процеси:
1.изобарна (n = 0);
2.изотермичен (n = 1);
3.изохорна (n = ¥);
4.адиабатен (n = g; където g = C P / C V - адиабатен коефициент).
Получените съотношения са валидни за идеален газ и са следствие от неговото уравнение на състоянието, а разглежданите процеси са частни и ограничаващи прояви на реални процеси. Реалните процеси, като правило, са междинни, протичат при произволни стойности на "n" и се наричат политропни процеси.
Ако сравним работата на разширение на идеален газ, произведен в разглежданите термодинамични процеси, с промяна на обема от V 1 до V 2, тогава, както се вижда от фиг. 5.2, най-голямата работа по разширението се извършва в изобарния процес, по-малко при изотермичния процес и още по-малко в адиабатния процес. За изохорния процес работата е нула.
Ориз. 5.2. P = f (V) - зависимост за различни термодинамични процеси (сенчестите области характеризират работата на разширение в съответния процес)
ТЕМПЕРАТУРА... Измерва се както в Келвин (K), така и в градуси по Целзий (°C). Размерът на градуса по Целзий и размерът на Келвин са еднакви за температурната разлика. Връзката между температурите:
t = T - 273,15 K,
където T- температура, °С, T- температура, К.
НАЛЯГАНЕ... Налягане на влажен въздух стри неговите компоненти се измерват в Pa (Pascal) и множество единици (kPa, GPa, MPa).
Барометрично налягане на влажен въздух п бравно на сумата от парциалните налягания на сухия въздух п ви водна пара п стр :
p b = p b + p p
ПЛЪТНОСТ... Плътност на влажния въздух ρ , kg / m3, е съотношението на масата на сместа въздух-пара към обема на тази смес:
ρ = M / V = M in / V + M p / V
Плътността на влажния въздух може да се определи по формулата
ρ = 3,488 p b / T - 1,32 p p / T
СПЕЦИФИЧНО ТЕГЛО... Специфично тегло на влажния въздух γ Това е съотношението на теглото на влажния въздух към неговия обем, N / m 3. Плътността и специфичното тегло са свързани чрез зависимост
ρ = γ / g,
където ж- ускорение на гравитацията, равно на 9,81 m / s 2.
ВЛАЖНОСТ НА ВЪЗДУХА... Съдържанието на водна пара във въздуха. характеризира се с две стойности: абсолютна и относителна влажност.
Абсолютновлажност на въздуха. количеството водна пара, kg или g, съдържаща се в 1 m 3 въздух.
Относителнавлажност на въздуха φ
изразено в%. съотношението на парциалното налягане на водната пара pp, съдържаща се във въздуха, към парциалното налягане на водната пара във въздуха, когато тя е напълно наситена с водна пара p p.n. :
φ = (p p / p p.n.) 100%
Парциалното налягане на водната пара в наситен влажен въздух може да се определи от израза
lg p bp = 2,125 + (156 + 8,12t c.n.) / (236 + t c.n.),
където t c.n.- температура на наситения влажен въздух, °С.
ТОЧКА НА ОРОСЯВАНЕ... Температура, при която парциалното налягане на водната пара п стрсъдържаща се във влажен въздух е равно на парциалното налягане на наситената водна пара p bpпри същата температура. При температура на роса започва кондензация на влага от въздуха.
d = M p / M ин
d = 622p p / (p b - p p) = 6,22φp bp (p b - φp bp / 100)
СПЕЦИФИЧНА ТОПЛИНА... Специфичният топлинен капацитет на влажен въздух c, kJ / (kg * ° C) е количеството топлина, необходимо за загряване на 1 kg смес от сух въздух и водна пара с 10 и се отнася до 1 kg сух въздух:
c = c b + c n d / 1000,
където в- средната специфична топлина на сух въздух, взета в температурния диапазон 0-1000C, равна на 1,005 kJ / (kg * ° C); с n - средната специфична топлина на водната пара, равна на 1,8 kJ / (kg * ° C). За практически изчисления при проектирането на отоплителни, вентилационни и климатични системи е позволено да се използва специфичният топлинен капацитет на влажен въздух c = 1,0056 kJ / (kg * ° C) (при температура 0 ° C и барометрично налягане от 1013,3 GPa)
СПЕЦИФИЧНА ЕНТАЛПИЯ... Специфичната енталпия на влажния въздух е енталпията аз, kJ, отнесено към 1 kg суха въздушна маса:
I = 1,005t + (2500 + 1,8068t) d / 1000,
или I = ct + 2.5d
КОЕФИЦИЕНТ НА РАЗШИРЕНИЕ НА ОБЕМА... Температурен коефициент на обемно разширение
а = 0,00367°С -1
или α = 1/273°C -1.
ПАРАМЕТРИ НА СМЕС
.
Температура на въздушната смес
t cm = (M 1 t 1 + M 2 t 2) / (M 1 + M 2)
d cm = (M 1 d 1 + M 2 d 2) / (M 1 + M 2)
Специфична енталпия на въздушната смес
I cm = (M 1 I 1 + M 2 I 2) / (M 1 + M 2)
където М 1, М 2- смесени въздушни маси
ФИЛТЪРНИ КЛАСОВЕ
| Приложение | Клас за почистване | Степен на пречистване | ||||
| Стандарти | DIN 24185 DIN 24184 |
EN 779 | ЕВРОВЕНТ 4/5 | EN 1882 | ||
| Груб филтър с ниски изисквания за чистота на въздуха | Грубо почистване | ЕС1 | G1 | ЕС1 | — | A% |
| Използван филтър при висока концентрация на прах с грубо почистване, Климатик и изпускателна вентилация с ниски изисквания за чистота на въздуха в помещенията. | 65 | |||||
| ЕС2 | G2 | ЕС2 | — | 80 | ||
| ЕС3 | G3 | ЕС3 | — | 90 | ||
| ЕС4 | G4 | ЕС4 | — | |||
| Отделяне на фин прах във вентилационно оборудване, използвано в помещения с високи изисквания за въздушен поток. Филтър за много фино филтриране. Вторият етап на почистване (последваща обработка) в помещения със средни изисквания за чистота на въздуха. | Фино почистване | ЕС5 | ЕС5 | ЕС5 | — | E% |
| 60 | ||||||
| ЕС6 | ЕС6 | ЕС6 | — | 80 | ||
| ЕС7 | ЕС7 | ЕС7 | — | 90 | ||
| ЕС8 | ЕС8 | ЕС8 | — | 95 | ||
| ЕС9 | ЕС9 | ЕС9 | — | |||
| Супер фино почистване от прах. Използва се в помещения с повишени изисквания за чистота на въздуха („чисто помещение“). Окончателно пречистване на въздуха в помещения с прецизна техника, хирургически блокове, интензивни отделения, във фармацевтичната индустрия. | Изключително фино почистване | — | — | — | ЕС5 | С% |
| 97 | ||||||
| — | — | — | ЕС6 | 99 | ||
| — | — | — | ЕС7 | 99,99 | ||
| — | — | — | ЕС8 | 99,999 | ||
ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА МОЩНОСТ НА КАЛОРИФЕРА
| Отопление, °С | ||||||||||
| m 3 / h | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 |
| 100 | 0.2 | 0.3 | 0.5 | 0.7 | 0.8 | 1.0 | 1.2 | 1.4 | 1.5 | 1.7 |
| 200 | 0.3 | 0.7 | 1.0 | 1.4 | 1.7 | 2.0 | 2.4 | 2.7 | 3.0 | 3.4 |
| 300 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3.6 | 4.1 | 4.6 | 5.1 |
| 400 | 0.7 | 1.4 | 2.0 | 2.7 | 3.4 | 4.1 | 4.7 | 5.4 | 6.1 | 6.8 |
| 500 | 0.8 | 1.7 | 2.5 | 3.4 | 4.2 | 5.1 | 5.9 | 6.8 | 7.6 | 8.5 |
| 600 | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 4.1 | 5.1 | 6.1 | 7.1 | 8.1 | 9.1 | 10.1 |
| 700 | 1.2 | 2.4 | 3.6 | 4.7 | 5.9 | 7.1 | 8.3 | 9.5 | 10.7 | 11.8 |
| 800 | 1.4 | 2.7 | 4.1 | 5.4 | 6.8 | 8.1 | 9.5 | 10.8 | 12.2 | 13.5 |
| 900 | 1.5 | 3.0 | 4.6 | 6.1 | 7.6 | 9.1 | 10.7 | 12.2 | 13.7 | 15.2 |
| 1000 | 1.7 | 3.4 | 5.1 | 6.8 | 8.5 | 10.1 | 11.8 | 13.5 | 15.2 | 16.9 |
| 1100 | 1.9 | 3.7 | 5.6 | 7.4 | 9.3 | 11.2 | 13.0 | 14.9 | 16.7 | 18.6 |
| 1200 | 2.0 | 4.1 | 6.1 | 8.1 | 10.1 | 12.2 | 14.2 | 16.2 | 18.3 | 20.3 |
| 1300 | 2.2 | 4.4 | 6.6 | 8.8 | 11.0 | 13.2 | 15.4 | 17.6 | 19.8 | 22.0 |
| 1400 | 2.4 | 4.7 | 7.1 | 9.5 | 11.8 | 14.2 | 16.6 | 18.9 | 21.3 | 23.7 |
| 1500 | 2.5 | 5.1 | 7.6 | 10.1 | 12.7 | 15.2 | 17.8 | 20.3 | 22.8 | 25.4 |
| 1600 | 2.7 | 5.4 | 8.1 | 10.8 | 13.5 | 16.2 | 18.9 | 21.6 | 24.3 | 27.1 |
| 1700 | 2.9 | 5.7 | 8.6 | 11.5 | 14.4 | 17.2 | 20.1 | 23.0 | 25.9 | 28.7 |
| 1800 | 3.0 | 6.1 | 9.1 | 12.2 | 15.2 | 18.3 | 21.3 | 24.3 | 27.4 | 30.4 |
| 1900 | 3.2 | 6.4 | 9.6 | 12.8 | 16.1 | 19.3 | 22.5 | 25.7 | 28.9 | 32.1 |
| 2000 | 3.4 | 6.8 | 10.1 | 13.5 | 16.9 | 20.3 | 23.7 | 27.1 | 30.4 | 33.8 |
СТАНДАРТИ И РЕГЛАМЕНТИ
SNiP 2.01.01-82 - Строителна климатология и геофизика
Информация за климатичните условия на конкретни територии.
SNiP 2.04.05-91 * - Отопление, вентилация и климатизация
Тези строителни норми трябва да се спазват при проектиране на отопление, вентилация и климатизация в сгради и конструкции (наричани по-долу сгради). При проектирането трябва също да спазвате изискванията за отопление, вентилация и климатизация на SNiP на съответните сгради и помещения, както и ведомствените стандарти и други регулаторни документи, одобрени и съгласувани с Gosstroy на Русия.
SNiP 2.01.02-85 * - Стандарти за пожарна безопасност
Тези стандарти трябва да се спазват при разработването на проекти за сгради и конструкции.
Тези стандарти установяват пожаро-техническата класификация на сгради и конструкции, техните елементи, строителни конструкции, материали, както и общи противопожарни изисквания за конструктивни и планови решения за помещения, сгради и конструкции за различни цели.
Тези стандарти се допълват и изясняват от изискванията за пожар, определени в SNiP част 2 и в други регулаторни документи, одобрени или одобрени от Gosstroy.
SNiP II-3-79 * - Строителна топлотехника
Тези норми на сградната топлотехника трябва да се спазват при проектиране на ограждащи конструкции (външни и вътрешни стени, прегради, покрития, тавански и междуетажни подове, подове, запълване на отвори: прозорци, лампи, врати, порти) за нови и реконструирани сгради и конструкции за различни предназначения (жилищни, обществени, промишлени и спомагателни промишлени предприятия, селскостопански и складови, с нормализирана температура или температура и относителна влажност на въздуха в помещенията).
SNiP II-12-77 - Защита от шум
Тези норми и правила трябва да се спазват при проектиране на защита от шум, за да се осигурят допустими нива на звуково налягане и нива на звук в помещения на работни места в промишлени и спомагателни сгради и на промишлени обекти, в жилищни и обществени сгради, както и в жилищни райони на градове и др. селища.
SNiP 2.08.01-89 * - Жилищни сгради
Тези правила и разпоредби се прилагат за проектиране на жилищни сгради (жилищни сгради, включително жилищни сгради за възрастни хора и семейства с увреждания, които се придвижват в инвалидни колички, наричани по-долу семейства с хора с увреждания, както и общежития) до и включително 25 подове.
Тези правила и разпоредби не се прилагат за проектиране на инвентар и мобилни сгради.
SNiP 2.08.02-89 * - Обществени сгради и конструкции
Тези правила и разпоредби се прилагат за проектиране на обществени сгради (до 16 етажа включително) и конструкции, както и обществени помещения, вградени в жилищни сгради. При проектирането на обществени помещения, вградени в жилищни сгради, трябва допълнително да се ръководи SNiP 2.08.01-89 * (Жилищни сгради).
SNiP 2.09.04-87 * - Административни и битови сгради
Тези стандарти се прилагат за проектиране на административни и жилищни сгради до 16 етажа включително и помещения на предприятия. Тези стандарти не се прилагат при проектирането на административни сгради и обществени помещения.
При проектирането на сгради, възстановени във връзка с разширяване, реконструкция или техническо преоборудване на предприятия, се допускат отклонения от тези стандарти по отношение на геометричните параметри.
SNiP 2.09.02-85 * - Промишлени сгради
Тези стандарти се прилагат за проектиране на промишлени сгради и помещения. Тези стандарти не се прилагат за проектиране на сгради и помещения за производство и съхранение на взривни вещества и взривни вещества, подземни и мобилни (инвентарни) сгради.
SNiP 111-28-75 - Правила за производство и приемане на работи
Пускови тестове на инсталираните вентилационни и климатични системи се извършват в съответствие с изискванията на SNiP 111-28-75 "Правила за производство и приемане на работи" след механично изпитване на вентилацията и свързаното с нея енергийно оборудване. Целта на пусковите тестове и настройката на вентилационни и климатични системи е да се установи съответствието на работните им параметри с проектните и нормативните показатели.
Преди тестване вентилационните и климатичните устройства трябва да работят непрекъснато и правилно в продължение на 7 часа.
По време на тестовете за стартиране трябва да се извърши следното:
- Проверка на съответствието на параметрите на инсталираното оборудване и елементите на вентилационните устройства, приети в проекта, както и съответствието на качеството на тяхното производство и монтаж с изискванията на TU и SNiP.
- Идентифициране на течове във въздуховоди и други елементи на системи
- Проверка на съответствието с проектните данни на обемния дебит на въздуха, преминаващ през устройствата за всмукване и разпределение на въздуха на общите вентилационни и климатични системи
- Проверка на съответствието с паспортните данни на вентилационното оборудване по отношение на производителността и налягането
- Проверка на равномерността на нагряване на нагревателите. (Ако няма топлоносител през топлия сезон, не се извършва проверка на равномерността на нагряване на нагревателите)
ТАБЛИЦА НА ФИЗИЧЕСКИТЕ СТОЙНОСТИ
| Фундаментални константи | ||
| Константа (число) Авогадро | Н А | 6,0221367 (36) * 10 23 mol -1 |
| Универсална газова константа | Р | 8,314510 (70) J / (mol * K) |
| Болцманова константа | k = R / NA | 1,380658 (12) * 10 -23 J/K |
| Абсолютна нулева температура | 0K | -273,15°С |
| Скорост на звука във въздуха при нормални условия | 331,4 m/s | |
| Ускорение на гравитацията | ж | 9,80665 m/s 2 |
| дължина (м) | ||
| микрон | μ (μm) | 1 микрон = 10 -6 m = 10 -3 cm |
| ангстрьом | - | 1 - = 0,1 nm = 10 -10 m |
| Двор | ярд | 0,9144 m = 91,44 cm |
| крак | фута | 0,3048 m = 30,48 cm |
| инч | в | 0,0254 m = 2,54 cm |
| Площ, m2) | ||
| квадратен двор | ярд 2 | 0,8361 m 2 |
| квадратен фут | фут 2 | 0,0929 m 2 |
| квадратен инч | в 2 | 6,4516 см 2 |
| Обем, m3) | ||
| кубичен ярд | ярд 3 | 0,7645 m 3 |
| кубичен фут | фут 3 | 28,3168 дм 3 |
| кубичен инч | в 3 | 16,3871 см 3 |
| галон (английски) | gal (UK) | 4,5461 дм 3 |
| галон (САЩ) | гал (САЩ) | 3,7854 дм 3 |
| пинта (английски) | pt (UK) | 0,5683 dm 3 |
| суха пинта (САЩ) | сух pt (САЩ) | 0,5506 dm 3 |
| течна пинта (САЩ) | liq pt (САЩ) | 0,4732 dm 3 |
| течна унция (английски) | fl.oz (UK) | 29,5737 см 3 |
| течна унция (САЩ) | fl.oz (САЩ) | 29,5737 см 3 |
| бушел (САЩ) | bu (САЩ) | 35,2393 дм 3 |
| сух варел (САЩ) | bbl (САЩ) | 115,628 дм 3 |
| Тегло (кг) | ||
| lb | lb | 0,4536 кг |
| охлюв | охлюв | 14,5939 кг |
| гран | гр | 64,7989 mg |
| търговска унция | унция | 28,3495 g |
| Плътност (kg / m 3) | ||
| паунд на кубичен фут | lb/ft 3 | 16,0185 кг / м 3 |
| паунд на кубичен инч | lb/in 3 | 27680 кг / м 3 |
| охлюв на кубичен фут | охлюв / фут 3 | 515,4 кг / м 3 |
| Термодинамична температура (K) | ||
| Степента на Ранкин | ° R | 5/9 К |
| Температура (K) | ||
| степен по Фаренхайт | °F | 5/9 К; t ° C = 5/9 * (t ° F - 32) |
| Сила, тегло (N или kg * m / s 2) | ||
| Нютон | н | 1 kg * m / s 2 |
| паундъл | pdl | 0,1383 Н |
| lbf | lbf | 4,4482 Н |
| килограм-сила | kgf | 9,807 H |
| Специфично тегло (N / m 3) | ||
| lbf на кубичен инч | lbf/ft 3 | 157,087 N/m 3 |
| Налягане (Pa или kg / (m * s 2) или N / m 2) | ||
| паскал | Па | 1 N/m 2 |
| хектопаскал | Общ успех | 10 2 Ра |
| килопаскал | КРа | 10 3 Ра |
| бар | бар | 10 5 N / m 2 |
| физическа атмосфера | атм | 1,013 * 10 5 N / m 2 |
| милиметър живак | mm Hg | 1,333 * 10 2 N / m 2 |
| килограм сила на кубичен сантиметър | кгс/см 3 | 9,807 * 10 4 N / m 2 |
| паунд на квадратен фут | pdl / фут 2 | 1,4882 N/m 2 |
| паунд-сила на квадратен фут | lbf/ft 2 | 47,8803 N/m 2 |
| фунт-сила на квадратен инч | lbf / в 2 | 6894,76 N/m 2 |
| крак вода | ft H 2 O | 2989,07 N/m 2 |
| инч вода | във H 2 O | 249,089 N/m 2 |
| инч живак | в Hg | 3386,39 N/m 2 |
| Работа, енергия, топлина (J или kg * m 2 / s 2 или N * m) | ||
| джаул | Дж | 1 kg * m 2 / s 2 = 1 N * m |
| калория | кал | 4,187 Дж |
| килокалория | Ккал | 4187 Дж |
| киловат час | кВтч | 3,6 * 10 6 Дж |
| Британска термична единица | Btu | 1055,06 Дж |
| фут паундъл | ft * pdl | 0,0421 Дж |
| фут lbf | ft * lbf | 1,3558 Дж |
| литър-атмосфера | л * атм | 101,328 Дж |
| Мощност, W) | ||
| фут паунд в секунда | ft * pdl / s | 0,0421 W |
| фут-фунт-сила в секунда | ft * lbf/s | 1,3558 вата |
| конски сили (английски) | к.с | 745,7 вата |
| Британска термична единица на час | Btu/h | 0,2931 вата |
| килограм-сил-метър в секунда | kgf * m / s | 9,807 вата |
| Масов поток (kg/s) | ||
| паунд маса в секунда | lbm/s | 0,4536 кг/сек |
| Коефициент на топлопроводимост (W / (m * K)) | ||
| Британска термична единица за секунда-фут Фаренхайт | Btu / (s * ft * degF) | 6230,64 W / (m * K) |
| Коефициент на топлопреминаване (W / (m 2 * K)) | ||
| Британска термична единица в секунда - квадратен фут-градус по Фаренхайт | Btu / (s * ft 2 * degF) | 20441,7 W / (m 2 * K) |
| Топлопроводимост, кинематичен вискозитет (m 2 / s) | ||
| Стоукс | Св (Св) | 10 -4 m 2 / s |
| сантистокс | cSt (cSt) | 10 -6 m 2 / s = 1 mm 2 / s |
| квадратен фут в секунда | фут 2 / сек | 0,0929 m 2 / s |
| Динамичен вискозитет (Pa * s) | ||
| уравновесеност | P (P) | 0,1 Pa * s |
| сантипоаз cP | (cp) | 10 6 Pa * s |
| паунд секунда на квадратен фут | pdt * s / ft 2 | 1,488 Pa * s |
| паунд-сила секунда на квадратен фут | lbf * s / ft 2 | 47,88 Pa * s |
| Специфична топлина (J / (kg * K)) | ||
| калория на грам-градус по Целзий | кал / (g * ° C) | 4,1868 * 10 3 J / (kg * K) |
| Британска термична единица за паунд-градус по Фаренхайт | Btu / (lb * degF) | 4187 J / (kg * K) |
| Специфична ентропия (J / (kg * K)) | ||
| Британска термична единица за паунд-градус Ранкин | Btu / (lb * degR) | 4187 J / (kg * K) |
| Плътност на топлинния поток (W / m2) | ||
| килокалория на квадратен метър - час | Kcal / (m 2 * h) | 1,163 W / m 2 |
| Британска топлинна единица на квадратен фут - час | Btu / (ft 2 * h) | 3,157 W / m 2 |
| Влагопропускливост на строителните конструкции | ||
| килограм на час на метър милиметър воден стълб | kg / (h * m * mm H 2 O) | 28,3255 mg (s * m * Pa) |
| Обемна пропускливост на строителните конструкции | ||
| кубичен метър на час на метър-милиметър воден стълб | m 3 / (h * m * mm H 2 O) | 28,3255 * 10 -6 m 2 / (s * Pa) |
| Силата на светлината | ||
| кандела | cd | SI базова единица |
| Осветеност (lx) | ||
| лукс | Добре | 1 cd * sr / m2 (sr - стерадиан) |
| тел | ph (ph) | 10 4 lx |
| Яркост (cd / m2) | ||
| стилб | st (st) | 10 4 cd / m2 |
| гнида | nt (nt) | 1 cd / m2 |
Група от компании ИНРОСТ
Лабораторна работа No1
Определяне на изобарната маса
топлинен капацитет на въздуха
Топлинният капацитет е топлината, която трябва да бъде доведена до единица количество вещество, за да се нагрее с 1 K. Единично количество вещество може да бъде измерено в килограми, кубични метри при нормални физически условия и киломолове. Киломол газ е масата на газ в килограми, която е числено равна на молекулното му тегло. По този начин има три вида топлинни мощности: маса c, J / (kg⋅K); обемно s ′, J / (m3⋅K) и моларно, J / (kmol⋅K). Тъй като киломол газ има маса μ пъти повече от един килограм, не се въвежда отделно обозначение за моларния топлинен капацитет. Връзка между топлинните мощности:
където = 22,4 m3 / kmol е обемът на киломол идеален газ при нормални физически условия; - плътност на газа при нормални физически условия, kg / m3.
Истинският топлинен капацитет на газа е производната на топлината по отношение на температурата:
Топлината, подадена на газа, зависи от термодинамичния процес. Може да се определи от първия закон на термодинамиката за изохорни и изобарни процеси:
Ето топлината, подадена на 1 kg газ в изобарния процес; - промяна във вътрешната енергия на газа; - работа на газовете срещу външни сили.
По същество формула (4) формулира 1-ви закон на термодинамиката, от който следва уравнението на Майер:
Ако поставим = 1 K, тогава физическият смисъл на газовата константа е работата на 1 kg газ в изобарния процес, когато температурата му се промени с 1 K.
Уравнението на Майер за 1 киломол газ има формата
където = 8314 J / (kmol⋅K) е универсалната газова константа.
В допълнение към уравнението на Майер, изобарният и изохорният масов топлинен капацитет на газовете са свързани помежду си чрез адиабатния показател k (Таблица 1):
Таблица 1.1
Стойности на адиабатните експоненти за идеални газове
Атомност на газовете | |
Едноатомни газове | |
Двуатомни газове | |
Три- и многоатомни газове |
ЦЕЛ НА РАБОТАТА
Затвърждаване на теоретичните знания по основните закони на термодинамиката. Практическо развитие на метода за определяне на топлинния капацитет на въздуха въз основа на енергийния баланс.
Експериментално определяне на специфичната масова топлинна мощност на въздуха и сравнение на получения резултат с референтната стойност.
1.1. Описание на лабораторията
Инсталацията (фиг. 1.1) се състои от месингова тръба 1 с вътрешен диаметър d =
= 0,022 m, в края на който има електрическо отопление с топлоизолация 10. Вътре в тръбата се движи въздушен поток, който се подава 3. Въздушният поток може да се регулира чрез промяна на скоростта на вентилатора. В тръба 1 е монтирана тръба с пълна глава 4 и свръхстатично налягане 5, които са свързани към манометри 6 и 7. Освен това в тръба 1 е монтирана термодвойка 8, която може да се движи по напречното сечение едновременно с тръбата с пълна глава. Големината на emf на термодвойката се определя от потенциометъра 9. Нагряването на въздуха, движещ се през тръбата, се контролира с помощта на лабораторния автотрансформатор 12 чрез промяна на мощността на нагревателя, която се определя от показанията на амперметъра 14 и волтметъра 13. Температурата на въздуха на изхода на нагревателя се определя от термометъра 15.
1.2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА ТЕХНИКА
Топлинен поток на нагревателя, W:
където I е токът, A; U - напрежение, V; = 0,96; =
= 0,94 - коефициент на топлинна загуба.
Фигура 1.1. Диаграма на експериментална настройка:
1 - тръба; 2 - конфузер; 3 - вентилатор; 4 - тръба за измерване на динамичното налягане;
5 - разклонителна тръба; 6, 7 - диференциални манометри; 8 - термодвойка; 9 - потенциометър; 10 - изолация;
11 - електрически нагревател; 12 - лабораторен автотрансформатор; 13 - волтметър;
14 - амперметър; 15 - термометър
Топлинен поток, получен от въздух, W:
където m е масовият въздушен поток, kg / s; - експериментален, масов изобарен топлинен капацитет на въздуха, J / (kg · K); - температура на въздуха на изхода от отоплителната секция и на входа към нея, ° С.
Масов въздушен поток, kg/s:
. (1.10)
Ето средната скорост на въздуха в тръбата, m / s; d е вътрешният диаметър на тръбата, m; - плътност на въздуха при температура, която се намира по формулата, kg / m3:
, (1.11)
където = 1,293 kg / m3 - плътност на въздуха при нормални физически условия; B - налягане, mm. rt. ул.; - прекомерно статично налягане на въздуха в тръбата, mm. вода Изкуство.
Скоростите на въздуха се определят от динамичното налягане в четири равни секции, m / s:
където е динамичната глава, мм. вода Изкуство. (kgf / m2); g = 9,81 m / s2 - ускорение на гравитацията.
Средна скорост на въздуха в участъка на тръбата, m / s:
Средният изобарен масов топлинен капацитет на въздуха се определя от формула (1.9), в която топлинният поток се замества от уравнение (1.8). Точната стойност на топлинния капацитет на въздуха при средна температура на въздуха се намира според таблицата на средните топлинни мощности или според емпиричната формула, J / (kg⋅K):
. (1.14)
Относителна грешка на експеримента, %:
. (1.15)
1.3. Експериментиране и обработка
резултати от измерване
Експериментът се провежда в следната последователност.
1. Лабораторната стойка се включва и след установяване на стационарния режим се вземат следните показания:
Динамично налягане на въздуха в четири точки на еднакви тръбни сечения;
Прекомерно статично налягане на въздуха в тръбата;
Ток I, A и напрежение U, V;
Температура на входящия въздух, °С (термодвойка 8);
Температура на изхода, °С (термометър 15);
Барометрично налягане B, mm. rt. Изкуство.
Експериментът се повтаря за следващия режим. Резултатите от измерването се вписват в таблица 1.2. Изчисленията се извършват в табл. 1.3.
Таблица 1.2
Таблица за измерване
Име на количеството | |||
Температура на входящия въздух, °C | |||
Температура на изходящия въздух, °C |
|||
Динамично налягане на въздуха, mm. вода Изкуство. | |||
Прекомерно статично налягане на въздуха, mm. вода Изкуство. |
|||
Барометрично налягане B, mm. rt. Изкуство. |
|||
Напрежение U, V |
Таблица 1.3
Таблица за изчисление
Име на количествата |
|
|||
Динамична глава, N / m2 | ||||
Средна температура на потока на входа, °C |
Зареждане ...