Розглянуто основні фізичні властивості повітря: щільність повітря, його динамічна та кінематична в'язкість, питома теплоємність, теплопровідність, температуропровідність, число Прандтля та ентропія. Властивості повітря наведені в таблицях залежно від температури при нормальному атмосферному тиску.
Щільність повітря в залежності від температури
Наведено докладну таблицю значень щільності повітря в сухому стані при різних температурах і нормальному атмосферному тиску. Чому дорівнює щільність повітря? Аналітично визначити густину повітря можна, якщо розділити його масу на об'єм, який він займаєза заданих умов (тиск, температура та вологість). Також можна обчислити його густину за формулою рівняння стану ідеального газу. Для цього необхідно знати абсолютний тиск і температуру повітря, а також його газову постійну та молярний об'єм. Це рівняння дозволяє обчислити густину повітря в сухому стані.
На практиці, щоб дізнатися яка щільність повітря при різних температурах, зручно користуватися готовими таблицями. Наприклад, наведеною таблицею значень густини атмосферного повітря залежно від температури. Щільність повітря в таблиці виражена в кілограмах на кубічний метр і дана в інтервалі температури від мінус 50 до 1200 градусів за нормального атмосферного тиску (101325 Па).
| t, °С | ρ, кг/м 3 | t, °С | ρ, кг/м 3 | t, °С | ρ, кг/м 3 | t, °С | ρ, кг/м 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°С повітря має густину 1,185 кг/м 3 .При нагріванні густина повітря знижується - повітря розширюється (його питомий обсяг збільшується). Зі зростанням температури, наприклад до 1200°С, досягається дуже низька щільність повітря, що дорівнює 0,239 кг/м 3 , що в 5 разів менше за її значення при кімнатній температурі. У загальному випадку зниження при нагріванні дозволяє проходити такому процесу, як природна конвекція і застосовується, наприклад, в повітроплаванні.
Якщо порівняти щільність повітря відносно повітря, то повітря легше на три порядки — при температурі 4°С щільність води дорівнює 1000 кг/м 3 , а щільність повітря становить 1,27 кг/м 3 . Необхідно також відзначити значення густини повітря за нормальних умов. Нормальними умовами для газів є такі, за яких їхня температура дорівнює 0°С, а тиск дорівнює нормальному атмосферному. Таким чином, згідно з таблицею, щільність повітря за нормальних умов (при НУ) дорівнює 1,293 кг/м 3.
Динамічна та кінематична в'язкість повітря при різних температурах
При виконанні теплових розрахунків необхідно знати значення в'язкості повітря (коефіцієнта в'язкості) за різної температури. Ця величина потрібна обчислення числа Рейнольдса, Грасгофа, Релея, значення яких визначають режим течії цього газу. У таблиці наведено значення коефіцієнтів динамічної μ та кінематичної ν в'язкості повітря в діапазоні температури від -50 до 1200 ° С при атмосферному тиску.
Коефіцієнт в'язкості повітря із зростанням його температури значно збільшується.Наприклад, кінематична в'язкість повітря дорівнює 15,06 · 10 -6 м 2 / с при температурі 20 ° С, а зі зростанням температури до 1200 ° С в'язкість повітря становить 233,7 · 10 -6 м 2 / с, тобто збільшується у 15,5 разів! Динамічна в'язкість повітря за нормальної температури 20°З дорівнює 18,1·10 -6 Па·с.
При нагріванні повітря збільшуються значення як кінематичної, і динамічної в'язкості. Ці дві величини пов'язані між собою через величину густини повітря, значення якої зменшується при нагріванні цього газу. Збільшення кінематичної та динамічної в'язкості повітря (як і інших газів) при нагріванні пов'язане з більш інтенсивним коливанням молекул повітря навколо їх рівноважного стану (згідно з МКТ).
| t, °С | μ·10 6 , Па·с | ν·10 6 , м 2 /с | t, °С | μ·10 6 , Па·с | ν·10 6 , м 2 /с | t, °С | μ·10 6 , Па·с | ν·10 6 , м 2 /с |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -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 |
Примітка: Будьте уважні! В'язкість повітря дана в ступені 106.
Питома теплоємність повітря за температури від -50 до 1200°С
Подано таблицю питомої теплоємності повітря при різних температурах. Теплоємність у таблиці дана при постійному тиску (ізобарна теплоємність повітря) в інтервалі температури від мінус 50 до 1200°З повітря в сухому стані. Чому дорівнює питома теплоємність повітря? Величина питомої теплоємності визначає кількість тепла, яке необхідно підвести до одного кілограма повітря при постійному тиску збільшення його температури на 1 градус. Наприклад, при 20°С для нагрівання 1 кг цього газу на 1°С в ізобарному процесі потрібно підвести 1005 Дж тепла.
Питома теплоємність повітря зростає зі зростанням його температури.Проте залежність масової теплоємності повітря від температури не лінійна. В інтервалі від -50 до 120 ° С її величина практично не змінюється - в цих умовах середня теплоємність повітря дорівнює 1010 Дж/(кг град). За даними таблиці видно, що значний вплив температура починає чинити зі значення 130°С. Проте температура повітря впливає на його питому теплоємність набагато слабше, ніж на в'язкість. Так, при нагріванні з 0 до 1200 ° С теплоємність повітря збільшується лише в 1,2 рази - з 1005 до 1210 Дж/(кг град).
Слід зазначити, що теплоємність вологого повітря вища, ніж сухого. Якщо порівняти і повітря, то очевидно, що вода має більш високе її значення і вміст води в повітрі призводить до збільшення питомої теплоємності.
| t, °С | C p , Дж/(кг град) | t, °С | C p , Дж/(кг град) | t, °С | C p , Дж/(кг град) | t, °С | C p , Дж/(кг град) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -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 |
Теплопровідність, температуропровідність, число Прандтля повітря
У таблиці представлені такі фізичні властивості атмосферного повітря, як теплопровідність, температура та його число Прандтля в залежності від температури. Теплофізичні властивості повітря дано в інтервалі від -50 до 1200 ° С для сухого повітря. За даними таблиці видно, що зазначені властивості повітря суттєво залежать від температури та температурна залежність розглянутих властивостей цього газу різна.
Яке необхідне зміни температури робочого тіла, у разі, повітря, на градус. Теплоємність повітря безпосередньо залежить від температури та тиску. При цьому для дослідження різних видів теплоємності можуть застосовуватись різні методи.
Математично теплоємність повітря виражається як відношення кількості тепла до збільшення його температури. Теплоємність тіла, що має масу 1 кг, прийнято називати питомою. Молярна теплоємність повітря – теплоємність одного молячи речовини. Позначається теплоємність – Дж/К. Молярна теплоємність відповідно Дж/(моль*К).
Теплоємність можна вважати фізичною характеристикою будь-якої речовини, в даному випадку повітря, у тому випадку, якщо вимір проводиться у постійних умовах. Найчастіше такі вимірювання проводяться при постійному тиску. Так визначається ізобарна теплоємність повітря. Вона зростає зі збільшенням температури і тиску, а також є лінійною функцією даних величин. У цьому випадку зміна температури відбувається при постійному тиску. Для розрахунку ізобарної теплоємності необхідно визначити псевдокритичну температуру та тиск. Вона визначається з використанням довідкових даних.
Теплоємність повітря. Особливості
Повітря є газовою сумішшю. При розгляді в термодинаміці прийняті такі припущення. Кожен газ у складі суміші має бути рівномірно розподілений по всьому обсягу. Таким чином, обсяг газу дорівнює обсягу всієї суміші. Кожен газ у складі суміші має свій парціальний тиск, який він чинить на стінки судини. Кожен із компонентів газової суміші повинен мати температуру, рівну температурі всієї суміші. При цьому сума парціального тиску всіх компонентів дорівнює тиску суміші. Розрахунок теплоємності повітря виконується на основі даних про склад газової суміші та теплоємності окремих компонентів.
Теплоємність неоднозначно характеризує речовину. З першого закону термодинаміки можна дійти невтішного висновку, що внутрішня енергія тіла змінюється у залежність від кількості отриманого тепла, а й від досконалої тілом роботи. За різних умов перебігу процесу теплопередачі робота тіла може різнитися. Таким чином, однакове повідомлене тілу кількість теплоти може викликати різні за значенням зміни температури та внутрішньої енергії тіла. Ця особливість характерна лише для газоподібних речовин. На відміну від твердих і рідких тіл, газоподібні речовини можуть сильно змінювати об'єм і виконувати роботу. Саме тому теплоємність повітря визначає характер самого термодинамічного процесу.
Однак при постійному обсязі повітря не виконує роботи. Тому зміна внутрішньої енергії пропорційно до зміни його температури. Відношення теплоємності в процесі з постійним тиском до теплоємності в процесі з постійним об'ємом є частиною формули адіабатного процесу. Воно позначається грецькою літерою гамма.
З історії
Терміни «тепломісткість» і «кількість теплоти» не дуже успішно описують свою суть. Пов'язано це з тим, що вони прийшли до сучасної науки з теорії теплороду, яка була популярна у вісімнадцятому столітті. Послідовники цієї теорії розглядали теплоту як таку собі невагому речовину, яка міститься в тілах. Ця речовина не може бути знищена, ні створена. Охолодження та нагрівання тіл пояснювали зменшенням або збільшенням вмісту теплороду відповідно. Згодом ця теорія була визнана неспроможною. Вона не могла пояснити, чому однакова зміна внутрішньої енергії будь-якого тіла виходить при передачі йому різної кількості теплоти, а також залежить від роботи, що здійснюється тілом.
Під питомою теплоємністюречовини розуміють кількість теплоти, яку потрібно повідомити або відібрати від одиниці речовини (1 кг, 1 м 3 , 1 моль), щоб змінити її температуру на один градус.
Залежно від одиниці заданої речовини розрізняють такі питомі теплоємності:
Масову теплоємність З, віднесену до 1 кг газу, Дж/(кгК);
Молярну теплоємність µС, віднесену до 1 кмоль газу, Дж/(кмоль∙К);
Об'ємну теплоємність С′, віднесену до 1 м 3 газу, Дж/(м 3 К).
Питомі теплоємності пов'язані між собою співвідношенням:
де υ н- питомий обсяг газу за нормальних умов (н.у.), м 3 /кг; µ - молярна маса газу, кг/кмоль.
Теплоємність ідеального газу залежить від характеру процесу підведення (або відведення) теплоти, від атомності газу та температури (тепломісткість реальних газів залежить також від тиску).
Зв'язок між масовими ізобарними З Pта ізохорний З Vтеплоємностями встановлюється рівнянням Майєра:
З P - З V = R, (1.2)
де R –газова постійна, Дж/(кг∙К).
При нагріванні ідеального газу в замкнутій посудині постійного об'єму теплота витрачається тільки на зміну енергії руху його молекул, а при нагріванні при постійному тиску завдяки розширенню газу одночасно здійснюється робота проти зовнішніх сил.
Для молярних теплоємностей рівняння Майєра має вигляд:
µС р - µС v = µR, (1.3)
де µR=8314Дж/(кмоль∙К) – універсальна газова стала.
Об'єм ідеального газу V н, Наведений до нормальних умов, визначається з наступного співвідношення:
(1.4)
де Р н– тиск за нормальних умов, Р н= 101325 Па = 760 мм ртст; Т н– температура за нормальних умов, Т н= 273,15 K; P t, V t, T t– робочі тиск, обсяг та температура газу.
Відношення ізобарної теплоємності до ізохорної позначають kі називають показником адіабати:
(1.5)
З (1.2) та з урахуванням (1.5) отримуємо:
Для точних розрахунків середня теплоємність визначається за такою формулою:
(1.7)
У теплових розрахунках різного обладнання часто визначається кількість тепла, яка потрібна для нагрівання або охолодження газів:
Q = C∙m∙(t 2 - t 1), (1.8)
Q = C′∙V н∙(t 2 - t 1), (1.9)
де V н- Об'єм газу при н.у., м 3 .
Q = µC∙ν∙(t 2 - t 1), (1.10)
де ν - Кількість газу, кмоль.
Теплоємність. Використання теплоємності для опису процесів у закритих системах
Відповідно до рівняння (4.56) теплота може бути визначена, якщо відома зміна ентропії S системи. Однак та обставина, що ентропія не може бути виміряна безпосередньо, створює деякі ускладнення, особливо при описі ізохорних та ізобарних процесів. Виникає необхідність визначення кількості теплоти за допомогою вимірюваної на досвіді величини.
Як така величина може виступати теплоємність системи. Найбільш загальне визначення теплоємності випливає із вираження першого закону термодинаміки (5.2), (5.3). Виходячи з нього, будь-яка ємність системи по відношенню до роботи виду m визначається рівнянням
C m = dA m / dP m = P m d e g m / dP m (5.42)
де З m – ємність системи;
P m і g m – відповідно узагальнений потенціал та координата стану виду m.
Величина C m показує, яку кількість роботи виду m необхідно здійснити за заданих умов, щоб змінити m-й узагальнений потенціал системи на одиницю його виміру.
Поняття ємності системи по відношенню до тієї чи іншої роботи в термодинаміці широко використовується лише при описі теплової взаємодії між системою та навколишнім середовищем.
Місткість системи по відношенню до теплоти називається теплоємністю і задається рівністю
С = d e Q / dT = Td e S тепло / dT . (5.43)
Таким чином, теплоємність може бути визначена як кількість теплоти, яку необхідно повідомити системі, щоб змінити її температуру на один Кельвін.
Теплоємність, подібно до внутрішньої енергії та ентальпії, є екстенсивною величиною, пропорційною кількості речовини.Насправді використовують теплоємність, віднесену до одиниці маси речовини, – питому теплоємність, та теплоємність, віднесену до одного молю речовини, – молярну теплоємність. Питома теплоємність у СІ виявляється у Дж/(кг·К), а молярна – в Дж/(моль·К).
Питома та молярна теплоємності пов'язані співвідношенням:
З моль = Суд М, (5.44)
де М – молекулярна маса речовини.
Розрізняють справжню (диференціальну) теплоємність, що визначається з рівняння (5.43) і являє собою елементарне збільшення теплоти при нескінченно малій зміні температури, і середню теплоємність,представляє собою відношення повної кількості теплоти до повної зміни температури в даному процесі:
Q/DT. (5.45)
Зв'язок між істинною та середньою питомою теплоємністю встановлюється співвідношенням
При постійних тиску чи обсязі теплота і теплоємність набувають властивості функції стану, тобто. стають характеристиками системи. Саме ці теплоємності - ізобарну С Р (при постійному тиску) та ізохорну С V (при постійному обсязі) найбільш широко використовують у термодинаміці.
Якщо система нагрівається при постійному обсязі, відповідно до виразу (5.27) ізохорна теплоємність C V записується у вигляді
C V = 
. (5.48)
Якщо система нагрівається при постійному тиску, то відповідно до рівняння (5.32) ізобарна теплоємність Р постає у вигляді
З Р = 
. (5.49)
Щоб знайти зв'язок між С Р і С V треба продиференціювати вираз (5.31) за температурою. Для одного моля ідеального газу цей вираз з урахуванням рівняння (5.18) можна подати у вигляді
H = U + pV = U + RT. (5.50)
dH/dT = dU/dT + R, (5.51)
а різниця між ізобарною та ізохорною теплоємностями для одного моля ідеального газу чисельно дорівнює універсальній газовій постійній R:
З Р - З V = R. (5.52)
Теплоємність при постійному тиску завжди більша за теплоємність при постійному обсязі, так як нагрівання речовини при постійному тиску супроводжується роботою розширення газу.
Використовуючи вираз внутрішньої енергії ідеального одноатомного газу (5.21), отримаємо значення його теплоємності для одного моля ідеального одноатомного газу:
C V = dU/dT = d(3/2 RT) dT = 3/2 R » 12,5 Дж/(моль К); (5.53)
C Р = 3/2R + R = 5/2 R 20,8 Дж / (моль К). (5.54)
Таким чином, для одноатомних ідеальних газів C V і C p не залежить від температури, оскільки вся підведена теплова енергія витрачається на прискорення поступального руху. Для багатоатомних молекул поряд із зміною поступального руху може відбуватися і зміна обертального та коливального внутрішньомолекулярного руху. Для двоатомних молекул зазвичай враховують додатково обертальний рух, внаслідок чого чисельні значення їх теплоємностей складають:
C V = 5/2 R » 20,8 Дж/(моль К); (5.55)
C p = 5/2 R + R = 7/2 R 29,1 Дж / (моль К). (5.56)
Принагідно торкнемося теплоємностей речовин в інших (крім газоподібного) агрегатних станах. Для оцінки теплоємностей твердих хімічних сполук нерідко використовують наближене правило адитивності Неймана і Коппа, згідно з яким молярна теплоємність хімічних сполук у твердому стані дорівнює сумі атомних теплоємностей елементів, що входять до цієї сполуки. Так, теплоємність складної хімічної сполуки з урахуванням правила Дюлонга та Пті можна оцінити так:
C V = 25n Дж/(моль К), (5.57)
де n – число атомів у молекулах сполук.
Теплоємності рідин та твердих тіл поблизу температури плавлення (кристалізації) майже рівні. Поблизу нормальної температури кипіння більшість органічних рідин має питому теплоємність 1700 - 2100 Дж/кгК. У проміжках між цими температурами фазових переходів теплоємність рідини може значно відрізнятися (залежить від температури). Загалом залежність теплоємності твердих тіл від температури в інтервалі 0 – 290К у більшості випадків добре передається напівемпіричним рівнянням Дебая (для кристалічних грат) в області низьких температур
C Р » C V = eT 3 (5.58)
у якому коефіцієнт пропорційності (e) залежить від природи речовини (емпірична константа).
Залежність теплоємності газів, рідин і твердих тіл від температури при звичайних і високих температурах прийнято виражати за допомогою емпіричних рівнянь, що мають вигляд статечних рядів:
Р = a + bT + cT 2 (5.59)
Р = a + bT + c"T -2 , (5.60)
де a, b, c та c" - емпіричні температурні коефіцієнти.
Повертаючись до опису процесів у закритих системах із залученням методу теплоємностей, запишемо деякі рівняння, наведені у параграфі 5.1, у дещо іншому вигляді.
Ізохорний процес. Виражаючи внутрішню енергію (5.27) через теплоємність, отримаємо
dU V = dQ V = U 2 - U 1 = C V dT = C V dT. (5.61)
З огляду на те, що теплоємність ідеального газу залежить від температури, рівняння (5.61) можна записати так:
DU V = Q V = U 2 - U 1 = C V DT. (5.62)
Щоб обчислити значення інтеграла (5.61) для реальних одно- та багатоатомних газів, треба знати конкретний вид функціональної залежності C V = f(T) типу (5.59) або (5.60).
Ізобарний процес.Для газоподібного стану речовини перший закон термодинаміки (5.29) для цього процесу з урахуванням запису роботи розширення (5.35) та з використанням методу теплоємностей записується так:
Q Р = С V DT + RDT = C Р DT = DH (5.63)
Q Р = DH Р = H 2 - H 1 = C Р dT. (5.64)
Якщо система є ідеальним газом і теплоємність СР не залежить від температури, співвідношення (5.64) перетворюється на (5.63). Для вирішення рівняння (5.64), що описує реальний газ, необхідно знати певний вид залежності C p = f(T).
Ізотермічний процес.Зміна внутрішньої енергії ідеального газу в процесі, що протікає за постійної температури
dUT = C V dT = 0. (5.65)
Адіабатичний процес.Так як dU = C V dT, то для одного молячи ідеального газу зміна внутрішньої енергії і робота дорівнює відповідно:
DU = C V dT = C V (T 2 - T 1); (5.66)
А хутро = -DU = CV (T 1 - T 2). (5.67)
Аналіз рівнянь, що характеризують різні термодинамічні процеси за умов: 1) p = сonst; 2) V = сonst; 3) T = сonst і 4) dQ = 0 показує, що вони можуть бути представлені загальним рівнянням:
pV n = сonst. (5.68)
У цьому рівнянні показник "n" може приймати значення від 0 до для різних процесів:
1. ізобарного (n = 0);
2. ізотермічний (n = 1);
3. ізохорного (n = ¥);
4. адіабатичного (n = g; де g = C Р / C V - адіабатичний коефіцієнт).
Отримані співвідношення справедливі для ідеального газу і є наслідком його рівняння стану, а розглянуті процеси - приватні та граничні прояви реальних процесів. Реальні процеси, як правило, є проміжними, протікають при довільних значеннях "n" і отримали назву політропних процесів.
Якщо порівняти роботу розширення ідеального газу, що виробляється в розглянутих термодинамічних процесах, зі зміною обсягу від V 1 до V 2 то, як видно з рис. 5.2, найбільша робота розширення відбувається в ізобарному процесі, менша – в ізотермічному та ще менша – в адіабатичному. Для ізохорного процесу робота дорівнює нулю.
Мал. 5.2. P = f (V) -залежність для різних термодинамічних процесів (заштриховані області характеризують роботу розширення у відповідному процесі)
ТЕМПЕРАТУРА. Вимірюється як і Кельвінах (К), і у градусах Цельсія (°С). Розмір градуса Цельсія і розмір кельвіна той самий для різниці температур. Співвідношення між температурами:
t = T - 273,15 K,
де t- Температура, ° С, T- Температура, K.
ТИСК. Тиск вологого повітря pта його складових вимірюється в Па (Паскаль) та кратних одиницях (кПа, ДПа, МПа).
Барометричний тиск вологого повітря p бдорівнює сумі парціальних тисків сухого повітря p вта водяної пари p п :
p б = p в + p п
ГУСТИНА. Щільність вологого повітря ρ , кг/м3, являє собою відношення маси повітряно-парової суміші до обсягу цієї суміші:
ρ = M/V = M /V + M п /V
Щільність вологого повітря може визначатися за формулою
ρ = 3,488 p б / T - 1,32 p п / T
ПИТОМА ВАГА. Питома вага вологого повітря γ - Це відношення ваги вологого повітря до займаного ним обсягу, Н/м 3 . Щільність та питома вага пов'язані між собою залежністю
ρ = γ /g,
де g- Прискорення вільного падіння, що дорівнює 9.81 м/с 2 .
ВОЛОГІСТЬ ПОВІТРЯ. Вміст у повітрі водяної пари. характеризується двома величинами: абсолютною та відносною вологістю.
Абсолютнавологість повітря. кількість водяної пари, кг або р, що міститься в 1 м3 повітря.
Відноснавологість повітря φ
, виражена у % . відношення парціального тиску водяної пари pп, що міститься в повітрі, до парціального тиску водяної пари в повітрі при повному її насиченні водяними парами p п.н. :
φ = (p п/p п.н.) 100%
Парціальний тиск водяної пари в насиченому вологому повітрі може бути визначено з виразу
lg p п.м. = 2,125 + (156 + 8,12t в.н.)/(236 + t в.н.),
де t в.- Температура насиченого вологого повітря, °С.
ТОЧКА РОСИ. Температура, при якій парціальний тиск водяної пари p п, що міститься у вологому повітрі, дорівнює парціальному тиску насиченої водяної пари p п.н.за тієї ж температури. За температури роси починається конденсація вологи з повітря.
d = M п / M в
d = 622p п / (p б - p п) = 6,22 φp п.н. (p б - φp п.н. / 100)
ПИТОМА ТЕПЛОЄМНІСТЬ. Питома теплоємність вологого повітря c, кДж/(кг * °С) — це кількість теплоти, необхідної для нагрівання 1 кг суміші сухого повітря та водяної пари на 10 і віднесена до 1 кг сухої частини повітря:
с = с + з п d /1000,
де c в- Середня питома теплоємність сухого повітря, що приймається в інтервалі температур 0-1000С дорівнює 1,005 кДж / (кг * ° С); з п - середня питома теплоємність водяної пари, що дорівнює 1,8 кДж / (кг * ° C). Для практичних розрахунків при проектуванні систем опалення, вентиляції та кондиціювання повітря допускається застосовувати питому теплоємність вологого повітря з = 1,0056 кДж/(кг * °C) (при температурі 0°С та барометричному тиску 1013,3 ГПа)
ПИТАННЯ ЕНТАЛЬПІЯ. Питома ентальпія вологого повітря - це ентальпія I, кДж, віднесена до 1 кг маси сухого повітря:
I = 1,005t + (2500 + 1,8068t) d / 1000,
або I = ct + 2.5d
КОЕФІЦІЄНТ ОБ'ЄМНОГО РОЗШИРЕННЯ. Температурний коефіцієнт об'ємного розширення
α = 0,00367 °C -1
або α = 1/273 °C -1 .
ПАРАМЕТРИ СУМІШІ
.
Температура суміші повітря
t см = (M 1 t 1 + M 2 t 2) / (M 1 + M 2)
d см = (M 1 d 1 + M 2 d 2) / (M 1 + M 2)
Питома ентальпія суміші повітря
I см = (M 1 I 1 + M 2 I 2) / (M 1 + M 2)
де M 1 , M 2- маси повітря, що змішується
КЛАСИ ФІЛЬТРІВ
| Застосування | Клас очищення | Ступінь очищення | ||||
| Стандарти | DIN 24185 DIN 24184 |
EN 779 | EUROVENT 4/5 | EN 1882 | ||
| Фільтр для грубої очистки з невисокими вимогами до чистоти повітря | Грубе очищення | EU1 | G1 | EU1 | — | A% |
| Фільтр, що застосовується при високій концентрації пилу з грубим очищенням від нього, Кондиціювання повітря та витяжна еентиляція з невисокими вимогами до чистоти повітря в приміщенні. | 65 | |||||
| EU2 | G2 | EU2 | — | 80 | ||
| EU3 | G3 | EU3 | — | 90 | ||
| EU4 | G4 | EU4 | — | |||
| Сепарування тонкого пилу у вентиляційному устаткуванні, що застосовується у приміщеннях з високими вимогами до шості повітря. Фільтр для тонкої фільтрації. Другий ступінь очищення (доочищення) у приміщеннях із середніми вимогами до чистоти повітря. | Тонка очищення | EU5 | EU5 | EU5 | — | E% |
| 60 | ||||||
| EU6 | EU6 | EU6 | — | 80 | ||
| EU7 | EU7 | EU7 | — | 90 | ||
| EU8 | EU8 | EU8 | — | 95 | ||
| EU9 | EU9 | EU9 | — | |||
| Очищення від надтонкого пилу. Застосовується в приміщеннях з підвищеними вимогами до чистоти повітря (чиста кімната). Фінішне очищення повітря в приміщеннях з прецизійною технікою, хірургічних блоках, реанімаційних палатах, у фармацевтичній промисловості. | Особливо тонке очищення | — | — | — | EU5 | З% |
| 97 | ||||||
| — | — | — | EU6 | 99 | ||
| — | — | — | EU7 | 99,99 | ||
| — | — | — | EU8 | 99,999 | ||
РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ КАЛОРИФЕРУ
| Підігрів, °С | ||||||||||
| м 3 /год | 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 ТА НОРМАТИВНІ ДОКУМЕНТИ
СНиП 2.01.01-82 - Будівельна кліматологія та геофізика
Інформація про кліматичні умови конкретних територій.
СНиП 2.04.05-91* - Опалення, вентиляція та кондиціювання повітря
Цих будівельних норм слід дотримуватись при проектуванні опалення, вентиляції та кондиціонування повітря в приміщеннях будівель та споруд (далі - будівель). При проектуванні слід також дотримуватись вимог щодо опалення, вентиляції та кондиціювання повітря СНиП відповідних будівель та приміщень, а також відомчих нормативів та інших нормативних документів, затверджених та узгоджених з Держбудом Росії.
СНиП 2.01.02-85* - Протипожежні норми
Ці норми повинні дотримуватися при розробці проектів будівель та споруд.
Ці норми встановлюють пожежно-технічну класифікацію будівель та споруд, їх елементів, будівельних конструкцій, матеріалів, а також загальні протипожежні вимоги до конструктивних та планувальних рішень приміщень, будівель та споруд різного призначення.
Ці норми доповнюються та уточнюються протипожежними вимогами, викладеними у СНіП частини 2 та в інших нормативних документах, затверджених або узгоджених Держбудом.
СНиП II-3-79 * - Будівельна теплотехніка
Справжні норми будівельної теплотехніки повинні дотримуватися при проектуванні огороджувальних конструкцій (зовнішніх і внутрішніх стін, перегородок, покриттів, горищних та міжповерхових перекриттів, підлог, заповнень прорізів: вікон, ліхтарів, дверей, воріт) нових та реконструйованих будівель та споруд різного призначення (житлових, житлових, , виробничих та допоміжних промислових підприємств, сільськогосподарських та складських, з нормованою температурою або температурою та відносною вологістю внутрішнього повітря).
СНиП II-12-77 - Захист від шуму
Ці норми та правила повинні дотримуватися при проектуванні захисту від шуму для забезпечення допустимих рівнів звукового тиску та рівнів звуку у приміщеннях на робочих місцях у виробничих та допоміжних будівлях та на майданчиках промислових підприємств, у приміщеннях житлових та громадських будівель, а також на селитебній території міст та інших населених пунктів.
СНиП 2.08.01-89* - Житлові будинки
Дані норми і правила поширюються на проектування житлових будинків (квартирних будинків, включаючи квартирні будинки для людей похилого віку та сімей з інвалідами, що пересуваються на кріслах-візках, надалі тексті. сімей з інвалідами, а також гуртожитків) висотою до 25 поверхів включно.
Ці норми та правила не поширюються на проектування інвентарних та мобільних будівель.
СНиП 2.08.02-89 * - Громадські будівлі та споруди
Ці норми та правила поширюються на проектування громадських будівель (висотою до 16 поверхів включно) та споруд, а також приміщень громадського призначення, вбудованих у житлові будинки. При проектуванні приміщень громадського призначення, вбудованих у житлові будинки, слід додатково керуватися СНіП 2.08.01-89* (Житлові будинки).
СНиП 2.09.04-87* - Адміністративні та побутові будівлі
Ці норми поширюються на проектування адміністративних та побутових будівель висотою до 16 поверхів включно та приміщень підприємств. Ці норми не поширюються на проектування адміністративних будівель та приміщень громадського призначення.
При проектуванні будівель, що перебудовуються у зв'язку з розширенням, реконструкцією або технічним переозброєнням підприємств, допускаються відступи від цих норм щодо геометричних параметрів.
СНиП 2.09.02-85* — Виробничі будинки
Ці норми поширюються на проектування виробничих будівель і приміщень. Ці норми не поширюються на проектування будівель та приміщень для виробництва та зберігання вибухових речовин та засобів підривання, підземних та мобільних (інвентарних) будівель.
СНиП 111-28-75 - Правила виробництва та приймання робіт
Пускові випробування змонтованих систем вентиляції та кондиціювання проводяться відповідно до вимог СНиП 111-28-75 "Правила виробництва та приймання робіт" після механічного випробування вентиляційного та пов'язаного з ним енергетичного обладнання. Метою пускових випробувань та регулювання систем вентиляції та кондиціювання є встановлення відповідності параметрів їх роботи проектним та нормативним показникам.
До початку випробувань установки вентиляції та кондиціювання повинні безперервно та справно пропрацювати протягом 7 годин.
При пускових випробуваннях повинні бути:
- Перевіряє відповідність параметрів встановленого обладнання та елементів вентиляційних пристроїв, прийнятих у проекті, а також відповідність якості їх виготовлення та монтажу вимогам ТУ та СНіП.
- Виявлення нещільностей у повітроводах та інших елементах систем
- Перевірка відповідності проектним даним об'ємних витрат повітря, що проходить через повітроприймальні та повітророзподільні пристрої загальнообмінних установок вентиляції та кондиціювання повітря
- Перевірка відповідності паспортним даним вентиляційного обладнання з продуктивності та напору
- Перевіряє рівномірність прогріву калориферів. (За відсутності теплоносія у теплий період року перевірка рівномірності прогріву калориферів не проводиться)
ТАБЛИЦЯ ФІЗИЧНИХ ВЕЛИЧИН
| Фундаментальні константи | ||
| Постійна (число) Авогадро | N A | 6.0221367(36)*10 23 моль -1 |
| Універсальна газова постійна | R | 8.314510(70) Дж/(моль*K) |
| Постійна Больцмана | k=R/NA | 1.380658(12)*10 -23 Дж/К |
| Абсолютний нуль температури | 0K | -273.150C |
| Швидкість звуку в повітрі за нормальних умов | 331.4 м/с | |
| Прискорення сили тяжіння | g | 9.80665 м/с 2 |
| Довжина (м) | ||
| мікрон | μ(мкм) | 1 мкм = 10 -6 м = 10 -3 см |
| ангстрем | - | 1 - = 0.1 нм = 10 -10 м |
| ярд | yd | 0.9144 м = 91.44 см |
| фут | ft | 0.3048 м = 30.48 см |
| дюйм | in | 0.0254 м = 2.54 см |
| Площа, м2) | ||
| квадратний ярд | yd 2 | 0.8361 м 2 |
| квадратний фут | ft 2 | 0.0929 м 2 |
| квадратний дюйм | in 2 | 6.4516 см 2 |
| Об'єм (м 3) | ||
| кубічний ярд | yd 3 | 0.7645 м 3 |
| кубічний фут | ft 3 | 28.3168 дм 3 |
| кубічний дюйм | in 3 | 16.3871 см 3 |
| галон (англійська) | gal (UK) | 4.5461 дм 3 |
| галон (США) | gal (US) | 3.7854 дм 3 |
| пінта (англійська) | pt (UK) | 0.5683 дм3 |
| суха пінта (США) | dry pt (US) | 0.5506 дм 3 |
| рідинна пінта (США) | liq pt (US) | 0.4732 дм3 |
| рідинна унція (англійська) | fl.oz (UK) | 29.5737 см 3 |
| рідинна унція (США) | fl.oz (US) | 29.5737 см 3 |
| бушель (США) | bu (US) | 35.2393 дм 3 |
| сухий барель (США) | bbl (US) | 115.628 дм 3 |
| Маса, кг) | ||
| фунт | lb | Вага: 0.4536 кг |
| слаг | slug | 14.5939 кг |
| гран | gr | 64.7989 мг |
| торгова унція | oz | 28.3495 г |
| Щільність (кг/м3) | ||
| фунт на кубічний фут | lb/ft 3 | 16.0185 кг/м 3 |
| фунт на кубічний дюйм | lb/in 3 | 27680 кг/м 3 |
| склад на кубічний фут | slug/ft 3 | 515.4 кг/м 3 |
| Термодинамічна температура (К) | ||
| градус Ренкіна | °R | 5/9 K |
| Температура (К) | ||
| градус Фаренгейта | °F | 5/9 К; t°C = 5/9*(t°F - 32) |
| Сила, вага (Н або кг*м/c2) | ||
| Ньютон | Н | 1 кг*м/c 2 |
| паундаль | pdl | 0.1383 H |
| фунт-сила | lbf | 4.4482 H |
| кілограм-сила | kgf | 9.807 H |
| Питома вага (Н/м3) | ||
| фунт-сила на кубічний дюйм | lbf/ft 3 | 157.087 H/м3 |
| Тиск (Па або кг/(м*с 2) чи Н/м 2) | ||
| паскаль | Па | 1 Н/м 2 |
| гектопаскаль | ДПА | 10 2 Па |
| кілопаскаль | КПа | 10 3 Па |
| бар | bar | 10 5 Н/м 2 |
| атмосфера фізична | atm | 1.013*10 5 Н/м 2 |
| міліметр ртутного стовпа | mm Hg | 1.333*10 2 Н/м 2 |
| кілограм-сила на кубічний сантиметр | kgf/cm 3 | 9.807*10 4 Н/м 2 |
| паундаль на квадратний фут | pdl/ft 2 | 1.4882 Н/м2 |
| фунт-сила на квадратний фут | lbf/ft 2 | 47.8803 Н/м 2 |
| фунт-сила на квадратний дюйм | lbf/in 2 | 6894.76 Н/м 2 |
| фут водяного стовпа | ft H 2 O | 2989.07 Н/м 2 |
| дюйм водяного стовпа | in H 2 O | 249.089 Н/м 2 |
| дюйм ртутного стовпа | in Hg | 3386.39 Н/м 2 |
| Робота, енергія, тепло (Дж чи кг*м 2 /c 2 чи Н*м) | ||
| джоуль | Дж | 1 кг*м 2 /c 2 = 1 Н*м |
| калорія | cal | 4.187 Дж |
| кілокалорія | Kcal | 4187 Дж |
| кіловат-година | kwh | 3.6*10 6 Дж |
| британська теплова одиниця | Btu | 1055.06 Дж |
| фут-паундаль | ft*pdl | 0.0421 Дж |
| фут-фунт-сила | ft*lbf | 1.3558 Дж |
| літр-атмосфера | l*atm | 101.328 Дж |
| Потужність (Вт) | ||
| фут-паундаль за секунду | ft*pdl/s | 0.0421 Вт |
| фут-фунт-сила за секунду | ft*lbf/s | 1.3558 Вт |
| кінська сила (англійська) | hp | 745.7 Вт |
| британська теплова одиниця за годину | Btu/h | 0.2931 Вт |
| кілограм-сила-метр за секунду | kgf*m/s | 9.807 Вт |
| Масова витрата (кг/с) | ||
| фунт-маса за секунду | lbm/s | Вага: 0.4536 кг/с |
| Коефіцієнт теплопровідності (Вт/(м*К)) | ||
| британська теплова одиниця на секунду-фут-градус Фаренгейта | Btu/(s*ft*degF) | 6230.64 Вт/(м*К) |
| Коефіцієнт теплопередачі (Вт/(м 2 *К)) | ||
| британська теплова одиниця на секунду-квадратний фут-градус Фаренгейта | Btu/(s*ft 2 *degF) | 20441.7 Вт/(м 2 *К) |
| Коефіцієнт температуропровідності, кінематична в'язкість (м2/с) | ||
| стокс | St (Ст) | 10 -4 м 2 /с |
| сантистокс | cSt (сСт) | 10 -6 м2/с = 1мм2/с |
| квадратний фут на секунду | ft 2 /s | 0.0929 м 2 /сек |
| Динамічна в'язкість (Па*с) | ||
| пуаз | P (П) | 0.1 Па*с |
| сантипуаз cP | (СП) | 10 6 Па*с |
| паундаль-секунда на квадратний фут | pdt*s/ft 2 | 1.488 Па*с |
| фунт-сила секунда на квадратний фут | lbf*s/ft 2 | 47.88 Па*с |
| Питома теплоємність (Дж/(кг*К)) | ||
| калорія на грам-градус Цельсія | cal/(g*°C) | 4.1868*10 3 Дж/(кг*К) |
| британська теплова одиниця на фунт-градус Фаренгейта | Btu/(lb*degF) | 4187 Дж/(кг*К) |
| Питома ентропія (Дж/(кг*К)) | ||
| британська теплова одиниця на фунт-градус Ренкіна | Btu/(lb*degR) | 4187 Дж/(кг*К) |
| Щільність теплового потоку (Вт/м2) | ||
| кілокалорія на квадратний метр — година | Kcal/(m 2 *h) | 1.163 Вт/м2 |
| британська теплова одиниця на квадратний фут - година | Btu/(ft 2 *h) | 3.157 Вт/м 2 |
| Вологопроникність будівельних конструкцій | ||
| кілограм на годину на метр міліметр водяного стовпа | kg/(h*m*mm H 2 O) | 28.3255 мг(с*м*Па) |
| Об'ємна проникність будівельних конструкцій | ||
| кубічний метр на годину на метр-міліметр водяного стовпа | m 3 /(h*m*mm H 2 O) | 28.3255*10 -6 м 2 /(с*Па) |
| Сила світла | ||
| кандела | кд | основна одиниця СІ |
| Освітленість (лк) | ||
| люкс | лк | 1 кд * ср / м 2 (СР - стерадіан) |
| фот | ph (фото) | 10 4 лк |
| Яскравість (кд/м2) | ||
| стильб | st (ст) | 10 4 кд/м 2 |
| ніт | nt (нт) | 1 кд/м2 |
Група компаній ІНРОСТ
Лабораторна робота №1
Визначення масової ізобарної
теплоємності повітря
Теплоємність – це теплота, яку необхідно підвести до одиничної кількості речовини, щоб нагріти її на 1 К. Одиничну кількість речовини можна виміряти в кілограмах, кубометрах за нормальних фізичних умов та кіло молях. Кіломоль газу – це маса газу в кілограмах, чисельно рівна його молекулярній масі. Таким чином, існує три види теплоємностей: масова c, Дж/(кг⋅К); об'ємна с′, Дж/(м3⋅К) та мольна , Дж/(кмоль⋅К). Оскільки кіломоль газу має масу в μ разів більше за один кілограм, окремого позначення для мольної теплоємності не вводять. Співвідношення між теплоємностями:
де = 22,4 м3/кмоль – об'єм кіломолю ідеального газу за нормальних фізичних умов; – щільність газу за нормальних фізичних умов, кг/м3.
Справжня теплоємність газу – це похідна від теплоти за температурою:
Підведена до газу теплота залежить від термодинамічного процесу. Вона може бути визначена за першим законом термодинаміки для ізохорного та ізобарного процесів:
Тут теплота, підведена до 1 кг газу в ізобарному процесі; - Зміна внутрішньої енергії газу; - Робота газів проти зовнішніх сил.
Фактично формула (4) формулює 1-е початок термодинаміки, звідки слідує рівняння Майера:
Якщо покласти = 1 К, то , тобто фізичний сенс постійної газової – це робота 1 кг газу в ізобарному процесі при зміні його температури на 1 К.
Рівняння Майєра для 1 кіло моль газу має вигляд
де = 8314 Дж/(кмоль⋅К) – універсальна постійна газова.
Крім рівняння Майєра, ізобарна та ізохорна масові теплоємності газів пов'язані між собою через показник адіабати k (табл.1):
Таблиця 1.1
Значення показників адіабати для ідеальних газів
Атомність газів | |
Одноатомні гази | |
Двохтомні гази | |
Трьох - і багатоатомні гази |
МЕТА РОБОТИ
Закріплення теоретичних знань за основними законами термодинаміки. Практичне освоєння методу визначення теплоємності повітря з урахуванням енергетичного балансу.
Експериментальне визначення питомої масової теплоємності повітря та зіставлення отриманого результату з довідковим значенням.
1.1. Опис лабораторної установки
Установка (рис. 1.1) складається з латунної труби 1 внутрішнім діаметром d =
= 0,022 м, на кінці якої розташований електронагрівас тепловою ізоляцією 10. Усередині труби рухається потік повітря, який подається 3. Витрата повітря може регулюватися зміною числа обертів вентилятора. У трубі 1 встановлена трубка повного напору 4 і надлишкового статичного тиску 5, які приєднані до манометрів 6 і 7. Крім того, трубі 1 встановлена термопара 8, яка може переміщатися по перерізу одночасно з трубкою повного напору. Величина ЕРС термопари визначається по потенціометру 9. Нагрів повітря, що рухається трубою, регулюється за допомогою лабораторного автотрансформатора 12 шляхом зміни потужності нагрівача, яка визначається за показаннями амперметра 14 і вольтметра 13. Температура повітря на виході з нагрівача визначається термометром 1.
1.2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТУ
Тепловий потік нагрівача, Вт:
де I - Струм, А; U - напруга, В; = 0,96; =
= 0,94 – коефіцієнт теплових втрат.
Рис.1.1. Схема експериментальної установки:
1 – труба; 2 – конфузор; 3 – вентилятор; 4 – трубка для вимірювання динамічного тиску;
5 – патрубок; 6, 7 – дифманометри; 8 – термопара; 9 – потенціометр; 10 – ізоляція;
11 - електронагрівач; 12 – лабораторний автотрансформатор; 13 – вольтметр;
14 – амперметр; 15 – термометр
Тепловий потік, сприйнятий повітрям, Вт:
де m – масова витрата повітря, кг/с; - Експериментальна, масова ізобарна теплоємність повітря, Дж/(кг К); – температура повітря на виході з нагрівального ділянки та на вході до нього, °С.
Масова витрата повітря, кг/с:
. (1.10)
Тут – середня швидкість повітря у трубі, м/с; d – внутрішній діаметр труби, м; - Щільність повітря при температурі, яка знаходиться за формулою, кг/м3:
, (1.11)
де = 1,293 кг/м3 – щільність повітря за нормальних фізичних умов; B – тиск, мм. рт. ст; - Надлишковий статичний тиск повітря в трубі, мм. вод. ст.
Швидкості повітря визначаються за динамічним натиском у чотирьох рівновеликих перерізах, м/с:
де – динамічний тиск, мм. вод. ст. (кгс/м2); g = 9,81 м/с2 – прискорення вільного падіння.
Середня швидкість повітря в перерізі труби, м/с:
Середня ізобарна масова теплоємність повітря визначається з формули (1.9), яку тепловий потік підставляється з рівняння (1.8). Точне значення теплоємності повітря за середньої температури повітря знаходиться за таблицею середніх теплоємностей або за емпіричною формулою, Дж/(кг⋅К):
. (1.14)
Відносна похибка експерименту, %:
. (1.15)
1.3. Проведення експерименту та обробка
результатів вимірів
Експеримент проводиться у наступній послідовності.
1. Включається лабораторний стенд і після встановлення стаціонарного режиму знімаються такі показання:
Динамічний напір повітря у чотирьох точках рівновеликих перерізів труби;
Надлишковий статичний тиск повітря в трубі;
Струм I, А та напруга U, В;
Температура повітря на вході, °С (термопара 8);
Температура на виході, °С (термометр 15);
Барометричний тиск B, мм. рт. ст.
Експеримент повторюється для наступного режиму. Результати вимірювань заносяться до табл.1.2. Розрахунки виконуються у табл. 1.3.
Таблиця 1.2
Таблиця вимірів
Найменування величини | |||
Температура повітря на вході, °C | |||
Температура повітря на виході, °C |
|||
Динамічний напір повітря, мм. вод. ст. | |||
Надлишковий статичний тиск повітря, мм. вод. ст. |
|||
Барометричний тиск B, мм. рт. ст. |
|||
Напруга U, В |
Таблиця 1.3
Таблиця розрахунків
Найменування величин |
|
|||
Динамічний напір, Н/м2 | ||||
Середня температура потоку на вході, °C |
Loading...