МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И...
TRANSCRIPT
Қазақстан Республикасының білім және ғылым министлігі
С.Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті
Жылуэнергетика кафедрасы
«Жылутехниканың теориялық негіздері» пәні бойынша5В071700 "Жылуэнергетика" мамандығының студенттеріне арналған
зертханалық жұмыстарға
ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУЛАР
Павлодар
Әдістемелік нұсқаулардыңтитулдық парағы
НысанПМУ ҰС Н 7.18.4/20
Әдістемелік нұсқауларды бекіту парағы
НысанПМУ ҰС Н 7.18/20
БЕКІТЕМІНОІ жөніндегі проректорПфейфер Н.Э.________________________2013 ж «___»_____________
Құрастырушы: аға оқытушы ____________ Тулебаева Ж. А
Жылуэнергетика кафедрасы
“ Жылутехниканың теориялық негіздері ” пәні бойынша
5В071700 «Жылуэнергетика» мамандығының студенттеріне арналған
зертханалық жұмыстарға
әдістемелік нұсқаулар
Кафедраның отырысында ұсынылды 2013 ж. «___»____________, №_____ХаттамаКафедра менгерушісі ___________ Никифоров А.С. 2013 ж. «___»________
Энергетикалық факультетінің оқу-әдістемелік кеңесімен мақұлданды2013 ж. «_____»______________№____ Хаттама
ОӘК төрағасы ______________ Кабдуалиева М.М. 2013 ж. «___»________
МАҚҰЛДАНДЫ:ОӘБ бастығы __________________Е.Н. Жуманкулова 2013 ж. «___»________
Университеттің оқу-әдістемелік кеңесімен құпталған2013 ж. «_____»______________№____ Хаттама
Мазмұны
Кіріспе..................................................................................................................................................... 4
Жұмыс жасау кезіңдегі қауіпсіздік техникасы және еңбекті қорғау ...................... ............... ........ 5
2
Зертханадағы санитария шарттары ………………………………………………. .......................... 5
№ 1 зертханалық жұмыс. Is диаграммасын қолдану ережелерін зерттеу ............... ........................7
№ 2 зертханалық жұмыс. Id диаграммасын қолдану ережелерін зерттеу............... ............... .......10
№ 3 зертханалық жұмыс. Ауадағы газ тұрақтылығын анықтау............................... .......................15
№ 4 зертханалық жұмыс. Ауаның орташа изобаралық жылулық көлемін анықтау..................... 20
№ 5 зертханалық жұмыс. Су буының қасиеттерін зерттеу ..............................................................26
№ 6 зертханалық жұмыс. Ылғалды қаныққан будың құрғақтық дәрежесін анықтау ...................28
№ 7 зертханалық жұмыс. Ылғалды аудағы үрдістерді зерттеу .......................................................34
Әдебиеттер тізімі ......................................................................................................... ...................... 41
Кіріспе
Зертханалық жұмыстардың мақсаты – студенттерідің тәжірибелек дағдыларының тауып алуорнатып қою және тәжірибелік жұмыстардың өткізулері құруларда және олардың қызмет етуі.Зертханалық жұмыстардың орындалуы лекциялық бағыт негізгі бөлімдерімен студенттердің
3
білімдерінің бекітуіне жағдай жасайды. Зертханалық жұмыстар «Жылуэнергетика жәнеметаллургия» кафедрасының зертханалық құруларында істеледі. Зертханалық стендылардыңконструктивті схемалары, ереженің олардың қызмет етудің, өлшеу аспап мінездемелерітөлқұжаттарда келтірілген, бар болатындардың әрбір стендыда.
Әрбір зертханалық жұмыс орындалуы 4 кезең салынады:1 – зертханалық жұмысқа дайындау;2 – зертханалық жұмысқа студент дайырлығы оқытушысымен тексеру;3 – зертханалық жұмыс өткізуі нәтижелердің жазуымен;4 – шығарылған жұмыспен нәтижелердің өңдеу және есептеу нәтижесі дайындаулары.
Қорғанышқа дайындау.Нұсқаулармен нәтижелердің өңдеуі сәйкестікте шығарылады, тап осылармен
лабораториялық жұмыс суреттеуінде.Есептеу нәтижесі келесі бөлімдер асырайды:1. міндеті орнатып қою және оның шешімі әдісі;2. өлшеулердің схемасы;3. бақылаулардың құрама журналы;4. нәтижелердің өңдеуі;5. графиктер;6. алынған тәуелділіктердің талдауы, шығарулар.Есептеу нәтижесі беруі жанында зертханалық жұмыс қорғанышы шығарылады,
дайындаулыны сәйкестікте жоғарыда айтылған талаптармен.
Жұмыс жасау кезіңдегі қауіпсіздік техникасы және еңбекті қорғау
Термодинамика және жылу беру зертханасында өткізілетін зертханалық жұмыстаркезінде қауіпсіздік техникасын сақтау ережелері:
1. Зертханалық жұмыстарға қатысушы мұғалімдердің барлығы бір жылда екі ретқауіпсіздік техникасын өту керек.Журналға тіркелуі тиіс.
4
2. Зертханалық сабағы басталмас бұрын мұғалім студенттергеэлектроқондырғыларды қалай қосу және сөндіру керектігі туралы ережелерді айтыу тиіс.Студенттерге қауіпсіздік ережелерін айтқаннан кейін, журналғ қол қойғызу керек.
3. Жұмыс бастау алдында зерханашы барлық қондырғыларды тексеру керек. Егерқондырғылар жұмыс істемесе, онда оны өшіріп, зертхана меңгерушісіне айту қажет
4. Басқыштарды өшіріп жағыду,насосты қосуды тек қана мұғалімнің немесезерханашының рұқсатымен ғана іске асыруға болады. Жұмыс аяқталғаннан кейінқондырғыны бұрынғы қалпына келтірулі болуы керек.
5. Студенттердің бір қондырғыдан екіншіге немесе бір топтан екінші топқа ауысуымұғалмнің рұқсатымен өткізіледі.
Еңбекті қорғау түсінігі адамның жұмыс үрдісінде қауіпсіздігін,денсаулығының сақталуын және жұмыс әрекеттілігін қамтамасыз ететін,әлеуметті-эканомикалық, ұйымдастырушылық, техникалық, гигиеналықжәне емдеу-профилактикалық әрекеттерді, заңнамалық акттілер жүйесінбілдіреді.
Еңбекті қорғау әдейі бір құқықтық және нормативті актілер негізінде құрастырылғанәлеуметтік – экономикалық, кәсіпкерлік, техникалық, гигиеналық және емдеу –профилактикалық істер мен құралдар, жұмыс кезіндегі қауіпсіздік пен адамның денсаулығынсақтау жүйелер жинағы.
Еңбекті қорғаудың жалпы сұрақтары зертханада жұмыс жасайтын қызметкерлер үшінқауіпсіздік техникасының салалық ережелері негізінде технологиялық жабдықтарды қауіпсізпайдаланудың құсқаулықтары өңделу қажет. Әр студент қауіасіздік техникасы ережелерін қатаңсақтау мен апат, жаоақатқа әкелетін механизмдер, жабдықтар, аспаптар ақаулықтары жайлытікелей бастығына айтуға міндетті. Қауіпсіздік техникасы ережелеріне сәйкес қолданылатын қорғаныс құралдарымемлекеттік стандарттарына сай болуы керек және де электрқондырғыларда қолданылатынқорғаныстарды қолдану мен зерттеулер ережелеріне сай болуы керек. Жұмыс кезінде қолданылатын механизмдер және жабдықтар зерттелген болу керек жәнеқұралмен жұмыс істеген кездегі қорғаныс ережелері, және де істеп шығарған зауыттыңинрструкциясына сәйкес қолдану керек. Қауіпсіздік техника ережелерінің орындалуы міндетті болып келеді.Қауіпсіздіктехникасына сай еңбекті қорғау нұсқаулары. Қауіпсіздік техникасының ережелеріне қарсышараларды орындауға болмайды.
Зертханадағы санитария шарттары
Еңбек ету барысында жұмысшының жұмыс орнындағы санитарлық жағдай талаптарғасай жауап беруі тиіс. Оларға жарықтандыру, желдету, микроклимат, өрт қауіпсіздігі жатады.
Студенттердің денсаулығына және жұмыс істеу қабілетіне әсер ететін негізгіфакторлардың бірі – бұл өндірістік бөлмелерде жұмыс орындарындағы ауа ортасының жағдайы.өндірістік аймақтың ауа жағдайы ауа ортасының физикалық жағдайына тәуелді болады. Олкелесі параметрлермен сипатталады: темпратурамен, салыстырмалы ылғалдылықпен, ауаныңқозғалу жылдамдығымен және қыздырылған беттерден жылулық сәуле шығарумен.
Үйлесімді микроклиматтық шарттар адамға ұзақ мерзімді әсер етуден кейін ағзаныңқалыпты функционалдық және жылулық кернеусіз жағдайын қамтамасыз етеді, яғни жылулықкомфорт сезімін тудырады және жоғары жұмыс қабілетіне жағдай жасайды.
Өрт қауіпсіздік – қорғауын сақтау үшін, ішкі тәртіп ережелері жәненұсқаулар құрастырылады. Жылу тәсілдемелік жабдықтар орналасқанбөлменің өрт қауіпсіздігінің жалпы талаптары «Жылу қолдануқондырғыларын және жылу торабының тәсілдік пайдалану ережелерінде»жазылған. Жанғыш заттар сақтайтың немесе қолданылатын бөлмелер деп
5
аталады. Жарылғыш қоспа туратын немесе қалыптасуы мүмкінқондырғылар және бөлшелер жарылуқаупі бар аймақ болып табылады.
Жабдықтарды қауіпсіздің қолданудың ұйым қағидалары еңбектіқорғаудың нормативтік-техникалық құжат талаптарына орналастырылады.Осының негізінде қызмет көрсетушінің арасындағы оператыивті байланыссүлбесін, негізгі өндірістің технологиялық сүлбесін, негізгі өндірістіңтехнологиялық жүйесімен байланысты оның қағидалы сүлбесін, жабдықтыңқысқа суреттемесін құрайтын пайдалану нұсқауын құрастырады.
Жабдықтың барлық ыстық бөліктері құбырлар, күбілер және басқа жұғысып кеткенде күйік тудыратың бөлшектер беткейінде жылулық оқшауламалары болуы тиіс. Оқшауламаның бетіндегі температура, қоршаған ауа температурасы 25 0С болғанда, 45 0С-ден аспауы керек.
Электр қордырғыларда электр ағысымен зардаптануынан қорғанудықамтамасыз ету үшін қорғанудың құрамдары және техникалық әдістеріқолдануы тиіс.
Электр қорғағыш аспаптардан басқа қауіпсіздікті сақтау үшінэлектртехникалық емес щаралар қолданылады. Олар: қорғағышкөзілдіріктер, каскалар, қолғаптар, противогаздар, жоғары биіктікте жұмысістеуге арналған белдіктер, сақтау арқандары, арнайы аяқ киім, ілмелісәкілер, сүйреуіш сәкілер.
Жерге тұйықтау контурыАБРҚ-де екі жерге тұйықтау контуры бар:- жабдықтық контуры;- қорғаушы контур (қауіпсіздік контуры).Жерге тұйықтау контуры – бұл, жерге қағылған және бір-бірімен мыс шинамен өзара
қосылған өзектердің жүйесі. Бұл жүйеге жабдықтардан жергілікті жерге тұйықтау контурларықосылады.
Жерге тұйықтау шинасы – бұл, жабдықтар қосыатын қимасы жеткілікті сым.Жерге тұйықтау жүйесі – бұл, жерге тұйықтау контурының және жергілікті жерге
тұйықтау шиналарының үйлесімі.Электр қауіпсіздік - адамдарды зиянды және қауіпті электр тогының, электр доғасы,
электрмагнитті өріс пен статикалық электрдің әсерінен қорғауды қамтамасыз ететінұйымдастыру және техникалық шаралар мен құралдар.
Зертханалық жұмыс №1 – Is диаграммасын қолдану ережелерін зерттеу
6
Мақсаты: Белгілі өлшемдер бойынша будың белгісіз өлшемдерін аңықтау мақсатындасулы буы үшін арнайы іs диаграммасын қолдану ережелерін зерттеу.
1. Кіріспе
Су буына арналған is диаграммасы жылу энергетика саласында теориялық жәнетәжірибелік есептер үшін кеңінен қолданылады.
Осыған орай есеп жүргізуде су буының келесі өлшемдері ең басты болып табылады: қысымP, Па; температура t, оC; меншікті қысым v, м3/кг; меншікті энтальпия i, Дж/кг; меншіктіэнтропия s, Дж/кг·К; ылғалды будың құрғақтылығы x, бірлік өлшемінде; осы будыңылғалдылығы 1-x; меншікті ішкі энергиясы u = i – P·V , Дж/кг.
Осы өлшемдердің барлығын тәжірибеде жүзеге асыру мүмкін емес. Сол себептен өлшенгенөлшемдер белгілі болып өлшемге келмейтін өлшемдер белгісіз болып табылады. Есеп жүргізубарысында кейбір өлшемдер аңықталып басқа біреулері белгісіз болып қала береді.
Термодинамика саласы белгілі бір есеп жолдарымен белгісіз өолшемдерді аңықтайды. Осыесептерді жүргізу үшін тұрақты және шынайы газдардың теңдігін қолданады. Тұрақтыгаздардың белгісіз өлшемдерінің есебін аңықтау үшін Клапейрон табиғи газдардың теңдікжағдайындағы белгілі болып табылған өлшемдерін қолданады:
P · V = R · T,
мұндағы R – тұрақты газ, Дж/кг·К; T – абсолюттік температура, К.
Барлық газдар үшін R өлшемі термодинамика саласының оқулықтары бойынша кестелертүрінде берілген, келтірілген теңдік есебі табиғи газдың белгілі екі өлшемі бойынша белгісізүшінші өлшемді аңықтай алады. Бірақ, келтірілген теңдік есебі жоғарыда аталғандардың ішінентек қана негізгі үш өлшемді аңықтай алады.
Сондықтан, су буы шынайы газ болып табылады (бұл жағдай жоғары температурамен азкөлемдегі қысымы байланысты болып келеді). Су буының аталмыш жағдайы жылуэнергетикасаласына жаңалық болып табылмайды.
Осыған су буы шынайы газ ретінде жаңа және күрделі теңдік жағдайына ие болады.Сондықтан, негізгі белгілі екі өлшем бойынша су буының негізгі белгілі екі өлшем бойыншасу буының негізгі үшінші өлшемін табу қиынға соғады.
Аталған себептерге байланысты су буының барлық белгісіз өлшемдерін қазіргі кезде ЭЕМ-да белгілі бір өлшемдер бойынша есептеп шығаруға болады.
Осындай есептеулер күлделі болып табылғандықтан ЭЕМ-да көп уақытты алады, содықтанжоғарыда аталған өлшемдерді есепке ала отырып, әрбір өлшемнің белгіленген диапазоныаңықталған. Осы есептеулердің нәтежелері су буы мен су өлшемдерінің есептеулері арнайытермодинамикалық кестелерге енгізілген. Белгілі екі өлшем бойынша осы кестелердің ішіненқалған белгісіз өлшемдерді аңықтап алуға болады.
Бірақ, аталмыш кестелер кең көлемде болып табылады. Осы кестелер арқылы белгіленгендиапазон бойынша белгісіз өлшемдерді аңықтай аламыз, мысалы, температураны 5 немесе 10оС арқылы, қысым деңгейін 10 немесе 20 Па және тағы да басқа өлшемдер арқылы аңықтайаламыз. Белгісіз өлшемнің қажетті бір мәнін анықтау үшін энтрополяция менэкстраполяцияны қолданған жөн.
Осы күрделі жүйені жою үшін жоғарыда аталған су буыеның барлық термодинамикалықөлшемдерінің is диаграммалары әзірленген.Осы өлшемдер қисық сызылғылар ретіндедиаграмма бетінде бейнеленген (1.1. суретті қара).
7
Суреті 1.1 – Іs -диагр диагр
i1
i5
i2
i3
i4
i, кДж/кг
V1
V2
p1
P2
0S
1S
2
А
В
Диаграммадағы әрбір өлшемнің бірнеше мәні болады. Олардың бірі: қысымды анықтайтын– изобар; температура үшін – изотерм; көлем үшін – изохор; энтальпия үшін – изоэнтальпия;энтропия үшін – изоэнтроп; құрғақ пар үшін – үнемі қөұрғақтылық кескіндері анықтайды.
1.1. суретті қарастыратын болсақ, is диаграммасында s энтропиясының сандық мәндерінбайқаймыз. s1, s2, s3…= const изоэнтроптары ұзынынан орналасқан. Ординат деңгейлерібойынша і энтальпияның сандық мәндерін байқауға болады. i1, i2, i3… = const изоэнтальпияларыкөлденеңінен орналасқан.
Қалған өлшемдер is диаграммасында бейнеленген: изобар изобар р1, р2, р3… = const; изохорV1, V2, V3… = const; изотерм t1, t2, t3… = const; будың құрғақтылық кескіндері x1, x2, x3… = const.
Будың құрғақтылық деңгейінде x1 = 1 сызығы қисығында сызықтың жоғарғы жағындаорналасады. Аталған кескін деңгейінде су буы құрғақ болып келеді, бұл жағдайдағы будықұрғақ бу деп те атайды. Осы будың қаныққан температурасы болады (белгілі бірқысымдағықатты ). Осы құрғақ тұрақтылық сызығы жоғарғы шектік қисығы (ЖШҚ). Осы сызықта су буыылғалсыз болады,бірақ әлі қыздырылмаған. Осы жағдайда буды құрғақ қаныққан бу деп атайды.Осы будың қаныққан температурасы болады. Әр қысымда өзінің қаныққан температурасыболатынын ест,е сақтау керек.
is диаграммасының төменгі жағынан буға айналған кішкентай су тамшыларын байқайаламыз(тұман тәріздес). Осы себепті бу тұманға ұқсас болып келеді. Бұл жағдайдағы будыылғалды қаныққан бу деп те атайды. Бірақ бұл бу қаныққан температура жағдайында болғаныңесте сақтау керек. Өйткені әр түрлі сұйықтың буға айналған кездегі температурасы берілгенқысымда өзгермейді. Сонымен қатар белгілі бір қысымда өзінің қаныққан температурасыболады.
is диаграммасының ЖҚШ жоғарғы жағында будың берілген қысмда қызғаның байқаймыз.Бұл жағдайда оны қызған бу деп атайды. Қызған будың беогілі бір түсі болмайды, өйткені оныңқұрамында су қалдықтары болмайды.
8
Is диаграммасындағы изохоралар изобарадан қарағанда мықты болып келеді,ал изобараларизотермадан қарағанда күштірек. Құрғақтылық сзықтары қысымның төмендеуі жағдайындаалдымен жоғары, сосың төмен қарай жүреді.
ЖШҚ сызығында изотерма сынық тәріздес болады және ЖШҚ-дан жоғары еңкеюі төменболады ЖШҚ – дан төменгісіне қарағанда.
Is диаграммасын 1 бетке орналастырады. Беттің үстіне бірнеше қисық сызықтарынорналыстыруға болады.
Берілген диаграмманы белгілі екі өлшем бойынша белгісіз өлшем бойынша белгісізөлшемдерді аңықтау үшін қолдануға болады. Энтраполяция мен экстраполяцияны қолданбайбелгісіз өлшемдерді табу өте оңай және тез.
2 Жұмысты орындау тәртібі
1. Белгілі өлшемдер бойынша белгісіз өлшемдерді анықтау мысалдарымен танысу.2. 1 мысал: рА және tA. өлшемі белгілі болсын. Осы өлшемдер арқылы белгісіз өлшемдерді
анықтауымыз керек.2.1. is диаграммасы бойынша рА изобараны анықтаймыз, ол шама мәні бойынша р2 және р3.
изобаралардың арасында орналасқан.2.2. is диаграммасы бойынша tA изотерманы анықтаймыз, ол шама мәні бойынша t3 және t4
изотермалардың арасында орналасқан.2.3. А нүктесі осы қисық сызықтарының қиылысу нүктесі 1 мысалдағы су буының нүктелі
жағдайы болып табылады.2.4. А нүктесі бойынша басқа да өлшемдердің мәнін анықтай аламыз: V2 және V3 – арасында
VA ; S1 және S2 – A арасында; i2 және i3 – iA арасында; xA мәні жоқ. Өйткені нүкте ВПК-дан
жоғары орналасқан. 3. 2 мысал. Is диаграммасында пунктир сызықтары бейнеленген. рБ және iБ – 2 өлшемі белгілі.Осы өлшемдер арқылы белгісіз өлшемдерді анықтауымысыз қажет. 3.1. is диаграммасы бойынша рБ изобараны анықтаймыз,ол р3 және р4. изобараларыныңарасында орналасқан.3.2. is диаграммасы бойынша iБ изоэнтальпияны анықтаймыз, ол i1 және i2 энтальпиялардыңарасында орналасқан.3.3. Б нүктесі осы қисық сызықтарының қиылысу нүктесі 2 мысалдағы су буының нүктеліжағдайы болып табылады.3.4. Б нүктесі бойынша басқа да өлшемдердің мәнін анықтай аламыз: VБ – V3 және V4 арасында;tБ – t2 және t3 арасында; SБ – S1 және S2 арасында; xБ – x2 және x3 арасында.4. is шынайы диаграммасы бойынша су буына лайық нүктесін анықтау үшін бастапқы мәндерін
алу.5. Қарандаштық сызықтарды өшіру үшін лекало, сызғыш ,орташа қаттылық қарандаш,өшіргіш
дайындап алуыңыз керек.is диаграммасындағы сызбалар қарандашпен ғана тіркелуі тиіс, диаграмма сызбаларын тез
арада өшіруге тиімді болып табылады.Сызбалар 1 және 2 өлшемдер арқылы орындалуы тиіс. Оларды орындап, белгісіз
өлшемдерді анықтаныз.6. is диаграммасы бойынша табылған және берілген термодинамикалық өлшемдерден кестеқұрастырындар.
3 Қорытынды сұрақтары:
1. Неліктен су буы шынайы газ болып табылмайды?
9
2. Ылғалды бу қызған будан немен ерекшеленеді? 3. Бу пайда болған жағдайда термодинамикалық өлшемдердің маңызы?4. Клапейрон теңдігін дәптеріңізге жазып алыңыз. Неге оларды шынайы газдарға қабылдай
алмаймыз?5. Неге белгісіз термодинамикалық өлшемдерді анықтау үшін термодинамикалық кестелер
мен is диаграммаларын қолданамыз?6. Ішкі энергияны қалай анықтаймыз? 7. Будың ылғалдылық дәрижесін қалай анықтаймыз?
Зертханалық жұмыс № 2
Id диаграммасын қолдану ережелерін зерттеу
Мақсаты: белгілі өлшемдер арқылы белгісіз өлшемдерді анықтау мақсатында,яғни ылғалдыауаны анықтау үшін id диаграммасының ережелерін зерттеу,оларды қолданысқа еңгізу.
1. Кіріспе
Ылғалды ауаныңт өлшемдерін id – диаграммасының көмегімен графикалық тұрғыдаанықтайды.
Қоршаған ортаның ауасы ылғалды болып келеді,өйткені оның құрамында су булары бар.Сол себепті, ылғалды ауа – құрғақ ауа мен су буларының қосындысынан тұрады.Ылғалды ауа өндірісте кеңінен қолданылады,әр түрлі заттарды құрғату үшін, жанармайды
жандыру және тағы да басқа жағдайларда қолданылады. Осыған байланысты ауаныңбастыерекшеліктері мен сапалық қасиеттерін зерттеп, білген жөн. Ауаны зерттеу бірнешетүсініктерге тәуелді болып келеді.
1. Ылғалды ауаның атмосфералық қысымы р Дальтон заңына сәйкес парциалдық құрғақауаның қсымының – ра және су буының – рб қосындысына тең
р = ра + рб
(2.1)
Парциалды қысым – бұл қандайда біргаздың бір компонентінің қысымы болыптыбылады,бірақ ол газ қосындыларыныңкөлемін алып тұрған жағдайда ғана.Мысалы,су буының парциалды қысымы рб, бұлберілген ылғалды ауаның көлемі тек қана субуынан тұратын жағдай. Ылғалды ауаның тағыда бірнеше ұғымдарын қарастыру үшін, оны pv– диаграммасында қарастырамыз.
Берілген pv – диаграммасының төменгіжәне жоғары жағындағы қисық сызбалар субуы үшін бейнеленген.
Қоршаған ылшғалды ауаның су буыныңпарциалды қысымы рб ылғалды ауаныңқымынан р төмен. Одан басқа, бұл ауа
әрқашанда парциалды қысым кезінде су буын қыздырылған күйінде алады. Ол оң жақ үстіңгіқисықта орналасқан. 2.1 суретіндегі 1’-1’’-1П изотермасы t1 = const температурасында қоршағанылғалды ауасына тән сызбасы, ал 1П нүктесі осы ауаға ең қолайлысы болады. 1П нүктесінде субуы парциалды қысымда рП1 тең болады.
10
Р
t3
Р
0
Рп>Р
К
Рп
3’ 3”
2”2’
1”
Рn1
1’
0”
t2
t1
Рп=Р
РВ
1п
2.1 суреті - диаграмма
Х=1Х=0
Үстіңгі қисығында (x=1) су буы өзінің парциалды қысымында рП құрғақ қаныққан күіндеболады. Бұл 2.1 суретіндегі нүктелер: 0’’- парциалды қысым кезінде рП = рП1; 1’’ – рП = р – рВ
қысым кезінде; 2’’- рП = р қысым кезінде; 3’’- рП > р қысым кезінде.1П нүктесіндегі ылғалды ауадағы су буы қыздырылған күйде болғандықтан,ол ылғалды ауа
сияқты түссіз болады .Бірақта,ылғалды ауа тұман кезінде белгілі бір түске ие болады,ол су буының кейбір
бөліктерінің ылғалды қаныққан буға айналуымен түсіндіріледі, яғни диаграмманың сол жаққисығының жоғарғы жағында, онда су буының конденсациясы басталады,яғни түсі бар сутамшыларының пайда болуы.
1П нүктесін алсақ, қызған жағдайда су буы тұманға қалай айналғаның білеміз.Конденсация қисықтың жоғарғысынан басталады, 1П нүктесінен t1 изотермасы арқылы 1’’
нүктесіне өтуге болады,бұл су буының парциалды қысымын рП1 –ден бастап р-рВ деңгейінедейін көтеру арқылы, яғни ылғалды ауаның ылғалдығының үлкейту арқылы. Мысалы,жазмезгілінде жаңбырдан кейін бұл жағдайды анық сезінуімізге болады, немесе 0’’ нүктесі арқылысу буының парцианалды қысымы тұрақтылығында рП1 қысымына теңескенде,бұл жағдайылғалды ауаны салқындату арқылы жүзеге асырылады,мысалы,түңгі уақытта байқауға болады
0’’, 1’’, 2’’, 3’’ нүктелерінде және осы нүктелерінің сол жағындағы нүктелерге тиістітемпературасында ылғалды ауаның құрамына су буының бірнеше пайызы барынша кіреді.Парцианалды қысым кезінде осы аталған температураға тиісті нүктксі қаныққан температурасыболады.
2’’ және 3’’ нүктелеріндегі және де сол жағында орналасқан нүктелерде ылғалды ауаныңдеңгейі тек қана бір су буынан тұрады.
Ылғалды ауамен байланысты басқа түсініктерді қарастыруға көшеек.Шық нүктесінің температурасы – бұл қаныққан су буының температурасына тең ылғалды
ауаның температурасы.Қаныққан ылғалды ауа – бұл қаныққан су буының және құрғақ ауаның қоспасынан
тұратын ауа.Қаныққан емес ылғалды ауа – бұл құрғақ ауаның және қыздырылған будың қоспасы.
Берілген температурасында қыздырылған су буының парцианалды қысымы әрқашандақаныққан қысымнан төмен болады.
Ауаның алғалдылығы d – ылғалды ауаның құрамындағы сулы будың массасының mБ
құрғақ ауаның массасына қатынасы mА, кг/кг немесе г/кг
d = АmБm
, г/кг (кг/кг) (2.2)
немесе
d = А
Б
, кг/кг (2.3)
мұндпа Б және А – су буының және құрғақ ауаның тығыздылығы.
1. Ауаның абсолюттік ылғалдылығы – бұл 1 м3-гі су буының ылғалды ауаның массасы, яғниылғалды ауадағы су буының қысымы П , кг/м3.
2. Ауаның қатыстылық ылғалдылығы – бұл берілген температурадағы абсолюттіктығыздылықтың қаныққан ылғалды ауа кезіндегі температурадағы максимальдіылғалдылықпен қатынасы.
= maxБ
Б
. (2.4)
(2.4) формуласында бірлік негізінде құралған. Егер формуланың (2.4) оң жағын бөлігін100-ге көбейтсек, онда өлшемі % түрінде аламыз.
11
1350С20
Ауаны қыздыру,d=const
Затты кептіру кезіндегі ылғалдылықтың булануы, i=const
d, г/кг0 4010 20 30 50 60 70
=100%
i, кДж/кг
0
40
60
80
100
120
140
160
180
200240 260 280 300 320
=5%
30 0С
180 0С
150 0С
120 0С
90 0С
60 0С
3
1
2
= maxБ
Б · 100 , %. (2.5)
Ауаның қатысты ылғалдылығы = 0 бастап = 1 немесе 100% өлшем аралығына дейінөтуі мүмкін.
2. id – ылғалды ауаның диграммасы
Жоғарыда қарастырылған ылғалды ауаның өлшемдерін 1918 жылы профессор Л.К.Рамзинұсынған id – диаграммасының көмегімен графикалық тұрғыда анықтайды.
Осы диаграмманың ордината осі бойынша құрғақ ауаның энтальпиясы i, кДж/кг өлшенеді,ал абцисса осі бойынша – ылғалдылықты сақтау d өлшемін орналастырады, г/кг . Диаграммадаәртүрлі сызықтарды ыңғайлы орналастыру үшін оны координат осінде 1350 градустық бұрыштаорналастырады. Осыған байланысты ординат нүктелері тік орналастырады.
Осыған байланысты id – диаграммасында ылғалдылықты сақтау сызығы тік, ал іэнтальпиясы-түзу еңкейтіп орналастырады. (2.2 суретіне қара).
Суреті 2.2 - Диаграмма id
Сонымен қатар id – диаграммасында жоғары қарай еңкейген түзу тәріздес тұрақтытемператураның сызығы бейнеленген және қатысты ылғалдылықтың тұрақты сызықтары %-тіктүрде бейнеленген.
Көбінесе id – диаграммасы 0,993 бар үшін салынады, яғни атмосфералық қысым үшін,бірақ ол негізіне жақын басқа да қысымдарды табу үшін қолдануға болады.
12
Есте сақтау керек, ылғалды ауаны салқындату және қыздыру үрдістері d = const кезіндеөтеді,яғни тік тура сызығы арқылы. Мысалы, 2.2 суретінде 1-2 тік орналасқан ылғалды ауанықыцздыру үрдісінің кескіні тіркелген,кері үрдіс 2-1 осы аунаны слқындату үрдісі болады.Ылғалды ауаны салқындату және қыздыру үрдістерінде ылғалдылығының құрамы өзгеріссізқалады.Мысалы,ауаны жылтатын құрылғыда ауаны қыздыру немесе ауаны салқындататынқұрылғыда ауаны салқындату барысы.
Есте сақтау керек, қандай да бір затты ыстық ауамен кептіру процесі ылғалды ауаныңөзгермейтін энтальпиясында (жылу) i = const өтеді,яғни затты кептіру кезінде буланып кеткенылғал қайтадан ауаға жылуны қайтарады, ал d ауаның ылғалдылығы өседі. Осы үрдіс 2.2суретінде 2-3 кескінінен байқауға болады.Берілген жағдайдағы кептіру үрдісі тұрақты болыпесептеледі,яғни қоршаған ортаға кеткен жылуды есептемеген жағдайда.
3. Тығыздық. Газ тұрақтысы және ылғалды ауаның энтальпиясы.
Ылғалды ауаның есептеуді жүзеге асыру кезінде id диаграммасын қолданған кездебелгіленген өлшемдердің мәндерін білу керек:
1. Ылғалды ауаның тығыздығы:
= Б + А , кг/м3 (2.6)
Ылғалды ауаны идеал газ ретінде танып,Клапейрон теңдігін қолдана отырып одан мынанытабамыз
= RT
p , кг/м3 (2.7)
Ылғалды ауаның газ тұрақтысын газ қоспа бөлімінің теңдеуінен табуға болады
R = ББАА
83148314
, Дж/(кг·К), (2.8)
мұнда 8314 – универсалды газ тұрақтысы, Дж/(кмоль·К) - киломоль кг/м; - құрғақ ауа мен будың киломолді бөлшектері.Ылғалды ауаның энтальпиясын құрғақ ауа мен су буының энтальпияларының
қосындысымен айқындайды. Аталған энтальпияны 1кг құрғақ ауаға алынады, яғни ылғадыауаның құрамдық саны (1+d) кг тең болады.Бұл жағдайда ылғалды ауаның энтальпиясы
J = iА + diБ , кДж/кг, (2.9)
Мұнда iА – 1 кг құрғақ ауа үшін аңықталады
iА = 1.t * CА = t , кДж/кг.
Мұнда CА = 1 – ауаның жылу сыйымдылығы, кДж/(кг·К);іБ – эмпирикалық формула арқылы анықталады
iБ = 2490 + 1,97t , кДж/кг
Нәтежесінде ылғалды ауаның энтальпиясы келесі формуламен анықталады:
i = t + (2490 + 1,97t) ·d , кДж/кг (2.10)
13
Барлық келтірілген формуларда t – ылғалды ауангың температурасы болып табылады.
4. id – диаграммасын өндіріс тәжірибесінде қолдану мысалы.
Белгілі бір затты кептіру үшін берілген бастапқы ауаның t1 = 25 оС температурасынқолданамыз, оның ылғалдық деңгейі 50 %. Ауалық қыздырғышта ауаны t2 = 90 о-қа дейінқыздырылады және оны кептіргішке қарай бағыттайды,одан ол t3 = 35 оС температурасыменшығады.
Ауаның соңғы ылғалдық құрамын, 1кг ылғалдылыққа жұмсалған аука мен жылудыңшығынын анықтау. Кептіргіш үрндісі өте қолайлы болып есептеледі.
Шешімі:(2.2 сур.) id-диаграммасынан t1 = 25 оС және = 50 % қиылысу сызықтарынан 1
нүктесіндегі алғашқы ылғалды құрамды d1= 16 г/кг және энтальпияны i1 = 70 кДж/кгөлшемдерін табамыз. Ауаны қыздыру деңгейі d = const өлшемімен аңықталады, t2 = 90 оСизотермамен қиылысунда 2 нүктесін табамыз,бұл нүкте жылытқыштан шығатын қыздырылғанауаның күйін айқындайды. i = const кезінде 2 нүктесінен бастап t3 = 35 оС изотермасыменқиылысуына дейін сызық жүргіземіз де 3 нүктесімен табамыз, бұл нүкте кептіргіштен шығатынауаның күйін айқындайды. Осы нүкте үшін: d3 = 37 к/кг; i3 = i2 = 135 кДж/кг и 3 = 60 %өлшемдерін табамыз.
Сонымен,кептіру барысында 1кг құрғақ ауаның құрамынан d3 – d2 = 37-16 = 21 г/кг ылғалбуланып кетті.Осыған байланысты 1кг ылғалды булануы үшін кептіргіштен 1000:31 = 32,8 кгқыздырылған құрғақ ауа керек.Ауа жылытқышта 1кг ауаны қыздыру үшін жылудың шығыны: i2
– i1 = 135-70= 65 кДж/кг құрайды. 1кг ылғалды булануы үшін жылылуқтың шығыны келесігетең: q = 32,8·65= 2130 кДж/кг.
5. Бақылау сұрақтары:
1. Ылғалды ауа деп нені айтады?2. Ылғалды ауаға қолданылатын Дальтон Заңы.3. Қаныққан және қанықпаған ылғалды ауа.4. Абсолютті ылғалдылық5. Қатысты ылғалдылық және оның өлшеу шектері.6. Ылғалдық құрамы және оның негіздері.7. Шық нүктесіндегі температура.8. Ылғалды ауаның тығыздығын қалай анықтайды?9. Ылғалды ауаның газ тұрақтылығын қалай анықтайды? 10. Ылғалды ауаның энтальпиясын қалай анықтайды?11. id – диаграммасында қандай сызықтар бейнеленген?12. id – диаграммасында негізгі үрдістер қалай бейнеленген?
Зертханалық жұмыс № 3
Ауадағы газ тұрақтылығын анықтау
14
Мақсаты: ауадағы газ тұрақтылығын тәжірибелік анықтау әдістемесімен танысу,идеалдыгаз жағдайын теңестіру және жылулық параметрлерін зерттеу.
1. Кіріспе
Негізгі жылулық көрсеткіштеріне меншікті көлем,қысым және температура жатады.Біртекті заттың меншікті көлемі – көлем массасының қатынасына тең физикалық шама:
v = V/m, м3/кг (3.1)
Кубтық метрдің килограмға біртекті заттың меншікті көлеміне тең.Көлем массасы 1кгболған жағдайда 1 м3-ке тең.
Дене массасының оның көлемінің қатынасына тең шаманы тығыздық деп атайды.Яғни,меншікті көлемге қарама-қарсы шама:
= m/V=1/ v, кг/м3. (3.2)
Килограмдағы кубтық метр массасы 1 м3 көлемде болатын біртекті заттың тығыздылығынатең.
Қысым деп бетке перпендикуляр жүретін күштің осы бет ауданының қатынасына теңфизикалық шамасын айтад:
p = F / S, Н/м2 = Па (3.3)
СИ қысым бірлігіне арнайы Паскаль(Па) атауы берілген. Ол француз математигіне БлезПаскальдің құрметіне берілген атау.
Паскаль күшке перпендикуляр орналасқан 1 м2 бетінің ауданында біркелкі орныққан 1Нкүшімен шақырылатын қысымға тең. МКГСС жүйесінде қысым бірлігі 1 ат = 1 кгс/см2
техникалық атмосферасы болып табылады. Жүйеден тыс қысым бірліктері бар: физикалықатмосфера (атм.), су бағанасының миллиметрі (су.бағ.мм.), сынап бағанасының миллиметрі(сын.бағ.мм.), олардың көмегімен өлшенген қысымды сұйықтық бағанасы қысымыменсалыстырады. 1Па қысымы өте кішкентай шама: 1 Па = 0,102 су.бағ.мм.Сондықтан тәжірибелікқолдануға жүйелік емес бірлік – бар қолданылады. 1 бар = 10 Н/см2 = 105 Па.
Қысымның түрлі бірліктерінің арасындағы байланысы келесіде:1 кгс/см2 = 1 ат = 0,98·105 Па = 736 сын.бағ.мм. = 104 су.бағ.мм.;1 ат = 10,1325 Па = 760 сын.бағ.мм. = 1,033 кгс/см2 = 10,33 су.бағ.мм.;1 су.бағ.мм. = 9,81 Па; 1 сын.бағ.мм. = 133,32 Па.Қысым келесіге ажыратылады:барометрлік немесе атмосфералық қысым Рб = Ро
(барометрмен өлшенеді), абсолюттік қысым Р (ыдыста немесе қоршаған ортадағы газ немесесұйықтың қысымы үшін ығыстырылған қысым термині емес,ал толық емес «абсолюттікқысым» терминін қолдану керек), артық қысым РАрт. (манометрмен өлшенеді) және серіттілу РС
немесе вакуум Рв (мұнда «вакуум» емес, ал «серіттілу» терминін қолдану керек).Артық деп атмоферадағы және ыдыстағы газ арасындағы қысымның айырмашылығын
айтады: Рарт. = Ро – Р.Рв = Р – Ро.
Ыдыстағы газдың қысымы нөлге тең болған жағдайда ғана максималды серіттілу сандытүрде атмосфералық қысымға тең болады. Минималды серіттілу қысым атмосфераға тең болғанжағдайда нөлге тең болады.
Егер атмосфералық қысымның нақты мәні белгісіз болса (барометр болмаса), онда оларжуық мәнде 1 бар = 100 кПа деп аламыз.
15
Қоспа құрамының қысымы үшін «серпінділік» термині емес,ал «парциалды қысым»терминің қолдану керек.
Ұзындық бірліктерімен көрсететін қысымды арын(сызықтық шама) деп атауы дұрысболмайды,мысалы,дұрысы 0,3 Мпа» және дұрыс емес «су арыны 0,3 Мпа», дұрысы «су арыны30 м» және дұрысы емес «су қысымы 30 м». Қысым мен арын арысындағы байланыс:
H = P / g, м (3.4)
Газдың кинетикалық теориясына сай көлем бірлігінен құралған қысым кинетикалықэнергиясына пропорционал.
Температура тікелей өлшенетін шама емес. Оның мәнін өлшеуге ыңғайлы белгілі бірфизикалық қасиеттің өзгеруіне байланысты айқындалады,мысалы,жылудың ұлғаюы,электрліктің кедергісі, жылулықтың сәулеленуі және т.б.
«Температура» түсінігінің анықтамасына келесі тұжырымдамалар негізінен келуге болады.Дене температурасын еруші мұз температурасымен сәйкестендіріп,дене температурасы бұлжағдайда 0 оС деп алып,дене көлемі VД мәнін айқындаймыз. Кейін осы денені қайнап жатқансумен теңестіреміз. Осы жағдайда оған 100 оС –ге тең температурасын қосамыз:
100100
Д
Д
VV
VVt , оС (3.5)
Осы тәсілмен бекітілген шкаласы Цельсий шкаласы деп аталады.Гей-Люссака заңына сәйес берілген газ массасы өзгермейтін көлем жағдайында температурағаисай өзгереді:
P = Po (1+ t), (3.6)
мұнда = 1/273,15 – тұрақты көлемдегі қысымның өзгеріс коэффициенті.P – t диаграммада (3.1 суреті) барлық
изохоралары t нүктесі бір нүктеде ғана өтеді,келесішарттан анықталады:
1 + t = 0.Одан t = -1/ = – 273 15 оС.Бастапқы температуралық есепті осы нүктеге
ауыстырсақ,біз Цельсия арқылы өтетін шкалатемпературасынан Кельвин шкаласына көшеміз.Сол себептен, Кельвин және Цельсия шкалаларыөзара жай ғана бір – шама жылжытылған:
T = t + 273,15, К. (3.7)
Қазіргі уақытта:Цельсия шкаласы,жүзградустық температуралық шкала, Кекльвиншкаласы, Кельвин немесе Цельситемпературалары деген айтулар қолданылмайды.Халықаралық тәжірибелік температуралықшкаласының 1968ж. (ХТТШ-68) жағдайынабайланысты тек екі ғана температуралық шкаланықолдануға болады:
1) Термодинамикалық,бастапқы екінші термодинамикада негізделген;2) Халықаралық тәжірибелік 1968 ж., он бір реперлік нүктеде негізделген;
Осы шкалалардың Кельвинде немесе градус Цельсийде градуировкалауы.
16
t, оС
р р
273,15 t
Т
0
0
V3
V2
V1
Т, КСурет 3.1
Өлшемі бойынша Цельсия градусы Кельвинге тең: 1 оС = 1 К.Температуралық аралығыКельвинде және Цельсия градусында білдіріледі: Т = t = 1 К = 1 оС.
Газдардың сәйкес кинетикалық теориялары температура бөлек молекулалардың ортакинетикалық энергиясын мінездемі береді.
Сана газ термиялық параметрлері аралық байланыс күй-жағдай теңдеуімен айтылады, үшінгаз жеке көпшіліктері түрді болады:
PV = RT, (3.8)
немесе газ көпшілігіне арналған т:
PV = т RT. (3.9)
Осы теңдеулер Клапейрон теңдеулері ретінде белгілі,бірақ бұрын олар Сади Карнотеңдеулері болатын.
Пропорционал коэффициенті R меншікті газ тұрақтысы деп аталады(немесе газтұрақтысы). Меншікті газ тұрақтысының шамасы газ табиғатына байланысты (1 К-гі 1 кгқұрайтын барлық газ молекулалардың кинетикалық энергиясын сипаттайды) және келесіформуламен анықталады:
R = RM /M= 8314 / М, Дж/(кг·К), (3.10)
мұнда RM = 8314 Дж/(кмоль·К) – әмбебаб газ тұрақтысы (1 К температурасындағы 1 кмольқұрайтын барлық газ молекулалардың кинетикалық энергиясын сипаттайды );
М – молярлық масса, кг/кмоль (қатысты молекула массасына санды түрде тең).Газь қоспасы үшін меншік газ тұрақтысы:
RСМ = RM /MСМ (3.11)
Мұнда MСМ – қоспаның көрінетін молярлық массасы, мынаған тең:
MСМ = хк Мк, (3.12)
мұнда хк = пк / пСМ – қоспа компонентінің молярлық бөлігі (солярлық бөлігі көлем бөлігіне тең;ауа үшін – хО2 = 0,21, хN2 = 0,79);
Мк – қоспа компонентінің «к»-ның молярлық массасы.
2. Әдістемесі
Ауаның тұрақты газ меншігін тәжірибелік жолмен аңықтау үшін келесі негіздемеберілген(3.9),одан аңықтаймыз:
R = P V / mT. (3.13)
Ыдыстағы ауа массасын келесі жолмен анықтаймыз. V көлемінде ыдыста бастапқы массасыто ауа болып, бөлме температурасы То және атмосфералық қысым Ро. Бұл жағдайда теңдеу:
Pо V = то RTо (3.14)
Насос көмегімен ыдысқа т мөлшерде ауа қосамыз,нәтежесінде оның ыдыстағы қысымыРарт. мөлшерге өседі де, Р = Ро + Рарт. теңдеуіне тең болады.Суыту нәтежесінде ауа
17
температурасы өз қалпына келеді То, ал ыдыстығы ауа массасы т = то + т тең болады. Бұлжағдайда теңдеу:
PV = т RTо. (3.15)
(3.14) және (3.15) теңдеулерден келесі теңдеуді аламыз:
Ро /Р = то /т немесе Ро /(Ро + Рарт.) = то /(то + т),
Осыдан ауаның бастапқы массасын табамыз:
то = Ро т / Рарт. (3.16)
2.Зертханалық қондырғының сипаттамасы
Сурет 3.2 – Зертханалық қоңдырғы
Көлемі V 1 өлшемді ыдыс түтіктер арқылы 2 насосқа және 3 манометрге жалғаймыз. спомощью трубок присоединен к насосу 2 и манометру 3. 4 краны өлшем ыдысты 5 таразыдаөлшер алдында ажырату үшін қызмет етеді.Атмосфералық қысым 6 барометрмен өлшенеді, алауаның температурасы термометрмен 7.
4 Жұмысты орындау реті
1. Аспаптар және зертханалық қондырғылар сызбасымен танысу.2. Мұғалімнің немесі зертханашының жетекшілігімен ашық кран кезінде 4 өлшем ыдысты
өлшеп алу.3. Ыдысты 1 қондырғыға бекітіп және насос арқылы қысымды 0,8;0,9 манометр шкаласын
үлкейту, номиналды шкала мәнімен 1,6 ат., яғни қысымды шамалап 1 ат. көтеру. Ауаныңазаюын болдырмау үшін кранның конустық жаппасының оның корпусының тығыздылығынбақылау керека (конусты корпусқа қыса отырып, кранды екі қолмен ашу және жабу).
4. Манометрдің Рарт, Па, барометрдің Ро, Па, термометрдің Т, оС, өлшем ыдыстыңсыйымдылығының V, мл көрсеткіштерін 1.1. таблицасына жазу.
5. Кранды жауып4, өлшем ыдысды абайлап ағытып, алдыңғы өлшеуден қалған таразыдағыгірлерге саламыз;гірлерді қоса отырып,таразыны теңестіреміз.
6. 2-5 жолдарын тағы 3 рет қайталау. 7. Гірлерге қосылған массасына тең болған ыдыспен ауаның массасының т, мг,үлкеюінің
көрсеткіштерін 1.1 таблицасына жазу.
18
5 Өлшемдер нәтижелерін өңдеу
1. (3.16) формуласы арқылы бастапқы ауаның массасын то, кг есептеп шығару.2. (3.13) формуласы арқылы ауаның газдық тұрақтылығын R анықтау.3. Айдамалаудан кейінгі ауаның тығыздылығын анықтау,сонымен қатар қалыпты
жағдайдағы (Рқ = 101325 Па = 760 сын.бағ.мм. және Тқ = 273 К = 0 оС) ауа тығыздылығынкелесі формуламен анықтаймыз:
қ = Рқ /R Тқ. (3.17)
4. Көрінетін молярлық массаны (3.12) формуламен анықтау.5. Газ тұрақтысының септік мәнін(3.11) формуламен септеу және тәжірибелік мәнімен
салыстыру.6. Меншікті газ тұрақтысын келесі формуламен анықтай отырып,қатысты шегінің қателігін
есептеу:
п (R) = (V/V + Р/Рарт. + Т/Т + т’/т)·100 %, (3.18)
мұнда V, Р, Т, т’ – көлемді,қысымды,температураны және ауа массасының өлшеудіңабсолюттік шектік қателігі
7. Есептеудің нәтижелерін 3.1 кестесіне енгізу.
3.1 Кестесі – Есептер натижелері Шама атаулары Өлшеулер саны Орташа
мәні1 2 3 4Ыдыс көлемі V, м3
Ауаның абсолюттік қысымы Ро, ПаАуаның артық қысымы Рарт., ПаАуаның температурасы То, оСҚосылған ауаның массасы т, кгАуаның бастапқы массасы т, кгТәжірибелік мәні R, Дж/(кг·К)Есепттік мәні R, Дж/(кг·К)Ауа тығыздылығы , кг/м3
Қалыпты жағдайдағы ауаның тығыздылығы қ , кг/м3
Шекті қатысты қателік ш, %
6 Бақылау сұрақтары:
1. Толық және меншікті көлемнің жағдайларының теңдеуін жазу.2. Қысымның түрлері және олардың анықтамасы.3. Температуралық шкаланың қандай түрлері бар? Олар несімен ерекшеленеді.4. Ауаның газ тұрақтылығын тәжірибелік анықтаудың әдістемесінің мәні неде?5. Тығыздылыққа және меншікті көлемге анықтама беру.6. Идеалды газ дегеніміз не?7. Температураның физикалық мәні?8. Әмбебаб газ тұрақтысы нені сиппаттайды?
19
9. Меншікті газ тұрақтылығымен әмбебап газ тұрақтысының арасында қандай байланыс бар?10. Абсолюттік температура, абсолттік қысым.
Зертханалық жұмыс №4
Ауаның орташа изобаралық жылулық көлемін анықтау
Мақсаты: әртүрлі сыйымдылықтың түрлерін зерттеу және ағымды калориметрдегі газжылусыйымдылығының тәжірибелік түрде анықтау әдістемесімен танысу.
1. Кіріспе
Барлық термодинамикалық үрдістерде (изотермиядан басқасы) дене температурасы өзгерсе,онда температура өзгеруіне пропорционалды шама деп анықтаймыз: dQ = C·dT. Жылумен денетемпературасын өзгерумен арасындағы байланысты орнататын прпорционал коэффициенті С,дене жылусыйымдылық деп аталады.Осыған орай, жылусыйымдылығы жылудың температураөзгеруіне тең физикалық шама ретінде анықталады:
С = dQ / dT. (4.1)
Жылусыйымдылығы санды түрде жылуға тең,бұл жағдай дене температурасын 1 градусқадейін өзгертеді.
Жылутехникалық есептеулерде дене жылусыйымдылықтын орнына кеңінен меншікті жәнемолярлық жылусыйымдылығы қолданылады.
Меншікті жылусыйымдылығы деп дене жылусыйымдылығының оның массасынақатынасын айтады:
с = С/ т, Дж/(кг·К). (4.2)
Меншікті жылусыйымдылықты «массалық» жылусыйымдылық деп атауға болмайды.Молярлық жылусыйымдылық деп дене жылусыйымдылығын заттың санына қатынасын
айтады:
См = С / , Дж/(моль·К), (4.3)
мұнда – заттың саны, моль (заттың саның келесі формуламен анықтауға болады:
= т / М,
мұнда М – заттың молярлық саны).Осы жылусыйымдылықтар арасындағы байланыс төмендегі теңдеу бойынша анықталады:
с = СМ /М. (4.4)
Термодинамиканың бірінші заңына сәйкес ішкі энергияның өзгеруіне жылудың жәнекөлемнің өзгеру жұмысының көптік сансыз үйлесімдер сәкестендіріледі, яғни жылутемпературасы бір мәнде жылу сыйымдылығы да әртүрлі термодинамикалық үрдістерде әртүрліболады.
Изотермиялық үрдіс жағдайында дене температурасы өзгермейді (dT=C жәнеСТ=dQ/0=), бұл жағдайда жылуды пропорционалды өзгеру температурасын шамасы ретіндеанықтауға болмайды. Бұл жағдайда ол көлемнің өзгеру жұмысы dQT = pdV (dU = 0)ретіндетермодинамиканың бірінші заңынан анықталады
20
Изобаралық үрдіс кезінде меншікті шама үшін термодинамиканың бірінші заңының теңдеуібылай жазылады:
ср·dT = cv·dT + ctp·dT или ср= cv + ctp, (4.5)
мұнда ctp – жұмыс үшін көрсетілген пропорционалды коэффициенті. Изобаралық үрдістетемператураның өзгеруіне макроауыспалығының жұмысының қатынасына тең:
ctp = dt / dT = pdV / dT. (4.6)
Теңдеуді дифференциалдау кезінде р = const жағдайда идеал газдың күйі d(pV) = pdV = R dTболады. Алынған нәтежені жұмыс теңдеуіне (4.6) ауыстыра, келесі теңдеуді аламыз:
ctp = R dT / dT = R. (4.7)
Осыған орай, изобаралық үрдіс кезінде меншікті газ тұрақтысы газ температурасын 1градусқа өзгеркендегі көлем өзгеруінің жұмысына санды түрде тең болады.
(4.7) теңдеуін (4.5) қойсақ, онда:
ср= cv + R немесе ср - cv = R. (4.8)
(4.8) теңдеуі Майер теңдеуі деп аталады: берілген газ үшін тұрақты шама және меншікті газтұрақтысына тең изобаралық жылусыйымдылығының және меншікіт изохоралықжылусыйымдылығының айырмашылығы.
Адщиабаттық үрдіс кезінде жылу 0 (dQ =0) тең, онда жылусыйымдылығы да 0 тең: С = 0 /dT =0. Осы жағдайда меншікті шама үшін термодинамиканың бірінші заңы былай жазылады:
cv · dT + pdV = 0. (4.9)
Жағдайдың және Майер теңдеулердің (dT = (pdV +Vdp)/(cp – cv)) көмегімен осы теңдеуденdT өлшемін шығара отырып, термодинамиканың бірінші заңының теңдеуі келесі түрдежазылады:
0)(/
vp CCpvd немесе constpv vp CC
/ .
Жылусыйымдылықтың қатынасының белгісі К арқылы белгіленеді:
k = ср / сv (4.10)
және адиабата көрсеткіші деп аталады, ал теңдеу
pvk = const (4.11)
адиабаттық үрдістің теңдеуі немесе адиабаттық теңдеу деп аталады.Ырықсыз үрдіс жағдайында термодинамиканың бірінші заңы келесі түрде жазылады:
с·dT = cv·dT + рdv. (4.12)Адиабаттық үрдіске сәйкес теңдеуден dT өлшемін шығарамыз,одан:
21
constpv v
p
cc
cc
.
Берілген үрдіске негізін құрайтын көрсеткіш белгісімен белгіленеді:
= (с-ср) / (с-сv) (4.13)
және политроп көрсеткіші деп аталады, ал теңдеу
pv = const (4.14)
политроп теңдеуі немесе политроп үрдісі деп аталады.Егер (4.14) үрдісі тұрақты көрсеткішпен жазылатын болса,онда ол политроп деп
аталады,ал жылу сыйымдылығы с – политроп үрдісінің жылу сыйымдылығы деп аталады. сжылу сыйымдылығының мәні – бастап + дейін болса, онда политроп мәні де - бастап +дейін өзгереді. Осы жағдайда, егер политроп үрдісі және политроп көрсеткіші белгілі болса,онда осы үрдістен жылусыйымдылығын тәжірибелік жолмен емес,ал есептік жолмен табуғаболады. Келесі формула арқылы:
1
kcc v , (4.15)
осы өлшем (4.10) және (4.13) теңдеулерді шығару арқылы табылады.Газдар мен булардың жылусыйымдылығы қайталанған бір үрдісте өзгермелі шама болуы
мүмкін; идеал газдар үшін олар температурадан тәуелді болады,ал шынайы газдар мен буларқысымнан.
Берілген жылу температурасына сәйкес келетін жылусыйымдылықтың мәніжылусыйымдылық шындығы деп аталады. Жылусыйымдылық шындығының температурадантәуелділігі 4.1 суретінде қисық ретінде с = f(T ) бейнеленген.
4.1 кестесі
Газы
Молярлықжылусыйымдылығы,
кДж/(кмоль·К) v
p
c
ck
СМV CMP
Бір атомды 12,56 20,93 1,67Екі атомды(ауа)
20,93 29,31 1,40
Үш-көпатомды
29,31 37,68 1,29
Жылудың қарапайым саны келесі формуламен анықталады:
dq = c · dT (4.15)және ол dT негізінен және биіктіктен тұратын тік бұрыштың ауданына санды түрде тең,Ттемпературасындағы шындық жылусыйымдылығының мәніне санды түрде тең (4.1 суреті).
Температура Т1 бастап Т2 дейін өзгергенде үрдіске қатысатын жылу саны 1-2 қисығыарқылы қарапайым ауданының қосындысы арқылы анықталады, яғни (4.15) интегралы тәріздес1-2 қисығы астындағы ауданды Т = Т2 – Т1 негізінен және биіктіктен тұратын тікбұрыштың
22
c
с
с2
с1
с
constc c= f(T)
1
22'1'
2
112 dTcq
dTcdq
T1
T2T
T T
4.1 Суреті -
dT
ауданына теңестіруге болады, температуралық интервалда берілген c жылусыйымдылықтыңсанды түрде тұрақтыға тең келесі формуладан анықтаймыз:
)( 12
2
112 TTcdTcq (4.16)
Берілген температуралық интервалда Т1 бастап Т2 дейін тұрақты алынатынжылусыйымдылықтың мәні берілген температуралық интервалдағы орташа жылусыйымдылықдеп аталады. Ол жылудың температуралық интервалдың соңғысына қатынасын айтады:
Tqc / . (4.17)
4.1 таблицасында тұрақтылық мәндері келтірілген. Температурадан, молярлықжылусыйымдылықтан және адиабат көрсеткішінен k тәуелсіз.
2. Әдістемесі
Ауаның изобаралық жылусыйымдылығын анықтау ауаны қыздыру әдісімен анықталады.Жылусыйымдылығының есебі (4.17) формуласы арқылы шығарылады,ол заттың ағыныа қарайкелесі түрде жазылады:
)( 12 TTm
Фc
tp
, (4.18)
мұнда Ф –қыздырғыштан ауаға дейінгі жылу ағыны, Вт;тt – ауаның массалық шығыны, кг/с;Т1 және Т2 – калометрге кіруде және одан шығудағы ауаның тғемпературасы, К.Калометрдің қабырғасынан өтетін жылу шығының ескермесек,онда қыздырғыштың
электірлік қуатын Р (ваттметрмен өлшенеді) жылу қуатына тең деп алуға болады (жылуағынына), яғни Ф = Р.
Ауаның массалық шығыны келесі формуламен анықталады:
тt = · S, (4.19)
мұнда – калориметр кіруіндегі ауа тығыздылығы, кг/м3; – ауаның орташа жылдамдығы, м/с;S – ауданның көлденен қиылысу құбыры, м2.Құбырға кірудегі ауаның тығыздылығы бөлмедегі ауа тығыздылығына тең болып алынады
және келесі теңдеуден анықталады:
= ро / (RT), (4.20)
мұнда ро – атмосфералық қысым, Па;Т – қыздырғыш алдындағы ауа температурасы (бөлме температурасына тең болыпалынады), К;R =287 Дж/(кг·К) – ауаның меншікті газ тұрақтылығы.Жылдамдық қиылысу құбыры арқылы өзгергендіктен,ал жылдамдықты өлшеу құбыр осі
арқылы алыеса, онда орташа қиылысу жылдамдығы келесі формуламен анықталады:
= о· о, (4.21)
23
мұнда о – орташаланған жылдамдық коэффициенті, Рейнольдс санының тәелділігінебайланысты болып, графиктен ( 4.2сурету)анықталады:
Re = о d /, (4.22)
мұнда d – құбырдың ішкі диаметрі, м; – ауаның кинематикалық жабысқағының коэффициенті, м2/с.Осьтік ағын жылдамдығы өлшенген динамикалық қысымы рдин арқылы анықталады:
/2 динo p . (4.23)
Динамикалық қысым толық және статикалық қысымның айырмашылығы ретінде өлшенедіжәне микроманометр lдин көрсеткіші арқылы анықталады:
Рдин = 9,81· k · lдин, (4.24)
мұнда k – микроманометр коэффициенті (құбырдың енкеу бұрышын есепке алады және пиртатығыздылығын, микроманометрдің көрсеткішін су.бағ.мм. аудару үшін қолданылады),микроманометрдің доғасында көрсетіледі;
9,81 – су.бағ.мм–ді Па ауыстыру коэффициенті.
3. Зертханалық қондырғыны сипаттау
Ауаның жылусыйымдылығын өлшеу шынылы 1 калориметрде іске асырылады (4.2 суреті).Қоршаған ортаға жылуды кетірмеу үшін калориметр шыны қабығымен қоршалған,калориметрмен қабық арасындағы ауа жойылған. Калориметрге электрлік қыздырғыш 2 орнатылған, оларқылы ауаға жылу жеткізіледі. Қыздырғыш қуаты 3 реостатпен реттеледі және ваттметрмен 4өлшенеді, ауаның тұрақты шығыны калориметр арқылы вакуумдық насоспен 5 жүзегеасырылады. Ауаның температурасы калометрге кіруінде Т1 және одан шығуы Т2 термометрмен 6өлшенеді. Динамикалық қысымы Пито құбыры 7 көмегімен (толық қысым) және пьезометрменөлшенеді (статикалық қысым) 8, олар микроманометрге қосылған 9. Атмосфералық қысымбарометрмен 10 анықталады.
Суреті 4.2 – Зертханалық коңдырғы
4. Жұмысты орындау тәртібі
1. Құралдармен зертханалық қондырғының сызбасымен танысу.2. Вакуумдық насосты және қыздырғышты қосу. Реостат 3 көмегімен қыздырғыштың қуатын
реттей отырып, ауа температураның үлкеюі калориметрде 15-20 К дейін болу үшін қол
24
жеткізу. Егер 5 минут ішінде Т2 өзгермесе,онда орнатылған тәртіп дұрыс деп санауғаболады.
3. Тәжірибе кезінде өлшенеді:а) Калориметрге кірудегі Т1 және одан шығудағы Т2 ауаның температурасы;б) микроманометрдің lдин көрсеткіші және миккроманометрдің коэффициенті k;в) атмосфералық қысым ро, Па;г) вольтметрдің және амперметрдің көрсеткіші.
4. Көрсеткіштердің нәтежелерін 2.2 кестесне еңгізу.
4.2 КестесіКөрсеткіш атауы Өлшемдер саны Орташа
мәні1 2 3 4Атмосфералық қысым ро, ПаКалометрге кірердегі ауа температурасы Т1, оСҚыздырғыш қуаты Р, ВтМикроманометрдің көрсеткіші lдин, ммКалориметрден шығудағы ауаныңтемпературасы Т2, оСАуаның тығыздылығы , кг/м3
Жылдамдықтың орташа ағыны , м/сКалометрдің көлдеңен қиылысу ауданы S, м2
Рейнольдс саны ReЖылдамдықтың орташа коэффициенті о Ауаның массалық шығыны тt, кг/сОрташа меншікті изобаралықжылусыйымдылығы cр, Дж/(кг·К)Орташа меншікті изохоралықжылусыйымдылығы cV, Дж/(кг·К)Молярлық жылусыйымдылығы СМР, Дж/(кмоль·К)Молярлық жылусыйымдылық СМV, Дж/(кмоль·К)Ішкі энергияның өзгеруі U. Дж/кгАдиабаттық көрсеткіш kШекті қатысты қателігі ш (Ср), %
5. Өлшемдердің нәтежелерін өңдеу
1. (4.24) теңдеуі арқылы динамикалық қысымды анықтау.2. (4.20 ) теңдеуі арқылы ауа тығыздылығын анықтау.3. (4.23) теңдеуі арқылы осьтік ағын жылдамдығын анықтау.4. (4.22) теңдеуі арқылы Рейнольд сның анықтау және ағынның орташа жылдамдығын (4.21)
формула арқылы анықтау.5. (4.19) теңдеуін қолданып, ауаның массалық шығының есептеу.6. (4.18) теңдеуі арқылы орташа меншікті изобаралық жылусыйымдылығын сР анықтау.7. (4.4) теңдеуі арқылы орташа молярлық изобаралық жылусыйымдылығын СМР есептеу.
25
8. Изохоралық жылусыйымдылығын СV және орташа молярлық изобаралықжылусыйымдылығын СМV Майер теңдеуі арқылы есептеу.
9. (4.10) теңдеуі арқылы k адиабата көрсеткішін анықтау.10. Ауаның ішкі энергиясының өзгерісін келесі формула арқылы анықтау: U = cv · T.11. Есептеу нәтежелерін 4.2 кестесіне еңгізу.12. СМР және СМV молярлық жылусыйымдылын салыстыру,сонымен қатар адиабата көрсеткішін
кестелік мәндерімен салыстыру.
6. Бақылау сұрақтары
1. Жылусыйымдылығының түрлері.2. Изобаралық және изохоралық жылусыйымдылықтары.3. Майер теңдеуі.4. Адиабата көрсеткіші дегеніміз не?5. Политроптық үрдісінің жылусыйымдылығын қалай есептейміз?6. Политроп теңдеуі.7. Ауаның массалық шығыны қалай анықталады?8. Изобаралық жылусыйымдылығының тәжірибелік түрде анықтаудың үрдісі неде?
Зертханалық жұмыс №5
Су буының қасиеттерін зерттеу
Мақсаты: су қайнау температурасының қысымға тәуелділігін анықтау
1. Кіріспе
Сұйық заттың газ тәріздес затқа айналу барысын будың пайда болу үрдісі деп аталады.Қандайда бір температурада сұйықтың бос бетімен өтетін будың пайда болуын булану депатайды. Қыздырудан басқа,кейбір сұйықтың температурасында будың пайда болуы бүкіл көлеміарқылы өтеді. Осы уақыттан бастап біз айтамыз: «Сұйықтық (су) қайнау күйінде болып жатыр».Егер будың пайда болуы қайнау үрдісі кезінде жабық ыдыста болса, онда сұйықтықтан ұшыпкеткен молекулалар оның бетіндегі кеңістікті толтырады. Газ күйінде болып жатқан қалғанмолекулалар бөлігі келесі жағдайда қайтадан сұйыққа айналады. Қайнау үрдісінің барысындадинамикалық тепе-теңдігінің жағдайы басталады. Осы күйде берілген температурада бумаксималдық тығыздыққак жетеді,оны қаныққан бу деп атайды.
Қаныққан бу құрамындағы сұйық фазасының өлшенген бөліктерін ылғалды қаныққан будеп атайды.
Қаныққан бу құрамында сұйық фазасының өлшенген бөліктері болмаған жағдайды құрғаққаныққан бу деп атайды.
Құрғақ қаныққан будың массасының ылғалды будың суммалық массасына(бу қоспасы-сұйықтық) қатынасын будың құрңғақтық дәрежесі деп атайды х:
xG
Gx = , (5.1)
мұнда G” – құрғақ будың массасы, кг;
Gx – ылғалды будың суммалық массасы кг.
26
1кг қайнап жатқан суды құрғақ қаныққан буға айналуы үшін жұмсалатын жылу саныңбудың пайда болуының меншікті жылуы деп атайды.Оның мәні сұйық күінің физикалыққасиеттері мен өлшемдерінен байланысты (қысым,температура) өзгереді.
1. Зертханалық қондырғының сипаттамасы
Берілген зертханалық қондырғы бу қайнатқыш 1 ретінде ұсынылған, электроқыздырғышпен2 қамтылған,оның қуаты ЛАТРмен 3 реттеледі. Қайнатқыш құралында сақтандырғыш клапаны7 орнатылған,ол қайнатқышқа суды тасымалдау шы ретінде қолданады. Бу қазанының ішкіжағы мен қоршаған орта арасындағы байланысты реттеу үшін 8 краны берілген. Артыққысымды өлшеу үшін қайнатқышқа пружиналық манометр 9 орнатылған. Судың және ылғалдыбудың темпераурасы термометр 4 көмегімен өлшенеді. Барометрлік қысымын және қоршағанорта температурасын барометр 5 және термометр 6 арқылы өлшейді.
Суреті 5.1 – Зертханалық қоңдырғы
2. Жұмыстың орындалу тәртібі
27
1. Барометр 5 (сын.бағ.мм.) арқылы барометрлік қысымын Ро және термометр 6 (оС) арқылықоршаған ортаның температурасын жазып алу.
2. Өлшеуіш таяқшасы арқылы судың саның тексеру, оның көлемі 50-70% бу қайнатқышындаболуы керек.
3. Кранды 8 ашу.4. Қыздырғышты 3 қосу және қуатты 200 В деңгейінде орнату. Қатты қайнағанда немесе қсым
лезде төмендеген жағдайда қуатты 100В деңгейіне дейін төмендету.5. Қайнатқыштағы су температурасын қайнау деңгейі жеткізу. Қондырғы өңешінен 8 бу
ағыны пайда болған жағдайда термометр арқылы температураның көрсеткішінанықтау,нәтежелерін 3.1 кестесіне жазу.
6. 8 краның жауып, 0,1;0,2;0,3;0,4; МПа-ға тең болған жағдайдағы 9 манометр көрсеткішіндегітермометр 4 көрсеткішін жазып алу. Мәліметтерді 5.1 кестесіне жазу.
7. Сынақ аяқталғаннан кейін электроқыздырғышты жүйеден ажырату.8. Сынақ аяқталғаннан кейін 8 краның ашуға тыйым салынады.Бұл жағдай бу
қайнатқышының жарылуына әкеліп соғуы мүмкін.
5.1 кестесірМ , МПа 0 0,1 0,2 0,3 0,4
tн , оСра , кПа
3. Нәтежелерді өңдеу
1. Қайнатқыштағы абсолюттік қысымды анықтау ра және келесі формула арқылы 5.1 кестесінежазу:
2M
oa 10)p98,0
750
P(p •+= , (5.2)
мұнда рм – манометр арқылы қайнатқыштағы артық қысымның тіркелген мәні;ро – қоршаған ортаның барометрлік.
2. Алынған мәліметтер бойынша қысымнан ра қайнау температурасының тәуелділігінің tн (ылғалды қаныққан будың температурасы) және түсініктеме беру.
4. Бақылау сұрақтары:
1. Ылғалды қаныққан бу дегеніміз не?2. Құрғақ қаныққан бу дегеніміз не?3. будың құрғақтылық дәрежесі анықтамасы және физикалық мәні.4. Будың пайда болу жылулығы дегеніміз не?
Зертханалық жұмыс № 6
Ылғалды қаныққан будың құрғақтық дәрежесін анықтау
Мақсаты: сулы будың құрғақтылық дәрижесін анықтаудың тәжірибелік әдісіментанысу,сонымен қатар оның көрсеткіштерін диаграмма мен сулы будың кестесі көмегіменанықтау.
1. Кіріспе
28
v
T = const
b”
1 2
3
a a’ a”
b’b
Кр
V = const
X=0 X=1
а)
K
Т
ss’ s”
a’
b’
d’ d”
b”
a”
a”’b”’
d”’
X =1a
r/Tн
X =0
б)Сурет 6.1 -
Су сұйықтық агрегат күйінде жұмыс денесі ретінде жылуды механикалық жұмысқаайналдыру кезінде пайдасы шамалы. Тұрақты қысым кезінде бу қазандарда су ең алдымен буғаайналады. Тұрақты қысым кезінде будың пайда болу үрдісін қарастыру үшін,тұрақты күшпенқамтамасыз етемін цилиндірдегі поршень астына 0 оС-гі 1кг су орнатылған. Жылутехникалыққондырғыларда алынатын қысымды су сығылмайтын болғандықтан, оның меншікті көлемінv = 0,001 м3/кг тең деп аламыз.Осы шарттардағы су жағдайын а нүктесі деп аламыз(6.1 сур.).
Суды цилиндрдерде астынан жылу беру арқылы қыздырамыз. Поршенге салмақтыөзгертпесек (қысымды), онда температураның жоғарлауы меншікті көлемнің және энтропияныңөсуіне әкеледі. Қысымға тәуелді кейбір температурада жылу беруге қарамастан температураөсуі тоқталады. Су қайнай және булана бастайды. Қайнау кезіндегі су күйін а’ нүктесі депбелгілейміз.
Кейінгі жылу беруде су саны азаяды. Ал бу саны үлкееді. Жұмыс денесінің меншікті көлеміжәне энтропиясы өте тез үлкееді. Цилиндрге берілген жылудың саның үлкейте отырып,судыңтолық буға айналуына қол жеткізуге болады. Осы шарттардағы жұмыс денесінің күйін а”нүктесі деп белгілейміз.
Бу пайда болу үрдісінде а’ және а” нүктелерінің арасында жұмыс денесі бір кезде екіагрегаттық күйде болады: сұйық және бу тәріздес. Жұмыс денесімен алынатын әр көлемдеөзінің су және бу саны болвады. Осы күйлерде сұйықтық және бу динамикалық тепе-теңдіктеболады. Осы жағдайда молекулалар бір уақытта сұйықтықтан ұшып кетсе,соншама молекулабудан сұйыққа қайтып келеді. Сумен динамикалық тепе-теңдікте болған буды қаныққаннемесе қанығатын деп атайды.
а’ нүктесіндегі қайнау температурасына тең қаныққанбу температурасын қанығу температурасы Тн деп атайды.Қанығу температурасы қысымға тәуелді(6.2 суреті)
Қаныққан бу көлемінің изотермиялық азаюы, оныңбөліктерінің конденсациялауына әкеледі,ал будың жалпысаны азаяды. Бірақ оның тығыздылығы мен қысымыөзгермейді. Керісінше, көлемнің изотермияляқ үлкеюіқосымша судың булануына әкеледі, бұл жағдай сбусанының үлкеюіне себеп болады. Бірақта,көлемніңтөмендеуінен, оның тығыздылығы және қысымы өзгеріссізқалады.
29
0
50
100
150
200
400 500 600 Тн, К
р·10-5, Па К
Сурет 6.2
а” нүктесіндегі ( 6.1 сур.) барлық сұйық буға айналған күйіне қатысты қанығутемпературасындағы құрамында ылғалы болмайтын қаныққан буды құрғақ қаныққан немесеқұрғақ бу деп атайды
а’ - а” бөлімдеріне ылғалды бу жатады. Ол қайнап жатқан суды және құрғақ. Будыбілдіреді. Сонымен қатар, сұйық пен будың арасында қисық шекаралары болмауы мүмкін,алсұық тамшылары өлшенген түрде будан өтеді.
Ылғалды будағы құрғақ будың массалық бөлігін құрғақтылық дәрежесі Х деп атайды.Ылғалды будағы су бөлігін ылғалдылық дәріжесі деп атайды,ол 1-Х тең.
Қанығу қысымы мен температурасы әлі болса да ылғалды будың күйін анықтамайды.Қосымша көрсеткіш ретінде құрғақтық дәрижесін Х қолданады.
Егер қайтадан 0 оС – де алынған 1 кг суды оданда жоғары қысымда цилиндрдегі поршенніңастына орнатсақ, онда меншікті көлем v = 0, 001 м3/кг тең болады. р – v (6.1, а суреті)координаттарында жаңа күйі b нүктесі анықталады,ондағы абциссасы а нүктесіндегіабциссамен теңеседі. Т –s координаттарында (6.1, б суреті) а және b нүктелері теңеседі,өйткеніәр түрлі қысымда 0 оС температурасында су энтропиясын 0-ге тең қылып алады.
Судың қысымы жоғарлаған сайын, ол оданда жоғары температурада қайнайды. Қайнаукезіндегі көлемі және энтропиясы үлкееді. Осы күйді b’ деп белгілейміз. Қайнап жатқан суғажылуды беруден басқа цилиндрде ылғалды бу пайда болады, сол бу сосын құрғақ буғаайналады. Бұл күйді b”нүктесі деп балгілейміз. Графикте b” нүктесі а” нүктесінен солға қарайжатыр, өйткені қаныққан будың тығыздылығы температура жоғарлаған сайын үлкейеді,алменшікті көлем мен энтропия кемейді.
Егер әр жағдайда будың пайда болу үрдісін одан да жоғары қысымда қарастырсақ, онда 0 оСтемпературасындағы судың күйін сиппаттайтын нүктелері, ордината осіне параллель р – v тура1 координатасында,ал Т – s координатасында ордината осінде жатқан а нүктесімен ұйқасады. Суқайнауының күйіне қатысты нүктелер төменгі шектік сызықты 2 құрастырады, ал құрғақ будыңкүйін сипаттайтын нүктелер жоғарғы шекаралық қисықты 3 құрастырады. Төменгі шекаралыққисықта барлық нүктелер жұмыс денесінің күйін сипаттайды, ол үшін құрғақтылық дәрежесі Х= 0,сондықтан оны қисық құрғаққа тең Х = 0 деп атайды.Осыған қатысты жоғарғы шектікқисығы құрғақтыққа Х = 1 тең болады.
Кейбір қысымдарда бір және екі штрихті нүктелері үйлеседі (К нүктесі), бұл жағдай кейбірқысымдарда сұйыққа айналу кезінде өтетін тура сызықтық аймақтың болмауы. К нүктесіндесұйық және құрғақ бу бірдей көсеткештерге ие болады. Бұл нүктені ауыспалы деп, ал осынүктеде жұмыс денесін сипаттайтын барлық көрсеткіштерді – ауыспалмалы деп атайды. Суүшін ауыспалы көрсеткіштер: раус = 22,129 Мпа, Таус = 647,31 К, vаус = 0,00326 м3/кг.
Егер тұрақты қысымда құрғақ буға жылу беруді жалғастырсақ,онда оныңтемпературасы,меншікті көлемі және энтропиясы үлкееді. Изобаралық жылу беру графигі турар – v координатталарында, абцисса осіне параллель бейнеленеді, ал қисық -Т – sкоординатасында, логарифімге жақын бейнеленеді.
Будың температурасы мен меншікті көлемі құрғақ будан жоғары болған жағдайды қызыпкеткен деп атайды. Қызып кеткен бу көлемінің изотермиялық өзгерісі оның қысымыныңөзгеруіне әкеліп соғады. Ол болып жатқан кеңістікті қанықтырмайды,бұл жағдайдықанықпаған деп атайды.
Жоғарғы және төменгі шектік қисықтар р > раус. ( 6.1 сур.,а) кезінде диаграмманы үшбөлікке бөледі: сол жақ төменгі шектік қисықтан – сұйық күйінің аймағы, он жақ жоғарғышектік қисықтан – будың қызып кеткен аймағы, ал олардың арасы – ылғалды будың аймағы.
Т – s диаграммасы бойынша әр үрдістің жылу саның анықтауға болады.Мысалы, ab’ қисықастындағы аудан берілген қысымға ұйқасатын 1 кг суды 273 К бастап қайнау температурасынадейі қажетті жылу саның сипаттайды. b’b” аумағында изобара изотермамен үйлеседі, соныменқатар сол аумақтың астындағы аудан қаныққан температура кезіндегі 1кг қайнап жатқан судықұрғақ буға айналдыру үшін қажетті жылу саның сипаттайды, яғни будың пайда болуыныңжылу меншігін r білдіреді. b”b’” қисығы астындағы аудан 1 кг құрғақ буды Тп > Тн
температурасына дейін қыздыру үшін жұмсалған жылу саның сипаттайды.
30
2 Әдістемесі
Ылғалды қаныққан будың құрғақтылық дәрежесін х тәжірибелік түрде анықтауәдістемесінің негізіне будың конденсациалау әдістемесі салынған. Калориметрге құйылған суықсу арқылы ылғалды буды өткіземіз. Бұл жағдайда бу конденсация кезінде суға жылу саның Qп,Дж береді:
Qп = m ылғ. (i x – i 2 ), (6.1)
мұнда m ылғ. – ылғалды қаныққан будың конденсацияланған массасы, кг;ix – ылғалды қаныққан будың энтальпиясы, Дж / кг.I2 – парды өткізгеннен кейінгі калометрдің судың энтальпиясы, Дж / кг.парды өткізгеннен кейінгі калометрдегі судың энтальпиясы келесі теңдеу арқылы
анықталады:
2p2 tCi = (6.2)
Мұнда pC – судың орташа меншікті изобаралық жылу сыйымдылығы, Дж/(кг·К), Ср = 4187Дж/(кг·К).
t2 – буды конденсациялаудан кейінгі калометрдегі судың температурасы, оС.Ылғалды қаныққан будың энтальпиясы ix келесі формуламен анықталады:
ix = i’ + r· x, (6.3)
мұнда r –будың пайда болудағы жылулығы, Дж/кгБумен берілген QБ жылудың саның жылу балансының теңдігінен анықтауға болады:
QБ = QС + QКАЛ + QЖШ, (6.4)
мұнда QС – сумен қабылданған жылу саны, Дж;QКАЛ – калометрдің қабырғаларын және мүшелерін қыздыру үшін кететін жылу саны, Дж;QЖШ – қоршаған ортаға кеткен жылу шығыны, Дж.Калометрдегі сумен қабылданған жылу саны келесі жолмен анықталады:
)( 12 ttmcQ вpB , (6.5)
Мұнда тс – калометрдегі алғашқы су массасы, кг;t1 – калометрдегі алғашқы су температурасы, оС.Калометрдің қабырғаларын қыздыруға жұмсалған жылу саның келесі формуламен
анықтайды:
QКАЛ = с (t2 – t1), (6.6)
Мұнда с – калометр тұрақтысы, Дж/К (с = 400 Дж/К).(6.2), (6.5), (6.6) теңдіктерін есепке ала отырып, (6.1)теңдігін жылу балансының теңдігіне
қоямыз:
)()()( 1212 TTcttmctcrxim вppn . (6.7)
(6.3) теңдігін в (6.7) теңдігіне қоямыз,одан біз аламыз:
31
itcmttcmcr
x pnвp 212 /1
. (6.8)
3. Зертханалық қондырғыны сипаттау
Зертханалық қондырғы бу қайнатқыштан 1, қыздырғыштан 2, қуаттылығы ЛАТ-мен 3реттелетін құралдардан тұрады. Қайнатқыш құралында 7 сақтандырғыш клапыны орнатылған, 8краны булы қыздырғыш пен атмосфераның ара байланысын анықтау үшін орнатылған.Атмосфералық қысымды ро өлшеу үшін барометрді 4, ал қоршаған ортаның температурасын tо
өлшеу үшін – 5 термометрді қолданамыз. Булы қайнатқышқа 1 жылу алмастыратын(конденсатор) жылу алмастырғыш қосылған, осы құрал 11 буды тасылмайдатын 11 өңешіменбайланысқан. Конденсациалған ылғалды будың массасын 12 мензуркасы арқылы анықтаймыз,соның ішіндегі тәжірибе кезіндегі сұйықтың өзгеру деңгейі арқылы.
Сурет 6.3. - Зертханалық құбырдың сызбасы
4. Жұмыстың орындалу тәртібі
1. Құралдар мен тәжірибе қондырғының сызбасымен танысу.2. 5 термометр және 4 барометрді өлшеп,көрсеткіштерін жазып алу.3. Булы қайнатқыш құралындағы 1 су көлемін өлшеуіш таяқшасы көмегімен өлшеу, оның
көлемі 50-70 % болу керек.4. 8 шүмегін ашып ,яғни булы қыздырғыш пен атмосфераның ара қатынасын хабарлау.5. 3 ЛАТР-ды қосу және қуаттылықты 200 В деңгейінде орнату.6. Буды алмастыратын 11 түтікшесінде бу ағынның пайда болған жағдайда, қуаттылықың
деңгейін төмендету керек.7. Ылғалды будың конденсаты 12 мензуркасында жиналады, керекті санына (50 г) жеткен
кезде қондырғы жүйеден сөндіріледі.
32
5. Нәтежелерді өңдеу
1. рН қысымынан арқылы 6.1 кестесенің көмегімен i' қайнай суының энтальпиясын, құрғаққаныққан будың энтальпиясын i'', жасырылған бу жылулығын r, қайнау суының меншіктікөлемін v', құрғақ қаныққан будың меншікті көлемін v'', қайнау суының энтропиясын s', құрғаққаныққан будың энтропиясын s''.
6.1кестесіҚанығу күйіндегі судың және сулы будың термодинамикалық қасиеттері
рН ·104,Па
tН, оС v',м3/кг
v'',м3/кг
i',кДж/кг
i'',кДж/кг
r,кДж/кг
s', кДж/(кг·К)
s'', кДж/(кг·К)
2. (6.8) формуласы арқылы құрғақтық дәрежесін х анықтау.3. (6.3) формула арқылы ix мәнін есептеу.4. Ылғалды қаныққан будың меншікті көлемін келесі формула арқылы анықтау:
vx = (1-x) v’ + v’’ x.
5. Ылғалды қаныққан будың энтропиясын sx келесі формула арқылы анықтау:
sx = (1-x) s’ + s’’ x.
6. Ылғалды қаныққан будың ішкі энергиясын ux келесі формула арқылы есептеу:
ux = ix – p vx.
6. Бақылау сұрақтары:
1. Будың пайда болу үрдісі неде қорытындылады?2. Қаныққан бу дегеніміз не?3. Құрғақ бу дегеніміз не?4. Ылғалды бу дегеніміз не?5. Қызып кеткен бу дегеніміз не?6. Будың құрғақтық жәрежесі.7. Ауыспалы нүктесі.8. Ылғалды қаныққан будың құрғақтылық дәрежесін х тәжірибелік түрде анықтау
әдістемесінің маңызы неде?
33
Зертханалық жұмыс № 7 - Ылғалды аудағы үрдістерді зерттеу
Мақсаты: Кептіру камерасында өтетін ылғалды ауаның және үрдістердің күійін зерттеу.
1 Кіріспе
Ылғалды ауаның көрсеткіштері. Атмосфералық ауада (шөлейт жерлерде) сулы бу түріндеүнемі ылғал болады. Мұндай қоспа ылғалды ауа деп аталады. Көбінесе ауа қоспасы мен сулы буидеал газ қоспасы ретінде қарастырылуы мүмкін. Оған Дальтон заңы әділ: қоспақосындыларының парцианалды қысымы қоспа қысымына
Р вл = Ра = Рс.в = Рп, (7.1)
Мұнда Рылғ. – ауа қысымы,атмосфералыққа тең Ра :Рқ.а. – құрғақ ауаның парцианалды қысымы :Pп – сулы будың парцианалды қысымы.Құрғақ ауа мен құрғақ қаныққан сулы будың қоспасын қаныққан ылғалды ауа деп атайды,
мұндай ауа ылғамен қаныққан, сондықтан сулы будың парцианалды қысымы мен тығыздылығыберілгекн температурада максималды болады
Pн. = Pп,max -, pн, = p п, max. (7.2)
Құрғақ будың қысымы мен тығыздылығын берілген ылғалды ауаға температурасынан сулыбудың сызбасы бойынша анықтауға болады.
Құрғақ ауаның және қызып кеткен сулы будың қоспасын қанықпаған ылғалды ауа депатайды. Қанықпаған ылғалды ауаны изобаралық суыту температурасын шық нүктесніңтемпературасы деп атайд.
Ауаның абсолюттік ылғалы(сулы бу тығыздылығының парцианалдығы,сулы будыңмассалық концентрациясы) деп құрамында ылғалды ауа құрамындағы сулы будың массасыныңылғалды ауаның көлемінің қатынасы айтады.
j п = mп / mвл = Pп /(Rп * T) , (7.3)
мұнда Rп = 461 Дж /(кг. К) – ылғалды ауаның меншікті газ тұрақтысыАуаның салыстырмалы ылғалы деп, сол температурада ауадағы бу массасының
қаныққан ауа буына қатынасын айтады.Сонымен қатар парцианалды бу тығыздығыныңсалыстыруда қаныққан ауа буына қатынасы:
j = mп / mн = ‘pн / p п = Pп / Pн (7.4)
Салыстырмалы ылғалды (7.4) бөліктері немесе пайыздық түрінде көрсетіледі. пайыздықтүрде алу үшін, (5.4) формуласын 100 % көбейту керек. шамасы ылғалды ауаның жағдайыныңұзындау дәрежесін сипаттайды,ол су тамшыларының құлау жағдайында (100 %).
Ылғал құрамы d, г/кг деп, ылғалды ауа құрамындағы сулы будың массасының құрғақауаның массасына қатынасын айтады:
d = mБ / mқ.а =‘p Б * 103 / ‘p қ.а. (7.5)
мұнда mБ – будың массасы, г;mқ.а. – құрғақ ауаның массасы, кг;‘pқ.а. = (Ра – PБ ) / (Rқ.а. * Tылғ.) – құрғақ ауаның парцианалды тығыздылығы, кг/ м3;‘pт – будың парцианалды тығыздылығы, кг/ м3.
34
Ылғалқұрамы сулы бу парцианалды қысыммен анықталады:
d = 622 Pп /( Рвл – Pп). (7.6)Барлық есептер 1 кг құрғақ ауаның меншікті көлемін үшін жүргізіледі. Ылғалды ауада
өтетін үрдістерде құрғақ ауаның массасы өзгермейді. Сулы будың және ылғалды ауаның массаслары өзгермелі шамалар болып келеді. Түрлі массалардың байланысы келесі қатынаспен бекітіледі:
mвл = mс.в + mп; mс.в = mвл / (i+ d); mп= d /1+ d * m. (7.7)
Ылғалды ауаның меншікті энтальпиясы құрғақ ауаның энтальпия құрамы мен сулы бу қосындысы келесі формула арқылы анықталады:
iвл = i с.в + iп d /1000 = ср.в t0 + d 10-3 (r0 + cр.п t0), (7.8)
мұнда ср.в = 1,00 кДж /(кг. К) – ауаның изобаралық жылу сыйымдылығы; r0 = 2501кДж /кг – үш нүктесіндегі бу пайда болатын судың меншікті жылуы; ср.п = 1,92 кДж /(кг. К) – сулы будың изобаралық жылу сыйымдылығы.Келтірілген теңдіктер ылғалды ауадағы термодинамикалық есептерді жүргізуге
көмектеседі. Бірақ 1918 ж. Л.К. Рамзин ұсынған i-d – диаграммасын қолдансақ, онда есептержеңілденіп, көрнекті болады.
Диаграммада ордината осі арқылы (2.2 сур.қара) 1 кг құрғақ ауаға берілген ылғалды ауаныңменшікті энтальпиясы салынады,ал абцисса осі бойынша 1 кг құрғақ ауаға граммдап берілгенылғалқұрамы салынады.
Диаграммаы ауданын жақсылап қолдану үшін, координата осьтері бір-біріне 1350
бұрышында орналасқан. Осыған байланысты i = const сызықтары горизангтальғақарай 450 бұрыш астында өтеді. d = const сызықтары көлдеңен түзу сызықтары болады.Осы сызықтар ылғалды ауаның қызу үрдістерін (төменнен үстіне қарай-1-2 сызықтары) жәнесууын (үстінен төменге қарай – 3-4 түзуі) көрсетеді. Энтальпиясы ауысады,ал ылғалқұрамыөзгеріссіз қалады.
Сонымен қатар, i-d- диаграммасына ылғалды ауаның изотермасы және ылғалды ауаныңқатысты тұрақтысы салынған. = 100 % қисығында берілген температурада будыңпарцианалды қысымы және оның тығыздылығы максимальді мәндерге жетеді.Сондықтаншектік қисығынан жоғары = 100 % қанықпаған ылғалды ауаның аймағы, ал төмен жағында –тұман аймағы орналасады, мұнда ылғалды ауа құрамында бір кезде бу мен кішкентай сутамшылары болады.
Сонымен қатар i-d-диаграммасында пунктир сызығы арқылы термометрдің «сулы»изотермасы салынған. = 100 % шектік қисығында «құрғақ» және «сулы» температураларытермометрде мәндері бірдей болады
Төменгі бөлігінде диаграммалар (7.6) теңдеуі бойынша салынған,бұл жағдайда будың парцианалды қысымының сызығы ордината осімен диаграмманың оң жағында орналасқан.
Ылғалды ауадағы өтіп жатқан үрдістерге:әртүрлі заттарды кептіру,компрессорде ауанықысу,конденсациялау және т.б.
Осы үрдістер i-d – диаграммеасында бейнеленген. Мысалы,калориферде ылғалды ауанықыздырғанда,оның ылғалдылық құрамы тұрақты болып қалады және қыздыру үрдісі 1-2 туратік сызығы арқылы i-d – диаграммеасында бейнеленеді.
Жылу шығыны болған жағдайда затты құрғату үрдісі ылғалды ауаның тұрақтытемпературасында өтеді.Оны 2-3 сызығы арқылы бейнелеуге болады.Кептіру үрдісіндебуланатын ылғал саның 3және 2 нүктесінде ылғалдылық құрамының d айырмашылығы арқылыбейнелейміз.
2 Зертханалық қондырғыны сипаттау
35
Қондырғы кептіру қондырғы ретінде ұсынылған,ондағы кептіру агенті ауа болып келеді,алкептіру заты – сумен суланған дәке. Қондырғының сызбасы 7.1 суретінде көрсетілген. Оныңнегізгі элементі калорифер 1 және кептіру камерасы 2. Калориферде ауаны ылшғалдыбуландыру қасиетін жоғарлату үшін қыздырады. Кептіру камерасында қыздырылған ауаарқасында мата құрамындағы су буланадыда, ауамен ұшырылып кетеді.
Калорифер екі металды құбырдан және бір фарфорлы құбырдан тұрады. Фарфорлықұбырдың ішінде электроқыздырғыш 3 орнатылған. Электроқыздырғыштың қуаты зертханалықавтотрансформатормен 4 реттеледі.
Ауа калориферге ауа үргіші 6 арқылы беріледі.Ауа шығыны диаграммадағы 7 қысымныңтөмендеуі арқылы анықталады. Ол U – тәрізді манометрмен 8 өлшенеді. Калориферденшығатын ауа температурасы (700 С жуық) қарсыласу температурасы 9 мен логометр 10көмегімен өлшенеді.
Кептіру камерасының ортасында мақта тәріздес мата орнатылған,ол кептіруге ұшырайды.Мата биіктігі бойынша төрт бөлікке бөлінген және бөлімктердің төменгі жақтары әдейіарналған сумен толтырылған стаканғаи түсірілген. Ол ыдыстан 13 стақанға жіберу үшінберілген тесіктері бар металдық құбырдың ортасына бекітілген. Тәжірибе кезінде кептірілетіңзат үнемі ылғалданады, ол кептіру үрдісінің стационарлығын қамтамасыз етеді.
Калориферден шығудағы және кірудегі судың күйін психрометрмен 11 анықталады.Кептіруден кейінгі ауаның температурасы термометрмен 12 өлшенеді.
Сурет 7.1 – Зертханалық қоңдырғы
3 Жұмысты орындау тәртібі
1. 13 және 14 сыйымдылыққа суды құйып, кептіру камерасында дәкені ылғалдандыру (үрдіскезінде кран 15 жеңіл желпі жабық болуы тиіс, ол 13 сыйымдылықтан су баяу ағу үшін).
2. 15 минут өткеннен кейін калорифер кіре берістегі ылғалдылықты өлшеу.3. Қондырғыны жалпы жылуын турмблер К1 арқылы қосу.4. Калорифердің электроқыздырғышын тумблер К2 арқылы қосу және автотрансформатордың
көмегімен қуатты 100В қылып орнату. Стационарлық жылу режимін (t20 = 70 о С) тосу.
5. Тумблер К3 арқылы ауаүрлегішті қосу, сағат тілшесінің бағыты бойынша 16 реттегіштіңтұтқасы көмегімен ауа шығының (U = 100 В) орнату.
36
6. Стационарлы кептіру үрдісіннің түсуін күту (20 ÷ 25 минут өткен соң термометртемпературасы t3
о және t1м өзгеруін тоқтатады).7. Сынақ кезінде өлшеу керек:
а) құрғақ t1с және сулы t1м психрометрлі термометрдің температурасын.б) Кептіру камерасынан шығудағы ауаның температуралары t3 (құрғақ термометрдің
температурасын t1с 2 0С –қа t30 төмен қылып қабылдау).
в) калориферден шығудағы ауаның температурасын t20.
г)барометр арқылы барометрлік қысымды (атмосфералық) Ра. сын.бағ.мм.;.д) U –тәріздес манометр арқылы Dр диафрагмадан төмендеуін.i-d диаграммасында ылғалды ауа үшін (мұғалімден алу) табылған температуралар арқылы
ылғалды ауадағы өтетін үрдістер 7.1 сур. бойынша график салу. Сонымен қатар ылғалдылықты,ылғал құрамын d, будың парциалды қысымын Pп және 1, 2, 3 және 4 нүктесіндегі i энтальпияныанықтау.
Калориферге кірердегі бөлмелік ауаның күйі ( 1нүктесі 7.1 суреті) психрометр көрсеткішіарқылы анықталады.
2 нүктесі калориферде қыздырылғаннан кейінгі ауаның күйін анықтайды. Себебі ауаныкалориферде қыздыруы үнемі ылғалдылық құрамында болғандықтан, онда 2 нүктесінің қалпыкөлденең (d1= d2 = const) изотермамен t2
0 = const қиылысуында болады.i-d диаграммасындағы 3 және 4 нүктелерінің қалпы былай анықталады: алдымен
қондырғыдан шығардағы құрғақ және сулы термометр t1с және t1м көрсеткіштері арқылы 4нүктесін табамыз.
Патрубке шығардағы ауа суыту үрдісі үнемі ылғалдың болуымен сипатталады, сондықтан 3нүктесі i-d диаграммасы арқылы көлденең d4 = const t3 изотермасымен қиылысумен анықталады.
Кептіру камерасындағы ылғалды матаны кептіру үрдісінде ылғалдылық құрамының болуыүнемі үлкееді. i-d диаграммеасында бұл үрдіс 2-3 тура сызығымен бейнеленген.8. Табылған Dр төмендеулер арқылы ауаның меншікті көлемін Vt анықтау:
pdVt 201252,0 , м3/с,
мұнда m = 0,63 –шығын коэффициенті; e = 0,99 – өлшеуіш ортаны кеңіту үшін түзетілген көбейгкіш; r – ауа тығыздылығы, кг/м3; 7.1 кестесі арқылы аламыз;
9. Нәтежелерін 7.2.кестесіне еңгізу.
7.1 кестесі- Нәтижелер 7.2 кестесі – Нәтижелер t, оС , кг/м3 Ра, мм рт. с т
0 1,293 oct1 , оС
10 1,247 oмt1 , оС
20 1,205 ot2 , оС30 1,165 ot3 , оС40 1,128 р, мм вод. ст.
Vt , м3/сРП,Па1, %2, %3, %d2, г/кгd3, г/кгi1, кДж/кгi2, кДж/кг
37
q, кДж/кгФкал, Вт
4 Тәжірибе нәтижелерін түзету
1. Психрометрлік сызбасы бойынша қатысты ылғалды келесі тәртіп бойынша анықтау(7.2суреті):
Тігінен орналасқан сызбалар бойынша құрғақ термометр көрсеткіштерін белгілеу,еңкеулісызықтары бойынша – суланған термометрдің көрсеткішін белгілеу.
Осы сызықтардың қиылысуында қатысты ылғалдың маәнін аламыз,пайыз түрде. Ондықпайызға сай сызықтар сызбада келесі цифрлермен белгіленген: 10,20,30,40,50,60,70,80,90.
Мысал. Құрғақ термометрдің температурасы 21,7 0С, сулы термометрдің температурасы14.30С. Осы температураға сай қиылысу нүктесін табамыз,ол 42 жоғары, бірақ 44 төменорналасқан. Демек, салыстырмалы ылғал 43% тең болады.2. Калориферге кірердегі құрғақ ауаның парциалды тығыздылығын:
pс.в = Рс.в / (R. Т1,с), кг/ м3 ,
мұнда Рс.в = Ра- Рп, - калориферге кірердегі құрғақ ауаның парциалды қысымы.Құрғақ ауаның массалық шығыны
mtс.в = pс.в * Vt ;
3. Кептіру камерасындағы буланатын ылғалдың массалық шығыны
mtводы = (d3 - d2 ) * mt
с.в / 1000;
4. Калорифердегі ауаға деген жылу ағыны
Фкал = mtс.в (i2 – i1);
5. Калорифердегі жылу шығыны Фпот =Рэл - Фкал ;
6. 1 кг суды буландыру үшін кететін жылу шығыны
q = Рэл - mtводы .
7. Есеп нәтежелерін 7.2 кестесіне жазу.
5 Бақылау сұрақтары:
1. Ылғалды ауаның күйін анықтайтын негізгі көрсеткіштер.2. Ылғалды ауаның абсолюттік және салыстырмалық тұжырымына анықтама беріндер. 3. Ылғалды ауаның «Ылғалқұрамы» деген терминін анықтау және оның бірлігін көрсетіндер.4. i-d- диаграммасын қолданып, онда ылғалды ауаның қыздыру, кептіру және суыту үрдістерін
бейнелендер.5. Парциалды қысым қалай анықталады?
38
39
Ауа температурасы құрғақ термометрмен,С Сурет 7.2 - Диаграмма
Әдебиеттер тізімі
Негiзгi: 1 Кабашев Р.А., Кадырбаев А. К., Кекилбаев А. М. Жылу техникасы. Оқулық – Алмат:
«Бастау» баспаханасы, 2008. - 425 б.2 Жылумаңызалмасу. Қысқаша дәрістер конспектісі/ Тулебаева Ж.А. – Павлодар: изд-во
«Кереку», 2006 – 57 б.3 Тулебаева Ж.А. Қазан агрегаттарының жұмыс қағидасы және құрылымы қысқаша дәрiстерконспектiсi / Павлодар: Кереку,2009.- 53 б
Қосымша:
4 Е. Нұрекен. Сұйық және газ механикасы.- Алматы: АЭЖБИ, 2005, 193б5 А.К. Қадырбаев Сұйық және газ механикасы, гидропневможетектер.Оқулық. - Алматы.:Бастау, 2008 – 270 б.