Практическая работа по дисциплине Техническая термодинамика

Практическая работа №1

Тема: Основные параметры состояния вещества

Цель работы: научиться определять основные параметры вещества

Краткие теоретические сведения

Состояние любого вещества, в частности рабочего тела, определяется значениями некоторых величин, которые на­зываются параметрами состояния.

Три из этих параметров - плотность (или об­ратная ей величина удельный объем), давле­ние и температура - являются основными.

Плотность вещества - величина, равная отношению его массы к объему. Плотность обычно обозначается грече­ской буквой р (ро). Если массу вещества обозначить через т, а его объем через V, то

р =m/V. (1)

Удельный объем вещества - величина, разная отноше­нию объема к его массе; если удельный объем обозначить буквой v, то

v = V/m. (2)

Из уравнения (2) следует, что единицей плотности в СИ является килограмм на кубический метр (кг/м³), а еди­ницей удельного объела - кубический метр на килограмм (М³/кг),

Сопоставляя уравнения (1) и (2), видим, что плот­ность и удельный объем - величины взаимообратные, так как

р v = 1. (3)

Известно, например, что масса воды объемом 1 м³ при температуре 3,9 °С равна 1000 кг, поэтому плотность воды

Объем газообразных тел при большом изменении давле­ния или температуры значительно изменяется, при этом изменяются их плотность и удельный объем. Поэтому, когда говорят о значении удельного объема или плотности газо­образного тела, то указывают давление и температуру, при которых они определены.

В справочной литературе значения удельных объемов и плотностей даются обычно при так называемых нормаль­ных физических условиях, под которыми имеются в виду, давление, равное 101 325 Па (760 мм рт. ст.), и температура 0° С. Параметры состояния в этих условиях обозначаются соответствующей буквой и индексом «н». Например, v_B, р_н и т. д. В приложении 2 приводятся значения относительной молекулярной массы и плотности некоторых газов при нор­мальных физических условиях.

Давление - величина, равная отношению силы, равно­мерно распределенной по нормальной к ней поверхности, к площади этой поверхности:

р = F/ls, (4)

где р - давление; F - сила, действующая на поверхность; s - площадь поверхности, нормальной.(т. е. перпендикуляр­ной) к силе.

Так как в СИ единица силы - ньютон (Н), а единица площади - квадратный метр (м²), то единицей давления в СИ является ньютон на квадратный метр (Н/м²). Эта едини­ца получила специальное наименование паскаль (Па).

При решении технических задач часто применяют крат­ные единицы от паскаля: мегапаскаль (МПа), равный 11*10⁶Па, и килопаскаль (кПа), равный 1*10³ Па.

До введения Международной системы единиц применя­ли единицы давления: килограмм-силу на квадратный сан­тиметр (кгс/см²), миллиметр водяного столба (мм вод. ст.), миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.) и др.

Задания

Задание 1: В пусковом баллоне дизеля вместимостью 0,3 м³ содержится воздух, плотность которого 2,86 кг/м⁸. Определить массу воздуха в баллоне.

Задание 2: . Диаметр днища коллектора водотрубного котла d = 1,2 м. Давление пара в котле р = 2,5 МПа. Найти силу, дейст­вующую на днище коллектора котла изнутри.

Задание 3: Выразить в единицах СИ давления 367,7 и 882,6 мм рт. ст. и 300 мм вод. ст.

Пример 2.1.

Решение. Массу воздуха определим из уравнения (2.1):

_m = ру == 2,86-0,3 кг « 0,86 кг.

Задачи

2.1. В цилиндре при некоторых давлении и температуре со­
держится воздух объемом 0,6 м³ и массой 0,72 кг. Найти его плот­
ность.

Ответ: 1,2 кг/м³.

2.2. Найти массу газа объемом 0,5 м³, если известно, что плот­
ность его равна 1,05 кг/м³.

Ответ: 0,525 кг.

2.3. Найти объем газа, если масса его 3 кг, а плотность 0,95 кг/м³.

Ответ: 3,16 м³.

§ 2.2. Давление. Единица давления

Пример 2.2. Диаметр днища коллектора водотрубного котла d = 1,2 м. Давление пара в котле р = 2,5 МПа. Найти силу, дейст­вующую на днище коллектора котла изнутри.

Решение. Площадь днища коллектора котла

s = ntfV4 = 0,785d² = 0,785-1,2² м² = 1,13 м³.

Сила, действующая на днище коллектора котла изнутри [фор­мула (2.4)]:

■F = ps= 2,5-10°-1,13 Н = 2,83 МН.

Пример 2.3. Выразить в единицах СИ давления 367,7 и 882,6 мм рт. ст. и 300 мм вод. ст. Решение

1. 367,7 мм рт. ст. = 367,7-133 Па я* 48,9-10³ Па = 48,9 кПа;

2. 882,6 мм рт, ст. = 882,6-133 Па» 118 кПа = 0,118 МПа;

3. 300 мм вод. ст. = 300-9,81 Па я» 2,94 кПа.

Задачи

2.4. В цилиндре дизеля при сгорании топлива давление уве­
личивается до 5,0 МПа. Найти силу, действующую при этом на
крышку цилиндра изнутри, если внутренний диаметр цилиндра
равен 375 мм.

Ответ: 550 кН.

2.5. Выразить давление, равное 100 кПа, в миллиметрах ртут­
ного столба и в метрах водяного столба.

Ответ: 750 мм рт. ст.; 10,2 м вод. ст.

§ 2.3. Давление и разрежение

Допустим, что имеется сосуд, к которому присоединена U-образная трубка с какой-нибудь жидкостью (рис. 2.1). При открытом сосуде давление внутри него, очевидно, рав­но давлению окружающей среды (атмосферного воздуха) р₀ и в этом случае жидкость в обоих коленах U-образной