الهدف من العمل:تحديد السعة الحرارية متساوي الضغط للهواء باستخدام طريقة مسعر التدفق.

يمارس:

حدد تجريبيًا متوسط ​​السعة الحرارية الحجمية المتساوية الضغط للهواء.

بناءً على البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها، احسب متوسط ​​الكتلة والسعة الحرارية متساوية الضغط المولي ومتوسط ​​السعة الحرارية الكتلية والحجمية والمولية للهواء.

تحديد مؤشر ثابت الحرارة للهواء.

قارن البيانات التي تم الحصول عليها مع البيانات الجدولية.

تقييم دقة البيانات التجريبية.

الأحكام الأساسية.

السعة الحرارية– خاصية توضح مقدار الحرارة التي يجب توفيرها للنظام حتى تتغير درجة حرارته بدرجة واحدة.

في هذه الصيغة، السعة الحرارية لها معنى معلمة واسعة النطاق، أي. اعتمادا على كمية المادة في النظام.

في هذه الحالة، من المستحيل قياس الخواص الحرارية للمواد المختلفة من خلال مقارنتها مع بعضها البعض. للاستخدام العملي، فإن المعلمة الأكثر إفادة هي ما يسمى حرارة نوعية.

حرارة نوعيةيوضح مقدار الحرارة التي يجب إضافتها إلى وحدة كمية من المادة لتسخينها بدرجة واحدة.

اعتمادًا على الوحدات التي يتم قياس كمية المادة بها، يتم التمييز بين ما يلي:

السعة الحرارية الجماعية النوعية (C). في نظام SI يتم قياسه

;

ترتبط أنواع مختلفة من السعة الحرارية المحددة ببعضها البعض:

,

أين
- الكتلة النوعية والقدرة الحرارية الحجمية والمولية، على التوالي؛

- كثافة الغاز في الظروف الفيزيائية العادية، كجم/م3؛

- الكتلة المولية للغاز، كجم/كمول؛

- حجم كيلومول واحد من الغاز المثالي في الوضع الطبيعي الحالة الجسدية.

بشكل عام، تعتمد السعة الحرارية على درجة الحرارة التي يتم تحديدها عندها.

يتم تحديد السعة الحرارية عند قيمة درجة حرارة معينة، أي. عندما يميل التغير في درجة حرارة النظام في وقت معين إلى الصفر
، مُسَمًّى القدرة الحرارية الحقيقية.

ومع ذلك، فإن إجراء الحسابات الهندسية لعمليات نقل الحرارة يتم تبسيطه بشكل كبير إذا قبلنا أنه عند تنفيذ العملية في نطاق تغيرات درجة حرارة النظام من قبل السعة الحرارية لا تعتمد على درجة الحرارة وتبقى ثابتة. في هذه الحالة، ما يسمى متوسط ​​القدرة الحرارية.

متوسط ​​القدرة الحرارية
- السعة الحرارية للنظام ثابتة في نطاق درجة الحرارة من قبل .

تعتمد السعة الحرارية على طبيعة عملية إمداد النظام بالحرارة. في عملية متساوية الضغط، من أجل تسخين النظام بدرجة واحدة، من الضروري توفيره كمية كبيرةالحرارة مما كانت عليه في عملية متساوية. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه في عملية متساوية الضغط، يتم إنفاق الحرارة ليس فقط على تغيير الطاقة الداخلية للنظام، كما هو الحال في عملية متساوية، ولكن أيضًا على أداء العمل على النظام لتغيير الحجم.

وفي هذا الصدد هناك تمييز متساوى الضغط
و متساوي اللون
السعة الحرارية، وتكون السعة الحرارية المتساوية دائمًا أكبر من السعة الحرارية المتساوية. يتم تحديد العلاقة بين هذه الأنواع من السعة الحرارية من خلال صيغة ماير:

أين - ثابت الغاز، J/(kgdeg).

وفي التطبيق العملي لهذه الصيغة، من الضروري توخي الحذر فيما يتعلق بتطابق أبعاد الكميات
,
و . في في هذه الحالةعلى سبيل المثال، من الضروري استخدام سعة حرارية محددة للكتلة. ستكون هذه الصيغة صالحة أيضًا لأنواع أخرى من السعة الحرارية المحددة، ولكن لتجنب الأخطاء الحسابية، من الضروري دائمًا الانتباه إلى تطابق أبعاد الكميات المدرجة في الصيغة. على سبيل المثال، عند استخدامه بدلاً من ثابت الغاز العالمي يجب أن تكون السعة الحرارية مولية محددة، وما إلى ذلك.

في عملية متساوية الحرارة، يتم إنفاق كل الحرارة الموردة للنظام على الأداء العمل الخارجيوالطاقة الداخلية وبالتالي درجة الحرارة لا تتغير. السعة الحرارية للنظام في مثل هذه العملية كبيرة بلا حدود. في عملية كظم الحرارة، تتغير درجة حرارة النظام دون التبادل الحراري مع البيئة الخارجية، مما يعني أن السعة الحرارية للنظام في مثل هذه العملية ستكون مساوية للصفر. لهذا السبب لا توجد مفاهيم للسعة الحرارية متساوية الحرارة أو ثابتة الحرارة.

في هذا العمل، تم استخدام طريقة مسعر التدفق لتحديد السعة الحرارية للهواء. يظهر الرسم التخطيطي لإعداد المختبر في الشكل 1.

رسم بياني 1. مخطط مقاعد المختبر

يتم إمداد الهواء عن طريق المروحة 1 إلى المسعر، وهو عبارة عن أنبوب 2 مصنوع من مادة ذات موصلية حرارية منخفضة وعزل حراري خارجي 3، وهو ضروري لمنع فقدان الحرارة في بيئة. يوجد داخل المسعر سخان كهربائي 4. يتم تغذية السخان من شبكة تيار متردد من خلال منظم الجهد 5. يتم قياس قوة السخان الكهربائي بواسطة الواطميتر 6. لقياس درجة حرارة الهواء عند مدخل ومخرج المسعر مقياس السعرات الحرارية، يتم استخدام المزدوجات الحرارية 7، المتصلة من خلال مفتاح 8 بجهاز القياس thermo-EMF 9. يتم تغيير تدفق الهواء عبر المسعر بواسطة المنظم 10 ويتم قياسه باستخدام مقياس دوار عائم 11.

إجراءات أداء العمل.

الحصول على البيانات الأولية والإذن من المدير لأداء العمل

قم بتشغيل المروحة واضبط تدفق الهواء المطلوب.

اضبط القيمة المحددة لطاقة السخان الكهربائي.

بعد إنشاء نظام درجة حرارة ثابت (يتم التحكم فيه بواسطة قراءات مستشعر درجة الحرارة عند مخرج المسعر)، يتم قياس درجة حرارة الهواء عند مدخل ومخرج المسعر، وتدفق الهواء وقوة السخان. يتم إدخال نتائج القياس في جدول البيانات التجريبية (انظر الجدول 1).

الجدول 1.

يتم الآن تثبيت واحدة جديدة نظام درجة الحرارةويتم إجراء القياسات المتكررة. يجب إجراء القياسات في وضعين أو ثلاثة أوضاع مختلفة.

بعد الانتهاء من القياسات، أعد جميع الهيئات التنظيمية إلى حالتها الأصلية وأوقف التثبيت.

بناءً على نتائج القياس، يتم تحديد قيمة متوسط ​​السعة الحرارية الحجمية المتساوية الضغط للهواء:

أين
- كمية الحرارة المتدفقة إلى الهواء في المسعر W. مقبولة مساوية لقيمة الطاقة الكهربائية للسخان.

- على التوالي، درجة حرارة الهواء عند مدخل ومخرج المسعر، K؛

- تدفق الهواء الحجمي عبر المسعر، مخفضًا إلى الظروف المادية الطبيعية، م 3 / ث؛

لجلب تدفق الهواء عبر المسعر إلى الظروف الطبيعية، استخدم معادلة حالة الغاز المثالي، المكتوبة للظروف الفيزيائية العادية والظروف التجريبية:

,

حيث توجد على الجانب الأيسر معلمات الهواء عند مدخل المسعر، وعلى الجانب الأيمن - في ظل الظروف المادية العادية.

بعد العثور على القيم
، الموافق لكل من الأوضاع المدروسة، يتم تحديد القيمة
، والذي يتم أخذه كتقدير للقيمة التجريبية للسعة الحرارية للهواء ويستخدم في الحسابات الإضافية.

، كيلوجول/كجم؛

يتم تحديد مؤشر ثابت الحرارة للهواء على أساس العلاقة

;

قارن القيم التي تم الحصول عليها من السعة الحرارية متساوية الضغط ومتساوية اللون مع قيم الجدول (انظر الملحق 1) وقم بتقييم دقة البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها.

أدخل النتائج في الجدول 2.

الجدول 2.

أسئلة التحكم.

ما هي السعة الحرارية؟

ما هي أنواع السعة الحرارية المحددة الموجودة؟

ما هي السعة الحرارية المتوسطة والحقيقية؟

ما يسمى السعة الحرارية متساوية الضغط ومتساوية اللون؟ كيف هم مترابطة؟

أي السعتين الحراريتين أكبر: C p أم C v ولماذا؟ أعط تفسيراً بناءً على القانون الأول للديناميكا الحرارية.

الخصائص تطبيق عمليصيغة ماير؟

لماذا لا توجد مفاهيم السعة الحرارية متساوية الحرارة والثباتية؟

المرفق 1.

السعة الحرارية للهواء حسب درجة الحرارة

دراسة عملية التدفق الأديابيتي للغاز من خلال فوهة مستدقة.

الهدف من العمل: دراسة تجريبية ونظرية للخصائص الديناميكية الحرارية لعملية تدفق الغاز من فوهة متقاربة.

يمارس:

1. بالنسبة لغاز معين، احصل على اعتماد معدل التدفق الفعلي ومعدل التدفق على فرق الضغط المتاح قبل الفوهة وبعدها.

الأحكام الأساسية.

تعتبر الدراسة الديناميكية الحرارية لعمليات حركة الغاز عبر القنوات ذات أهمية عملية كبيرة. تُستخدم المبادئ الأساسية لنظرية تدفق الغاز في حسابات مسار تدفق التوربينات البخارية والغازية والمحركات النفاثة والضواغط والمحركات الهوائية والعديد من الأنظمة التقنية الأخرى.

تسمى قناة ذات مقطع عرضي متغير، عند المرور من خلالها يتوسع تدفق الغاز مع انخفاض الضغط وزيادة السرعة، فوهة. في الفوهات، يتم تحويل الطاقة الكامنة لضغط الغاز إلى طاقة حركية للتدفق. إذا كان هناك زيادة في ضغط السائل العامل في القناة وانخفاض في سرعة حركته، فإن هذه القناة تسمى الناشر. في الناشرات، يتم زيادة الطاقة الكامنة للغاز عن طريق تقليل الطاقة الحركية.

لتبسيط الوصف النظري لعملية تدفق الغاز، تم وضع الافتراضات التالية:

الغاز مثالي.

لا يوجد احتكاك داخلي في الغاز، أي. اللزوجة.

لا توجد خسائر لا رجعة فيها أثناء عملية انتهاء الصلاحية؛

تدفق الغاز ثابت وثابت، أي. في أي نقطة في المقطع العرضي للتدفق، تكون سرعة التدفق w ومعلمات حالة الغاز (p، v، T) متماثلة ولا تتغير بمرور الوقت؛

التدفق أحادي البعد، أي. تتغير خصائص التدفق فقط في اتجاه التدفق؛

لا يوجد تبادل حراري بين التدفق والبيئة الخارجية، أي. عملية التدفق إلى الخارج هي adiabatic.

يعتمد الوصف النظري لعملية تدفق الغاز على المعادلات التالية.

معادلة الغاز المثالي للحالة

,

حيث R هو ثابت الغاز؛

T هي درجة الحرارة المطلقة لتدفق الغاز.

المعادلة الأديباتية (معادلة بواسون)

حيث p هو ضغط الغاز المطلق؛

k هو المؤشر الأديباتي.

معادلة استمرارية التدفق

حيث F هي مساحة المقطع العرضي للتدفق؛

ث - سرعة التدفق؛

v – حجم معين من الغاز.

معادلة برنولي للمائع العامل القابل للانضغاط مع مراعاة عدم وجود احتكاك داخلي

توضح هذه المعادلة أنه مع زيادة ضغط الغاز، تنخفض دائمًا سرعته وطاقته الحركية، والعكس صحيح، مع انخفاض الضغط، تزداد سرعة الغاز وطاقته الحركية.

معادلة القانون الأول للديناميكا الحرارية للتدفق.

القانون الأول للديناميكا الحرارية في الحالة العامة له الشكل التالي

,

أين
- الكمية الأولية من الحرارة الموردة إلى النظام؛

- التغيير الأولي في الطاقة الداخلية للنظام؛

- العمل الأولي لتغيير الحجم الذي يقوم به النظام.

في حالة النظام الديناميكي الحراري المتحرك (تدفق الغاز المتحرك)، يتم إنفاق جزء من عمل تغيير الحجم على التغلب على قوى الضغط الخارجية، أي. الحركة الفعلية للغاز. هذا الجزء عمل عاممُسَمًّى دفع العمل. يمكن استخدام الجزء المتبقي من عمل تغيير الحجم بشكل مفيد، على سبيل المثال، إنفاقه على تدوير عجلة التوربينات. يسمى هذا الجزء من التشغيل الشامل للنظام العمل المتاح أو الفني.

وهكذا، في حالة تدفق الغاز، يتكون عمل تغيير الحجم من فترتين - عمل الدفع والعمل الفني (القابل للتصرف):

أين
- أعمال الدفع الأولية؛

- العمل الفني الأساسي

ثم سيكون للقانون الأول للديناميكا الحرارية للتدفق الشكل

,

أين
- تغيير أولي في المحتوى الحراري للنظام.

في حالة التدفق الأديباتيكي

وهكذا متى في التدفق الخارجي الأدياباتي، يتم تنفيذ العمل الفني بسبب انخفاض المحتوى الحراري للغاز.

بناءً على الافتراضات التي تمت مناقشتها أعلاه فيما يتعلق بحالة تدفق الغاز إلى الخارج من سفينة ذات سعة غير محدودة (في هذه الحالة، سرعة الغاز الأولية
) يتم الحصول على صيغ لتحديد السرعة النظرية وتدفق كتلة الغاز في قسم خروج الفوهة:

أو

أين
- ضغط ودرجة حرارة الغاز في قسم مدخل الفوهة؛

- المحتوى الحراري المحدد للتدفق، على التوالي، عند مدخل الفوهة والخروج من الفوهة؛

- مؤشر ثابت الحرارة.

- ثابت الغاز؛

- نسبة الضغوط عند مخرج الفوهة وعند مدخل الفوهة؛

- مساحة قسم مخرج الفوهة.

يوضح تحليل الصيغ التي تم الحصول عليها أنه، وفقًا للنظرية المقبولة، فإن اعتماد السرعة النظرية وتدفق الكتلة على نسبة الضغط يجب أن يكون له الشكل الممثل على الرسوم البيانية بواسطة منحنيات محددة بالحرف T (انظر الشكل 1 والشكل 1). .2). يستنتج من الرسوم البيانية أنه وفقًا للنظرية، مع انخفاض قيم  من 1 إلى 0، يجب أن تزيد سرعة التدفق الخارجي بشكل مستمر (انظر الشكل 1)، ويزيد معدل تدفق الكتلة أولاً إلى قيمة قصوى معينة ، وبعد ذلك يجب أن ينخفض ​​إلى 0 عند  = 0 ​​(انظر الشكل 2).

الشكل 1. اعتماد سرعة التدفق على نسبة الضغط 

الشكل 2. اعتماد تدفق الكتلة على نسبة الضغط 

ومع ذلك، في دراسة تجريبية لتدفق الغازات من فوهة مستدقة، تم اكتشاف أنه عندما تنخفض  من 1 إلى 0، فإن سرعة العادم الفعلية، وبالتالي معدل التدفق الفعلي، تزداد أولاً بما يتوافق تمامًا مع النظرية المقبولة لـ العملية، ولكن بعد الوصول إلى الحد الأقصى لقيمها، مع انخفاض إضافي في  إلى 0 تبقى دون تغيير

يتم تمثيل طبيعة هذه التبعيات على الرسوم البيانية بواسطة منحنيات مميزة بالحرف D (انظر الشكل 1 والشكل 2).

تم اقتراح تفسير مادي للتناقض بين الاعتماد النظري والبيانات التجريبية لأول مرة في عام 1839 من قبل العالم الفرنسي سانت فينانت. تم تأكيد ذلك من خلال مزيد من البحث. ومن المعروف أن أي اضطراب، حتى ولو كان ضعيفًا، للوسط الثابت ينتشر فيه بسرعة الصوت. في التدفق المتحرك عبر الفوهة باتجاه مصدر الاضطراب، تكون سرعة انتقال الاضطراب إلى الفوهة، أي. عكس اتجاه التدفق سيكون أقل بمقدار سرعة التدفق نفسه. وهذا هو ما يسمى بالسرعة النسبية لانتشار الاضطراب، والتي تساوي
. عندما تمر موجة مضطربة إلى الفوهة على طول التدفق بأكمله، تحدث إعادة توزيع مناسبة للضغط، والنتيجة، وفقًا للنظرية، هي زيادة في سرعة التدفق الخارجي ومعدل تدفق الغاز. عند ضغط غاز ثابت عند مدخل الفوهة P 1 =const، يتوافق الانخفاض في ضغط الوسط الذي يتدفق إليه الغاز مع انخفاض في قيمة β.

ومع ذلك، إذا انخفض ضغط الوسط الذي يتدفق فيه الغاز إلى قيمة معينة تصبح عندها سرعة التدفق عند مخرج الفوهة مساوية للسرعة المحلية للصوت، فلن تتمكن موجة الاضطراب من الانتشار في الفوهة، نظرًا لأن فإن السرعة النسبية لانتشاره في الوسط في الاتجاه المعاكس لحركته تساوي صفراً:

.

في هذا الصدد، لا يمكن أن تحدث إعادة توزيع الضغط في التدفق على طول الفوهة وسيظل معدل تدفق الغاز عند مخرج الفوهة دون تغيير ويساوي سرعة الصوت المحلية. وبعبارة أخرى، يبدو أن التدفق "ينفخ" الفراغ الناتج من الخارج من الفوهة. بغض النظر عن مدى انخفاض الضغط المطلق للوسط خلف الفوهة، لن تكون هناك زيادة أخرى في سرعة العادم، وبالتالي معدل التدفق، لأن مجازيًا، وفقًا لرينولدز، "تتوقف الفوهة عن الشعور بما يحدث خارجها"، أو كما يقولون أحيانًا، "الفوهة مغلقة". ومن التشبيه لهذه الظاهرة موقف يمكن ملاحظته في بعض الأحيان عندما تحمل رياح معاكسة قوية صوت شخص ما ولا يستطيع المحاور سماع كلامه حتى لو كان قريبًا جدًا إذا هبت الريح منه باتجاه مكبر الصوت.

يسمى وضع التدفق الخارجي الذي تصل فيه سرعة التدفق عند مخرج الفوهة إلى السرعة المحلية للصوت الوضع الحرج.معدل التدفق ، استهلاك ونسبة الضغط ، المطابق لهذا الوضع، يُطلق عليه أيضًا شديد الأهمية. يتوافق هذا الوضع مع الحد الأقصى لقيم سرعة التدفق ومعدل التدفق التي يمكن تحقيقها عندما يتدفق الغاز عبر فوهة متقاربة تقليدية. يتم تحديد نسبة الضغط الحرجة بواسطة الصيغة

,

حيث k هو الأس الأديابي.

تعتمد نسبة الضغط الحرج فقط على نوع الغاز وتكون ثابتة بالنسبة لغاز معين. على سبيل المثال:

للغازات أحادية الذرة k= 1.66 و  k 0.489؛

للغازات الذرية والهواء k= 1.4 و k 0.528

بالنسبة للغازات ثلاثية ومتعددة الذرات k=1.3 و إلى 0.546.

وبالتالي، فإن التبعيات النظرية لتحديد معدل التدفق ومعدل تدفق الغاز، التي تم الحصول عليها في إطار الافتراضات المقبولة، صالحة في الواقع فقط في نطاق القيم
. بالقيم
تظل سرعة التدفق ومعدل التدفق ثابتًا في الواقع والحد الأقصى للظروف المحددة.

علاوة على ذلك، بالنسبة لظروف التدفق الحقيقي، فإن سرعة العادم الفعلية ومعدل تدفق الغاز عند مخرج الفوهة حتى عند القيم
ستكون أقل قليلاً من القيم النظرية المقابلة لها. يحدث هذا بسبب احتكاك الطائرة بجدران الفوهة. درجة الحرارة عند مخرج الفوهة أعلى قليلاً من درجة الحرارة النظرية. ويرجع ذلك إلى أن جزءًا من الشغل المتاح لتدفق الغاز يتبدد ويتحول إلى حرارة مما يؤدي إلى زيادة درجة الحرارة.

وصف منصة المختبر.

يتم إجراء دراسة عملية تدفق الغاز من الفوهة باستخدام التثبيت على أساس طريقة المحاكاة الحقيقية العمليات الفيزيائية. يتكون التثبيت من جهاز كمبيوتر متصل بنموذج لمنطقة العمل ولوحة تحكم وأدوات قياس. يظهر مخطط التثبيت في الشكل 3.

تين. 3. مخطط التثبيت لدراسة عملية تدفق الغاز

قسم العمل للتركيب عبارة عن أنبوب يتم فيه تركيب فوهة الاختبار المدببة 3 بقطر مخرج d = 1.5 مم. تدفق الغاز (الهواء، ثاني أكسيد الكربون(CO 2)، يتم إنشاء الهيليوم (He)) من خلال الفوهة باستخدام مضخة فراغ 5. ضغط الغاز عند المدخل يساوي الضغط الجوي (P 1 =B). يتم تنظيم معدل تدفق الغاز G ومعدل التدفق w بواسطة الصمام 4. يتم تحديد أوضاع التشغيل من خلال قيمة الفراغ خلف الفوهةP 3، والتي يتم تسجيلها على مؤشر رقمي 6. يتم قياس تدفق الغاز باستخدام غشاء قياس بقطر d d = 5 ملم. يتم تسجيل فرق الضغط عبر الحجاب الحاجز H على المؤشر الرقمي 7 ويتم تكراره على شاشة شاشة الكمبيوتر. يتم أيضًا تسجيل التفريغ P 2 الموجود في قسم مخرج الفوهة على المؤشر الرقمي 6 وشاشة المراقبة. تم تحديد معامل التدفق لحجاب قياس بفتحة معايرة  = 0.95 نتيجة للمعايرة.

إجراءات أداء العمل.

قم بتشغيل التثبيت على الشبكة، وادخل في حوار مع برنامج التجربة المضمن في الكمبيوتر.

اختر نوع الغاز لإجراء التجربة.

قم بتشغيل مضخة الفراغ. يؤدي هذا إلى إنشاء فراغ خلف الصمام رقم 4، والذي يتم عرضه على شاشة المراقبة.

ومن خلال فتح الصمام رقم 4 تدريجيًا، يتم إنشاء الحد الأدنى من الفراغ

P 3 = 0,1 عند، وهو ما يتوافق مع الوضع الأول. عند هذه النقطة، يبدأ تدفق الغاز.

أدخل في البروتوكول التجريبي (الجدول 1) القيم العددية P 3، P 2، H، المسجلة باستخدام المؤشرات الرقمية 6 و 7.

إجراء قياسات القيم P 2 , H للأوضاع اللاحقة المقابلة لقيم الفراغ الناتج عن مضخة التفريغ،

ف 3 = 0.2؛ 0.3؛ 0.4؛ 0.5…..0.9 في. أدخل نتائج القياس في الجدول 1

الجدول 1.

ضغط الغاز عند مدخل الفوهة P 1 =B= Pa.

درجة حرارة الغاز عند مدخل الفوهة t 1 =C.

	رقم الوضع	نتائج القياس

معالجة نتائج القياس.

يتم تحديد الضغط المطلق للوسط P 3 خلف الفوهة التي يتدفق إليها الغاز

، بنسلفانيا

4.2. يتم تحديد ضغط الغاز المطلق P 2 في قسم مخرج الفوهة

، بنسلفانيا

يتم تحديد معدل تدفق كتلة الغاز الفعلي من خلال انخفاض الضغط H عبر حاجز القياس

، كجم/ثانية

أين
- معامل تدفق الحجاب الحاجز القياس؛

- انخفاض الضغط عبر الحجاب الحاجز، باسكال؛

- كثافة الغاز كجم/م3؛

- الضغط الجوي، باسكال؛

- ثابت الغاز، J/(kg∙deg);

- درجة حرارة الغاز،С؛

- قطر الحجاب الحاجز القياس.

4.4. نظرًا لأن عملية التدفق إلى الخارج هي عملية كظم الحرارة، يتم تحديد درجة حرارة الغاز النظرية T2 عند مخرج الفوهة باستخدام العلاقة المعروفة للعملية الكاظمية:

4.5. يتم تحديد سرعة العادم الفعلية ودرجة حرارة الغاز في قسم خروج الفوهة

، آنسة؛

أين - معدل تدفق كتلة الغاز الفعلي، كجم/ثانية؛

- على التوالي، درجة الحرارة (K) والضغط (Pa) للغاز في قسم مخرج الفوهة؛

- منطقة مخرج الفوهة؛

- قطر قسم مخرج الفوهة.

ومن ناحية أخرى، استنادا إلى القانون الأول للديناميكا الحرارية للتدفق

أين
- المحتوى الحراري النوعي للغاز عند مدخل ومخرج الفوهة، J/kg، على التوالي؛

- درجة حرارة الغاز عند مدخل ومخرج الفوهة، على التوالي، K؛

- السعة الحرارية المتساوية النوعية للغاز، J/(kgdeg)؛

ومن خلال مساواة الأطراف اليمنى للمعادلتين (17) و(18)، وحل المعادلة التربيعية الناتجة لـ T 2، يتم تحديد درجة حرارة الغاز الفعلية في قسم مخرج الفوهة.

أو

,

أين
;

;

.

4.6. يتم تحديد معدل التدفق الشامل النظري للغاز للتدفق الأديباتي

، كجم/ثانية؛

أين - منطقة المقطع العرضي لخروج الفوهة، م2؛

- ضغط الغاز المطلق عند مدخل الفوهة، Pa؛

- درجة حرارة الغاز عند مدخل الفوهة، K؛

- ثابت الغاز، J/(kgdeg);

- مؤشر ثابت الحرارة.

4.7. يتم تحديد معدل تدفق الغاز النظري

أين - درجة حرارة الغاز في قسم مدخل الفوهة؛

- مؤشر ثابت الحرارة.

- ثابت الغاز؛

- نسبة الضغط؛

- الضغط المطلق للوسط الذي يتدفق فيه الغاز، Pa؛

- ضغط الغاز المطلق عند مدخل الفوهة، Pa.

4.8. يتم تحديد الحد الأقصى لمعدل تدفق الغاز النظري
(التدفق إلى الفراغ عند P 3 = 0) والسرعة النظرية المحلية للصوت (السرعة الحرجة)
.

4.9. يتم إدخال نتائج الحساب في الجدول 2.

الجدول 2.

نتائج الحساب

4.10. في الإحداثيات
و
يتم إنشاء الرسوم البيانية للتبعية، كما يتم إنشاء الرسم البياني للتبعية
. يتم تحديد قيمة نسبة الضغط الحرجة من الرسوم البيانية ,

الذي يقارن مع المحسوبة

.

4.11. بناءً على نتائج الحسابات والإنشاءات الرسومية، استخلص الاستنتاج التالي:

كيف تعتمد معدلات تدفق الغاز النظرية ومعدلات التدفق على نسبة الضغط β؟

كيف يعتمد معدل تدفق الغاز الفعلي ومعدل التدفق على نسبة الضغط β؟

لماذا تكون معدلات تدفق الغاز الفعلية ومعدلات التدفق أقل من القيم النظرية المقابلة لها في ظل نفس الظروف الخارجية؟

أسئلة التحكم.

ما هي الافتراضات التي تم وضعها في الوصف النظري للديناميكا الحرارية لعملية تدفق الغاز؟

ما هي القوانين الأساسية المستخدمة لوصف عملية التدفق من الناحية النظرية؟

ما المكونات التي تشكل الشغل الذي يبذله تدفق الغاز أثناء تدفقه عبر الفوهة؟

ما العلاقة بين المحتوى الحراري والعمل الفني لتدفق الغاز أثناء التدفق الأديباتي؟

ما هو نظام التدفق الحرج وكيف يتم وصفه؟

كيف تفسر من وجهة نظر فيزيائية التناقض بين الاعتماد النظري والتجريبي لسرعة التدفق الخارجي ومعدل التدفق على ؟

كيف يؤثرون ظروف حقيقيةالتدفق على سرعة الغاز ومعدل تدفقه ودرجة حرارته عند مخرج الفوهة؟

العمل المختبري رقم 1

تعريف الأيزوبار الشامل

السعة الحرارية للهواء

السعة الحرارية هي الحرارة التي يجب إضافتها إلى وحدة كمية من المادة لتسخينها بمقدار 1 كلفن. ويمكن قياس وحدة كمية المادة بالكيلوجرام، والمتر المكعب في الظروف الفيزيائية العادية، والكيلومول. الكيلومول من الغاز هو كتلة الغاز بالكيلوجرام، ويساوي عدديًا وزنه الجزيئي. وبالتالي، هناك ثلاثة أنواع من السعات الحرارية: الكتلة c، J/(kg⋅K)؛ الحجمي s′، J/(m3⋅K) والمولي، J/(kmol⋅K). نظرًا لأن كتلة الكيلومول من الغاز أكبر بـ μ مرات من كيلوغرام واحد، لم يتم تقديم تسمية منفصلة للسعة الحرارية المولية. العلاقات بين السعات الحرارية:

حيث = 22.4 م3/كمول هو حجم كيلومول من الغاز المثالي في الظروف الفيزيائية العادية؛ – كثافة الغاز في الظروف الفيزيائية العادية كجم/م3.

السعة الحرارية الحقيقية للغاز هي مشتق الحرارة بالنسبة لدرجة الحرارة:

تعتمد الحرارة الموردة للغاز على العملية الديناميكية الحرارية. يمكن تحديده من خلال القانون الأول للديناميكا الحرارية للعمليات المتساوية والإيزوبارية:

هنا هي الحرارة التي يتم توفيرها لـ 1 كجم من الغاز في عملية متساوية الضغط؛ - التغير في الطاقة الداخلية للغاز. – عمل الغازات ضد القوى الخارجية .

بشكل أساسي، الصيغة (4) تصوغ القانون الأول للديناميكا الحرارية، والذي تتبع منه معادلة ماير:

إذا وضعنا = 1 K، فهذا يعني المعنى الجسديثابت الغاز هو الشغل الذي يبذله 1 كجم من الغاز في عملية متساوية الضغط عندما تتغير درجة حرارته بمقدار 1 كلفن.

معادلة ماير لـ 1 كيلومتر من الغاز لها الشكل

حيث = 8314 J/(kmol⋅K) هو ثابت الغاز العالمي.

بالإضافة إلى معادلة ماير، ترتبط السعات الحرارية للكتلة متساوية الضغط ومتساوية اللون للغازات ببعضها البعض من خلال الأس الأديباتي k (الجدول 1):

الجدول 1.1

قيم الأسس الأديباتية للغازات المثالية

ذرية الغازات
الغازات أحادية الذرة
الغازات ثنائية الذرة
الغازات ثلاثية ومتعددة الذرات

الهدف من العمل

توحيد المعرفة النظرية حول القوانين الأساسية للديناميكا الحرارية. التطوير العملي لطريقة تحديد السعة الحرارية للهواء على أساس توازن الطاقة.

التحديد التجريبي للسعة الحرارية الجماعية للهواء ومقارنة النتيجة التي تم الحصول عليها مع القيمة المرجعية.

1.1. وصف إعداد المختبر

يتكون التثبيت (الشكل 1.1) من أنبوب نحاسي 1 بقطر داخلي d =
= 0.022 م، وفي نهايته يوجد سخان كهربائي عازل للحرارة 10. يتحرك تيار هواء داخل الأنبوب المزود 3. ويمكن تنظيم تدفق الهواء عن طريق تغيير سرعة المروحة. يحتوي الأنبوب 1 على أنبوب ضغط كامل 4 وضغط ثابت زائد 5، متصلين بمقاييس الضغط 6 و7. بالإضافة إلى ذلك، يتم تركيب مزدوجة حرارية 8 في الأنبوب 1، والتي يمكن أن تتحرك على طول المقطع العرضي في وقت واحد مع أنبوب الضغط الكامل. يتم تحديد حجم القوة الدافعة الكهربية للمزدوجة الحرارية بواسطة مقياس الجهد 9. ويتم تنظيم تسخين الهواء المتحرك عبر الأنبوب باستخدام محول ذاتي مختبري 12 عن طريق تغيير قوة المدفأة، والتي يتم تحديدها من خلال قراءات مقياس التيار الكهربائي 14 والفولتميتر 13. يتم تحديد درجة حرارة الهواء عند مخرج المدفأة بواسطة مقياس الحرارة 15.

1.2. طريقة تجريبية

التدفق الحراري للسخان W:

حيث أنا - الحالي، A؛ U - الجهد، V؛ = 0.96؛ =
= 0.94 – معامل فقدان الحرارة.

الشكل 1.1. مخطط الإعداد التجريبي:

1 - الأنابيب. 2 - الحيرة. 3 - مروحة. 4- أنبوب لقياس الضغط الديناميكي.

5 - الأنابيب. 6، 7 – أجهزة قياس الضغط التفاضلي. 8 - المزدوجة الحرارية. 9 - مقياس الجهد. 10 - العزل.

11 - سخان كهربائي. 12 - المحول الذاتي المختبري. 13 - الفولتميتر.

14 - مقياس التيار الكهربائي. 15- ميزان الحرارة

التدفق الحراري الذي يمتصه الهواء W:

حيث م – تدفق الهواء الشامل، كجم/ثانية؛ - السعة الحرارية التجريبية المتساوية الكتلة للهواء، J/(kg K)؛ – درجة حرارة الهواء عند الخروج من قسم التدفئة وعند المدخل إليه درجة مئوية.

تدفق الهواء الشامل، كجم / ثانية:

. (1.10)

هنا هو متوسط ​​سرعة الهواء في الأنبوب، م/ث؛ د – القطر الداخلي للأنبوب م؛ - كثافة الهواء عند درجة الحرارة، والتي يتم إيجادها بالصيغة، كجم/م3:

, (1.11)

حيث = 1.293 كجم/م3 – كثافة الهواء في ظل الظروف الفيزيائية العادية؛ ب – الضغط مم. غ. شارع؛ – ضغط الهواء الساكن الزائد في الأنبوب، مم. ماء فن.

يتم تحديد سرعات الهواء بالضغط الديناميكي في أربعة أقسام متساوية، م/ث:

أين هو الضغط الديناميكي، مم. ماء فن. (كجم/م2)؛ ز = 9.81 م/ث2 – تسارع السقوط الحر.

متوسط ​​سرعة الهواء في المقطع العرضي للأنبوب، م/ث:

يتم تحديد متوسط ​​السعة الحرارية للكتلة المتساوية الضغط للهواء من الصيغة (1.9)، حيث يتم استبدال التدفق الحراري من المعادلة (1.8). القيمة الدقيقةيمكن العثور على السعة الحرارية للهواء عند متوسط ​​درجة حرارة الهواء من جدول متوسط ​​السعات الحرارية أو من الصيغة التجريبية J/(kg⋅K):

. (1.14)

الخطأ النسبي للتجربة،٪:

. (1.15)

1.3. إجراء التجربة والمعالجة

نتائج القياس

يتم تنفيذ التجربة بالتسلسل التالي.

1. يتم تشغيل حامل المختبر وبعد ضبط الوضع الثابت، يتم أخذ القراءات التالية:

ضغط الهواء الديناميكي عند أربع نقاط من أقسام الأنابيب المتساوية؛

ضغط الهواء الساكن المفرط في الأنبوب؛

التيار I، A والجهد U، V؛

درجة حرارة الهواء الداخل، درجة مئوية (الحرارية 8)؛

درجة حرارة المخرج، درجة مئوية (مقياس الحرارة 15)؛

الضغط الجوي ب، مم. غ. فن.

يتم تكرار التجربة للوضع التالي. يتم إدخال نتائج القياس في الجدول 1.2. يتم إجراء الحسابات في الجدول. 1.3.

الجدول 1.2

جدول القياس

	اسم الكمية
	درجة حرارة مدخل الهواء، درجة مئوية
	درجة حرارة الهواء الخارج، درجة مئوية
	ضغط الهواء الديناميكي، مم. ماء فن.
	فرط ضغط الهواء الساكن، مم. ماء فن.
	الضغط الجوي ب، مم. غ. فن.
	الجهد U، V

الجدول 1.3

جدول الحساب

	اسم الكميات
	الضغط الديناميكي، N/m2
	معدل الحرارةتدفق المدخل، درجة مئوية

طاقة النقل (النقل البارد) رطوبة الجو. السعة الحرارية والمحتوى الحراري للهواء

رطوبة الجو. السعة الحرارية والمحتوى الحراري للهواء

الهواء الجوي عبارة عن خليط من الهواء الجاف وبخار الماء (من 0.2% إلى 2.6%). وبالتالي، يمكن دائمًا اعتبار الهواء رطبًا.

يسمى الخليط الميكانيكي للهواء الجاف وبخار الماء هواء رطبأو خليط الهواء والبخار. أقصى محتوى ممكن من الرطوبة البخارية في الهواء م ع.ن.يعتمد على درجة الحرارة روالضغط صمخاليط. عندما يتغير رو صيمكن أن ينتقل الهواء من حالة عدم التشبع في البداية إلى حالة التشبع ببخار الماء، ومن ثم تبدأ الرطوبة الزائدة بالترسيب في حجم الغاز وعلى الأسطح المحيطة على شكل ضباب أو صقيع أو ثلج.

المعلمات الرئيسية التي تميز حالة الهواء الرطب هي: درجة الحرارة، الضغط، الحجم المحدد، محتوى الرطوبة، الرطوبة المطلقة والنسبية، الوزن الجزيئي، ثابت الغاز، السعة الحرارية والمحتوى الحراري.

حسب قانون دالتون لمخاليط الغازات الضغط الكلي للهواء الرطب (P)هو مجموع الضغوط الجزئية للهواء الجاف P c وبخار الماء P p: P = P c + P p.

وبالمثل، سيتم تحديد الحجم V والكتلة m للهواء الرطب من خلال العلاقات:

V = V ج + V ص، م = م ج + م ص.

كثافةو حجم معين من الهواء الرطب (ت)مُعرف:

الوزن الجزيئي للهواء الرطب:

حيث B هو الضغط الجوي.

وبما أن رطوبة الهواء تزداد بشكل مستمر أثناء عملية التجفيف، وتبقى كمية الهواء الجاف في خليط الهواء البخاري ثابتة، يتم الحكم على عملية التجفيف من خلال كيفية تغير كمية بخار الماء لكل 1 كجم من الهواء الجاف، وجميع مؤشرات ويشير خليط الهواء والبخار (السعة الحرارية، ومحتوى الرطوبة، والمحتوى الحراري، وما إلى ذلك) إلى 1 كجم من الهواء الجاف الموجود في الهواء الرطب.

د = م ع / م ج، جم / كجم، أو، X = م ع / م ج.

رطوبة الهواء المطلقة- كتلة البخار في 1 م 3 من الهواء الرطب. هذه القيمة تساوي عدديا.

الرطوبة النسبية -هي نسبة الرطوبة المطلقة للهواء غير المشبع إلى الرطوبة المطلقة للهواء المشبع في ظل ظروف معينة:

هنا، ولكن في كثير من الأحيان يتم تحديد الرطوبة النسبية كنسبة مئوية.

بالنسبة لكثافة الهواء الرطب تكون العلاقة التالية صحيحة:

حرارة نوعيةالهواء الرطب:

ج = ج ج + ج ص ×د/1000 = ج ج + ج ص ×X، كجول/(كجم× درجة مئوية)،

حيث c c هي السعة الحرارية النوعية للهواء الجاف، c c = 1.0؛

ج ف - السعة الحرارية النوعية للبخار؛ مع ن = 1.8.

يمكن اعتبار السعة الحرارية للهواء الجاف عند ضغط ثابت ودرجات حرارة صغيرة (تصل إلى 100 درجة مئوية) ثابتة للحسابات التقريبية، تساوي 1.0048 كيلوجول/(كجم × درجة مئوية). بالنسبة للبخار شديد السخونة، يمكن أيضًا اعتبار متوسط ​​السعة الحرارية متساوية الضغط عند الضغط الجوي ودرجات الحرارة المنخفضة ثابتة وتساوي 1.96 كيلوجول/(كجم × كلفن).

المحتوى الحراري (ط) من الهواء الرطب- هذه هي إحدى معالمها الرئيسية، والتي تستخدم على نطاق واسع في حسابات منشآت التجفيف، وذلك بشكل أساسي لتحديد الحرارة المستهلكة في تبخر الرطوبة من المواد التي يتم تجفيفها. يشار إلى المحتوى الحراري للهواء الرطب إلى كيلوغرام واحد من الهواء الجاف في خليط الهواء والبخار ويتم تحديده على أنه مجموع المحتوى الحراري للهواء الجاف وبخار الماء، أي

i = i c + i p ×Х، kJ/kg.

عند حساب المحتوى الحراري للمخاليط، يجب أن تكون نقطة البداية للمحتوى الحراري لكل مكون هي نفسها. لحسابات الهواء الرطب، يمكننا أن نفترض أن المحتوى الحراري للماء هو صفر عند 0 درجة مئوية، ثم نحسب أيضًا المحتوى الحراري للهواء الجاف من 0 درجة مئوية، أي i in = c in *t = 1.0048t.

وهو أمر ضروري لتغيير درجة حرارة مائع العمل، وهو الهواء في هذه الحالة، بمقدار درجة واحدة. تعتمد السعة الحرارية للهواء بشكل مباشر على درجة الحرارة والضغط. وفي نفس الوقت للبحث أنواع مختلفةيمكن استخدام القدرات الحرارية أساليب مختلفة.

رياضيا، يتم التعبير عن السعة الحرارية للهواء كنسبة من كمية الحرارة إلى الزيادة في درجة حرارته. عادة ما تسمى السعة الحرارية لجسم كتلته 1 كجم بالحرارة النوعية. السعة الحرارية المولية للهواء هي السعة الحرارية لمول واحد من المادة. يتم تحديد السعة الحرارية J/K. السعة الحرارية المولية، على التوالي، J/(mol*K).

يمكن اعتبار السعة الحرارية خاصية فيزيائية للمادة، وفي هذه الحالة الهواء، إذا تم القياس في ظل ظروف ثابتة. في أغلب الأحيان، يتم إجراء هذه القياسات تحت ضغط ثابت. هذه هي الطريقة التي يتم بها تحديد السعة الحرارية للهواء. ويزداد مع زيادة درجة الحرارة والضغط، وهو كذلك دالة خطيةكميات معينة. في هذه الحالة، يحدث تغير في درجة الحرارة عند ضغط ثابت. لحساب السعة الحرارية متساوية الضغط، من الضروري تحديد درجة الحرارة والضغط الكاذب. يتم تحديده باستخدام البيانات المرجعية.

السعة الحرارية للهواء. الخصائص

الهواء عبارة عن خليط غازي. عند النظر فيها في الديناميكا الحرارية، يتم وضع الافتراضات التالية. يجب أن يتم توزيع كل غاز في الخليط بالتساوي في جميع أنحاء الحجم. وبالتالي فإن حجم الغاز يساوي حجم الخليط بأكمله. ولكل غاز في الخليط ضغط جزئي خاص به، والذي يمارسه على جدران الوعاء. يجب أن تكون درجة حرارة كل مكون من خليط الغاز مساوية لدرجة حرارة الخليط بأكمله. وفي هذه الحالة يكون مجموع الضغوط الجزئية لجميع المكونات يساوي ضغط الخليط. يتم حساب السعة الحرارية للهواء بناءً على البيانات المتعلقة بتكوين خليط الغاز والقدرة الحرارية للمكونات الفردية.

السعة الحرارية تميز المادة بشكل غامض. من القانون الأول للديناميكا الحرارية يمكننا أن نستنتج أن الطاقة الداخلية للجسم تتغير ليس فقط اعتمادا على كمية الحرارة الواردة، ولكن أيضا على العمل الذي يبذله الجسم. في ظروف مختلفةمع تقدم عملية نقل الحرارة، قد يختلف عمل الجسم. وبالتالي، فإن نفس كمية الحرارة المنقولة إلى الجسم يمكن أن تسبب تغيرات مختلفة في درجة الحرارة والطاقة الداخلية للجسم. هذه الميزة نموذجية فقط للمواد الغازية. على عكس المواد الصلبة والسوائل، يمكن للمواد الغازية أن تغير حجمها بشكل كبير وتؤدي شغلًا. ولهذا السبب تحدد السعة الحرارية للهواء طبيعة العملية الديناميكية الحرارية نفسها.

ومع ذلك، عند حجم ثابت، لا يبذل الهواء أي شغل. ولذلك فإن التغير في الطاقة الداخلية يتناسب مع التغير في درجة حرارتها. إن نسبة السعة الحرارية في عملية ذات ضغط ثابت إلى السعة الحرارية في عملية ذات حجم ثابت هي جزء من صيغة العملية الأديباتية. ويشار إليه بالحرف اليوناني جاما.

من التاريخ

إن مصطلحي "السعة الحرارية" و"كمية الحرارة" لا يصفان جوهرهما بشكل جيد. هذا يرجع إلى حقيقة أنهم جاءوا إلى العلم الحديثمن نظرية السعرات الحرارية التي كانت شائعة في القرن الثامن عشر. اعتبر أتباع هذه النظرية أن الحرارة هي نوع من المواد عديمة الوزن الموجودة في الأجسام. لا يمكن تدمير هذه المادة ولا خلقها. تم تفسير تبريد وتسخين الأجسام من خلال انخفاض أو زيادة محتوى السعرات الحرارية، على التوالي. وبمرور الوقت، تبين أن هذه النظرية لا يمكن الدفاع عنها. ولم تستطع تفسير سبب حدوث نفس التغير في الطاقة الداخلية لجسم عندما تنتقل إليه كميات مختلفة من الحرارة، ويعتمد ذلك أيضًا على الشغل الذي يبذله الجسم.

يتم أخذ الخصائص الفيزيائية الأساسية للهواء بعين الاعتبار: كثافة الهواء، اللزوجة الديناميكية والحركية، السعة الحرارية النوعية، التوصيل الحراري، الانتشار الحراري، رقم براندتل والانتروبيا. وترد خصائص الهواء في الجداول اعتمادا على درجة الحرارة عند الضغط الجوي العادي.

كثافة الهواء حسب درجة الحرارة

ويرد جدول مفصل لقيم كثافة الهواء الجاف في درجات حرارة مختلفةوالضغط الجوي الطبيعي . ما هي كثافة الهواء؟ يمكن تحديد كثافة الهواء تحليليًا عن طريق قسمة كتلته على الحجم الذي يشغله.تحت ظروف معينة (الضغط ودرجة الحرارة والرطوبة). يمكنك أيضًا حساب كثافته باستخدام صيغة معادلة الحالة الغازية المثالية. للقيام بذلك، تحتاج إلى معرفة الضغط المطلق ودرجة حرارة الهواء، وكذلك ثابت الغاز وحجمه المولي. تتيح لك هذه المعادلة حساب الكثافة الجافة للهواء.

في الممارسة العملية، لمعرفة كثافة الهواء عند درجات حرارة مختلفةمن الملائم استخدام الجداول الجاهزة. على سبيل المثال، يبين الجدول أدناه كثافة الهواء الجوي حسب درجة حرارته. يتم التعبير عن كثافة الهواء في الجدول بالكيلوجرام لكل متر مكعبويعطى في نطاق درجات الحرارة من -50 إلى 1200 درجة مئوية عند الضغط الجوي العادي (101325 باسكال).

كثافة الهواء حسب درجة الحرارة - الجدول

ر، درجة مئوية	ρ، كجم/م 3	ر، درجة مئوية	ρ، كجم/م 3	ر، درجة مئوية	ρ، كجم/م 3	ر، درجة مئوية	ρ، كجم/م 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

عند درجة حرارة 25 درجة مئوية، تبلغ كثافة الهواء 1.185 كجم/م3.عند تسخينه، تنخفض كثافة الهواء - يتوسع الهواء (يزداد حجمه المحدد). مع زيادة درجة الحرارة، مثلاً حتى 1200 درجة مئوية، جداً كثافة قليلةهواء يساوي 0.239 كجم/م3، وهو أقل بخمس مرات من قيمته عند درجة حرارة الغرفة. بشكل عام، يسمح التخفيض أثناء التسخين بحدوث عملية مثل الحمل الحراري الطبيعي، ويستخدم، على سبيل المثال، في الطيران.

إذا قارنا كثافة الهواء بالنسبة إلى، فإن الهواء يكون أخف بثلاث مرات - عند درجة حرارة 4 درجات مئوية، تكون كثافة الماء 1000 كجم/م3، وكثافة الهواء 1.27 كجم/م3. ومن الضروري أيضًا ملاحظة قيمة كثافة الهواء في الظروف العادية. الظروف الطبيعية للغازات هي تلك التي تكون درجة حرارتها 0 درجة مئوية ويكون الضغط فيها مساويا للضغط الجوي العادي. وهكذا، وفقا للجدول، تبلغ كثافة الهواء في الظروف العادية (عند NL) 1.293 كجم/م3.

اللزوجة الديناميكية والحركية للهواء عند درجات حرارة مختلفة

عند إجراء الحسابات الحرارية، من الضروري معرفة قيمة لزوجة الهواء (معامل اللزوجة) عند درجات حرارة مختلفة. هذه القيمة مطلوبة لحساب أرقام رينولدز وجراشوف ورايلي، والتي تحدد قيمها نظام تدفق هذا الغاز. ويبين الجدول قيم المعاملات الديناميكية μ والحركية ν تتراوح لزوجة الهواء في درجات الحرارة من -50 إلى 1200 درجة مئوية عند الضغط الجوي.

يزداد معامل لزوجة الهواء بشكل ملحوظ مع زيادة درجة الحرارة.على سبيل المثال اللزوجة الحركية للهواء تساوي 15.0610 -6 م2/ث عند درجة حرارة 20 درجة مئوية، ومع زيادة درجة الحرارة إلى 1200 درجة مئوية تصبح لزوجة الهواء 233.710 -6 م 2/ث أي يزيد 15.5 مرة! اللزوجة الديناميكية للهواء عند درجة حرارة 20 درجة مئوية هي 18.1·10 -6 Pa·s.

عندما يتم تسخين الهواء، تزداد قيم اللزوجة الحركية والديناميكية. وترتبط هاتان الكميتان ببعضهما البعض من خلال كثافة الهواء التي تنخفض قيمتها عند تسخين هذا الغاز. ترتبط الزيادة في اللزوجة الحركية والديناميكية للهواء (وكذلك الغازات الأخرى) عند تسخينها باهتزاز أكثر كثافة لجزيئات الهواء حول حالة توازنها (وفقًا لـ MKT).

اللزوجة الديناميكية والحركية للهواء عند درجات حرارة مختلفة - الجدول

ر، درجة مئوية	μ·10 6 , باس·s	ν·10 6, م 2 /ث	ر، درجة مئوية	μ·10 6 , باس·s	ν·10 6, م 2 /ث	ر، درجة مئوية	μ·10 6 , باس·s	ν·10 6, م 2 /ث
-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

ملاحظة: كن حذرا! تُعطى لزوجة الهواء بقوة 10 6 .

السعة الحرارية النوعية للهواء عند درجات حرارة من -50 إلى 1200 درجة مئوية

يتم عرض جدول للسعة الحرارية النوعية للهواء عند درجات حرارة مختلفة. يتم إعطاء السعة الحرارية في الجدول عند ضغط ثابت (السعة الحرارية المتساوية الضغط للهواء) في نطاق درجات الحرارة من -50 إلى 1200 درجة مئوية للهواء في الحالة الجافة. ما هي السعة الحرارية المحددة للهواء؟ تحدد السعة الحرارية النوعية كمية الحرارة التي يجب إمدادها إلى كيلوغرام واحد من الهواء عند ضغط ثابت لزيادة درجة حرارته بمقدار درجة واحدة. على سبيل المثال، عند 20 درجة مئوية، لتسخين 1 كجم من هذا الغاز بمقدار 1 درجة مئوية في عملية متساوية الضغط، يلزم 1005 جول من الحرارة.

حرارة نوعيةيزداد الهواء مع زيادة درجة الحرارة.ومع ذلك، فإن اعتماد السعة الحرارية الجماعية للهواء على درجة الحرارة ليس خطيًا. في النطاق من -50 إلى 120 درجة مئوية، لا تتغير قيمته عمليًا - في ظل هذه الظروف، يبلغ متوسط ​​السعة الحرارية للهواء 1010 جول/(كجم درجة مئوية). ووفقا للجدول، يمكن ملاحظة أن درجة الحرارة تبدأ في التأثير بشكل كبير من قيمة 130 درجة مئوية. ومع ذلك، فإن درجة حرارة الهواء تؤثر على قدرته الحرارية النوعية بدرجة أقل بكثير من لزوجته. وبالتالي، عند تسخينه من 0 إلى 1200 درجة مئوية، تزيد السعة الحرارية للهواء بمقدار 1.2 مرة فقط - من 1005 إلى 1210 جول/(كجم درجة).

وتجدر الإشارة إلى أن السعة الحرارية للهواء الرطب أعلى من الهواء الجاف. إذا قارنا الهواء، فمن الواضح أن الماء له قيمة أعلى وأن محتوى الماء في الهواء يؤدي إلى زيادة في السعة الحرارية النوعية.

السعة الحرارية النوعية للهواء عند درجات حرارة مختلفة - الجدول

ر، درجة مئوية	ج ع، ي/(كجم درجة)	ر، درجة مئوية	ج ع، ي/(كجم درجة)	ر، درجة مئوية	ج ع، ي/(كجم درجة)	ر، درجة مئوية	ج ع، ي/(كجم درجة)
-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

الموصلية الحرارية، الانتشارية الحرارية، عدد براندتل للهواء

يعرض الجدول الخصائص الفيزيائية للهواء الجوي مثل التوصيل الحراري والانتشار الحراري وعدد براندتل الخاص به اعتمادًا على درجة الحرارة. يتم إعطاء الخصائص الفيزيائية الحرارية للهواء في النطاق من -50 إلى 1200 درجة مئوية للهواء الجاف. وفقًا للجدول، يمكن ملاحظة أن خصائص الهواء المحددة تعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة ويختلف اعتماد درجة حرارة الخصائص المدروسة لهذا الغاز.