Изучение эффекта Джоуля-Томсона.
Функциональный модуль №8 (рис. 23).
1. На передней панели модуля расположены: крепежный винт 1, табличка с названием работы, милливольтметр 2 для измерения термо-э.д.с. дифференциальной хромель-копелевой термопары, манометр 3 для измерения избыточного давления воздуха, тумблер включения вольтметра 4, тумблер включения питания вольтметра и компрессора 5, штуцер подсоса газа в компрессор 6.
2. Экспериментальная установка (рис. 24) состоит из текстолитовой гильзы 10, заполненной опрессованным войлоком 11, образующим пористую перегородку. Накидная гайка 12 через шайбу 13 уплотняет и герметизирует рабочий объем. Дифференциальная термопара 14 соединена с милливольтметром через переключатель 7. один спай термопары 15 находится на входе газового потока, а другой спай термопары 16 – на выходе из пористой перегородки. Компрессор 17 прокачивает газ через пористую перегородку, создавая избыточное давление в пределах (0 … 0,6) МПа. Вентиль 18 обеспечивает требуемое давление газа на входе в рабочий объем. Термопара 19, спай которой находится на входе газового потока, соединена с милливольтметром через переключатель 7.
Получение расчетных формул.
 |
|
Где: P1 , V1 – давление и объем некоторого количества газа со стороны высокого давления до его перетекания через перегородку;
P2 , V2 – давление и объем того же количества газа со стороны низкого давления после его перетекания через перегородку.
Считая, что процесс перетекания газа через пористую перегородку является квазистатическим (равновесным) адиабатным, применим первый закон термодинамики:
 |
(50)
Подставив (49) в (50), получим:
(51)
(52)
 |
|
|
 |
Дифференцируя (52) по температуре при Р = const, получим:
|
 |
Дифференцируя (52) по давлению при Т = const, получим:
|
 |
Подставив (54) и (55) в (53), определим:
 |
|
В работе определяется изменение давления газа ∆Рi и соответствующее изменение температуры ∆Тi при прохождении его через пористую перегородку.
Функциональный модуль №8 (рис. 21, 22).
1. Включить электропитание модуля тумблером “Сеть”.
2. Включить тумблером 4 милливольтметр 2. переключить тумблер 7 в положение “ << ” – измерение термо-э.д.с. дифференциальной термопары.
3. Включить компрессор тумблером 8 и вентилем 9 установить величину избыточного давления Р = 0,1 МПа.
4. Через 5 … 7 минут произвести измерение термо-э.д.с. ∆ε (<<), соответствующей разности температур воздуха до и после пористой перегородки.
5. Выключить компрессор тумблером 8 и произвести измерение термо-э.д.с. ∆ε(<<).
6. Переключить тумблер 7 в положение “ < ” – измерение термо-э.д.с. термопары, расположенной перед пористой перегородкой. Произвести измерение ∆ε(<).
7.Включить компрессор тумблером 8. произвести измерение ∆ε (<). Сравнить значения ∆ε (<), измеренные в п. 6. и п. 7. Если их различие более 20%, то увеличить время в п. 4.
8. Переключить тумблер 7 в положение “ << ” и произвести измерение ∆ε (<<).
9.Пункты 5. … 8. повторить не менее 5 раз. Данные опытов занести в таблицу в графе для ∆Р1 = 0,15 МПа.
10. По заданию преподавателя пункты 3. … 9. можно повторить для следующего избыточного давления ∆Р2 и т.д.
Данные установки и таблица результатов измерений.
Атмосферное давление Ро = … МПа;
Температура окружающей среды tC = … оC.
Таблица 10.
| Компрессор включен | ||||
| ∆Р1 = … , МПа | ||||
| №№ п\п | ∆ε(<), мВ | ∆t(<), С | ∆ε(<<), мВ | ∆t(<<), С |
| ∆Р2 = … , МПа | ||||
| №№ п\п | ∆ε(<), мВ | ∆t(<), С | ∆ε(<<), мВ | ∆t(<<), С |
| Компрессор выключен | ||||
| ∆Р = 0 | ||||
| №№ п\п | ∆ε(<), мВ | ∆t(<), С | ∆ε(<<), мВ | ∆t(<<), С |
11. Обработка результатов измерений.
1.
 |
Определить изменение температуры ∆t(<) относительно окружающей среды перед пористой перегородкой по формуле:
2.
 |
Определить изменение температуры ∆t(<<) при течении воздуха через пористую перегородку под действием перепада давления и в его отсутствии:
3. Рассчитать отношение ∆Ti / ∆Pi при данном ∆Р для каждого опыта.
4.
 |
Рассчитать среднее значение отношения:
5. Результаты расчета эффекта Джоуля-Томсона сравнить со справочными данными.
Рис.21.
Рис.22.
Лабораторная работа 20.