10

Лабораторная работа 10
Исследование процессов переноса в газах
Цель работы: изучение явлений переноса в газе. Определение коэффициента диффузии,
вязкости газа, длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул.
Приборы и принадлежности: прибор для измерения объемной скорости газа.
Описание установки:
4
Прибор для измерения объемной скорости
течения газа (рис. 3.3) состоит из сосуда 1 с
исследуемым газом и сосуда 2, заполненного
5
водой и присоединенного к сосуду 1 гибкой
1
6
трубкой. Давление в сосуде 1 регулируется
перемещением по вертикали открытого
сосуда 2 и измеряется U-образным
3
манометром 3 (1 мм вод. ст.  10 Па). Сосуд
1 сообщается с атмосферой через кран 4 и
узкую трубку 5. Положение уровня
жидкости и изменение объема газа в сосуде
1 определяются по шкале 6 (1 деление
соответствует 5 см3).
Рис. 1
К явлениям переноса относят диффузию,
внутреннее трение (вязкость),
теплопроводность. В данной работе исследуются первые два явления.
2
Основные расчетные формулы.
1.
-Формула для определения коэффициента вязкости.
Где - коэффициента вязкости; -радиус капилляра; -разность давлений в сосуде
№3;
-время течения газа в сосуде;
-объем протекающего газа(воздуха.)
2
2. = V / (t  a ). Где  средняя по сечению скорость течения газа; t-время
течения газа в сосуде; -радиус капилляра.
3. = (8RT / )1/2 Где - средняя скорость теплового движения молекул; R = 8,31
(Дж/Кмоль)  универсальная газовая постоянная; T  температура газа;  
молярная масса газа (молярная масса воздуха  = 29 ∙ 103 кг/моль.)
4.
Где - средняя длина свободного пробега; d  газокинетический
диаметр молекул; n – концентрация молекул газа.
5.
газа.
6.
 = D . Где D  коэффициент диффузии;   плотность
-число Рейнольдса.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
1.
Прямые и косвенные измерения
51.5-45.7=5.8
52-46.2=5.8
52.5-46.5=6
51.3-45.8=5.5
51.7-45.9=5.8
Где 1
=
1. Проверка на промахи:
|
|/
для N=5 и P=95%
=
|
=0.64
495-487=8; (495-492)/8=0.375<0.64; (488-487)/8=0.125<0.64
;
=
6-5.5=0.5; (6-5.8)/0.5=0.4<0.64;
|/
(5.8-5.5)/0.5=0.6<0.64
|
|/
;
=
2.931-2.88=0.051;(2.931-2.912)/0.051=0.3725<0.64;
(2.896-2.889)/0.051=0.137<0.64.
T.е. промахов в выборке нет.
2. Расчет среднего:
490.4 Па
5.78
=
2.9016 c.
3. Среднеквадратичное отклонение среднего арифметического:
1.435 Па
.
0.0009 c.
4.Расчет случайной погрешности по размаху выборки:
=8; для N=5 и P=95%
=0.51
=0.5; для N=5 и P=95%
=0.51
=0.051; для N=5 и P=95%
=0.51
=
*R=4.08Па.
=
*R=0.255 .
=
*R=0.02601 c.
5. Приборная погрешность:
=0.5Па
6. Расчет полной погрешности:
1.435+0.5=1.935. Округленное значение
2Па.
Отсюда следует, что значение должно быть округлено до целых.
0.08+0.025=0.105. Округленное значение
0.1 .
Отсюда следует, что значение должно быть округлено до десятых.
0.0009+0.0005=0.0014.Округленное значение
0.001 c.
Отсюда следует, что значение должно быть округлено до тысячных.
7. Результат в округленной форме:
С вероятностью P=95%.
8. Определения коэффициента вязкости :
=
9. Полная погрешность:
Погрешность в округленной форме:
отсюда следует, что среднее значение должно быть округлено до сотых.
Округленный результат:  =    =6.870.28
2. Расчет коэффициента диффузии:
(5.330.22)
Округленный результат:
3. а) Расчет средней длины свободного пробега:
(8RT / )1/2
б) Расчет газокинетического диаметра молекул:
p=nkT
0.51нм.
4. Проверка выполнения принятых в работе допущений о стационарности течения газа и
отсутствия турбулентности, т. е. завихрений течения.
-число Рейнольдса.
= V / (t  a2). Где  средняя по сечению скорость течения газа.
= V / (t  a2)=
Тогда число Рейнольдса равно:
118
Так как число Рейнольдса (
)<1000 это доказывает стационарность течения газа и
отсутствия турбулентности, т. е. завихрений течения в нашей системе.
Вывод:
Хаотическое движение молекул в газе приводит к тому, что в объеме газа поддерживается
равновесное состояние, которое характеризуется постоянством параметров состояния газа
и концентрации молекул во всем его объеме.
При нарушении равновесия в газе хаотическое движение молекул приводит к
возникновению макроскопических потоков, стремящихся восстановить нарушенное
равновесное состояние. Явления, возникающие при протекании этих процессов,
называются явлениями переноса.
Для изучения явлений переноса в газе (воздухе) я определил коэффициент диффузии,
вязкость газа, длину свободного пробега и эффективный диаметр молекул.
Благодаря числу Рейнольдса (
) я доказал стационарность течения газа и
отсутствия турбулентности в приборе для измерения объемной скорости течения газа,
которая изображена на рисунке1.