Начало.
Статьи.
Фотографии.
Софт.
Файлы.

Сайт переехал на WWW.IGUNS.RU

Пожалуйста, обновите Ваши закладки!

Автоматический переход через 10 секунд,
или нажмите здесь WWW.IGUNS.RU


Все модели.
Предыдущая модель.
Следующая модель.

Порядок расчета (для модели с изолированным дозатором и большой расширительной камерой)

Исходные данные (постоянные)
1. Объем баллончика 8,5 см3
2. Постулируем, что за один выстрел уходит только весь объем дозатора (0,5 см3), т.е. объем сжатого газа на выстрел Vрасх=0.5 см3.
3. Плотность CO2 в виде газа при нормальном давлении 1газ = 0,00197 г/см3
4. Плотность CO2 в жидком состоянии 1жидк. = 1,190 г/см3

Исходные данные (переменные).
1. Начальная температура T1 = 22oC = 295oК
2. Равновесное давление для CO2 при температуре T1 будет P1= 60 атм.=6079500 Па
3. Масса CO2 в баллончике МCO2 = 8 грамм
4. Удельная теплота парообразования q - определяем из графика (см. табличку Excel)
5. Плотность углекислого газа при внешнем давлении 60 атмосфер равна: 60газ = 60 * 0,00197 = 0,1182 г/см3

Постоянные и коэффициенты.
1. Показатель адиабаты х = 1,36.

Модель с изолированным дозатором.
         Итак, рассмотрим следующую модель: СО2 баллон, затем расширительная камера (куда может испаряться СО2), затем через маленькое отверстие соединяется с дозатором, который в свою очередь большим отверстием открывается в ствол. Такая модель нужна чтобы для удобства оценки разделить процесс расширения газа в ствол из дозатора и расширение газа из баллона и расширительной камеры в дозатор. Поскольку выстрел происходит довольно быстро (сотые или тысячные доли секунды), то за это время из-за большой разницы пропускных способностей отверстий, газ будет расширяться только из дозатора в ствол. После выстрела, в перерыве до следующего (возможно, 0.3-1.0 секунды, но все равно гораздо дольше времени выстрела) давление в дозаторе и расширительной камере будет выравниваться, стараясь выйти на равновесное. Также для простоты считаем, что за время теповой стрельбы заметного теплообмена между газом и прочими металлическими частями пистолета не происходит, т.е. все тепло перетекает только внутри СО2, в его жидкой и газообразной форме.
         Примечание. Модели с изолированным дозатором нельзя сравнивать по параметрам охлаждения с моделями с проточным дозатором, ибо хотя дозатор у них одинаковый, но объемы растрачиваемого газа совсем разные. Модели с изолированным дозатором имеет смысл сравнивать только между собой. Зато модель с проточным дозатором по моему мнению ближе к реальным условиям.

Модель 5. Большая расширительная камера.

1. Общий объем, в котором находится газ в жидком и газообразном состоянии равен 10.0 см3 - объем самого баллона 8,5 см3 и объем всей системы выпуска (камера, дозатор, переходник) 11,5 см3.
2. Считаем объемы газа и жидкости:
    
3. Масса газа, уходящего за первый выстрел равна:
    
Теплоту, необходимую на испарение СО2 для возмещения давления будем считать в конце выстрела, когда будет известна, какая температура получилась и требуется ли вообще испарять CO2.
4. Объем, до которого расширяется газ за один выстрел из дозатора в ствол:
    
5. Давление газа при объеме V2 определяем по формуле:
    
6. Температуру газа при объеме V2 определяем по формуле:
    
    Примечание: Температуру считаем в градусах Кельвина, а не в Цельсия. Иначе серьезно ошибёмся! Итак, температура расширяемого газа падает примерно на 105° до -83° C. Это всё считали по формулам, описывающим адиабатический процесс (т.е. без притока или оттока тепла) расширения газа. Процесс расширения газа в стволе из-за своей быстротечности должен быть к нему вполне близок.
Хотя гораздо более вероятно, что температура будет несколько выше ввиду обращения СО2 в твердую фазу (так называемый "сухой лёд", он нередко хорошо виден в качестве фонтачика мелких кристаллов из ствола пистолета).
7. Итак, здесь для нагревания обратно до 22° C реально потребуется, с учетом того, что давление в стволе после вылета пули станет равным внешнему давлению атмосферы:
    
8. Теперь возвращаемся к оставшемуся в баллоне газу. Газообразная часть, а её осталось после выстрела на 0,06 грамм меньше или:
    
    расширяется с объема 14,24см3 (то,что осталось в расширительной системе) до 14,74см3 (в дозатор), при этом получаем новое давление:
    
9. При этом расширении температура его упадет до следующей:
    
10. Это охлаждение потребовало бы на восстановление температуры ещё примерно
    
11. Если принять постулат, что за время выстрела тепло между газообразной и жидкой фазой распределится равномерно, то это будет означать, что весь баллон охладится от расширения газов до
    
    Равновесное давление при этой температуре составляет примерно 57 атмосфер. Поскольку давление не ниже равновесного, то дополнительного испарения газа не требуется, поэтому пункты 12-15 из расчета модели 4 здесь для первого выстрела не требуются.

Выводы.
    Итак, в данной модели с проточным дозатором и очень большой расширительной камерой охлаждение газа с одного выстрела получится что-то около 0,8 градуса.
    Следующий выстрел считается аналогично, но уже стартовые условия немного меняются - давление 57 атмосфер, температура около 21 градуса. За один выстрел при тех же постулатах уйдет уже лишь 0,056 грамма газа.
    Притом следует учесть, что при дальнейших выстрелах затраты энергии на выстрел будут только расти (чем больше охлаждение, тем больше теплота испарения), а теплоёмкость газа в обеих фазах - падать вместе с падением массы газа. Естественно, полученная цифра завышена, ибо реально часть тепла будет забираться из окружающего металла, в частности, уйдет на охлаждение самого баллончика (на нем же в итоге иней оседает) и рядом расположенных частей пистолета.



Все модели.

Hosted by uCoz