Дослідження зміни швидкості та витікання ідеального газу із ємкості під тиском

Курсова робота

на тему: «Дослідження зміни швидкості та витікання ідеального газу із ємкості під тиском»






Постановка задачі



Описати масив структур з трьох елементів. Кожна структура об’єднує дані для одного варіанта розрахунків. Необхідно для кожного варіанта на відрізку часу від 0 до Т з кроком dt (∆ t) побудувати графік зміни швидкості та витікання ідеального газу із ємкості під тиском.







Де R – універсальна газова стала, M – молекулярна маса газу, Tc – температура в ємкості, Po – тиск у ємкості.



 де  – відношення теплоємностей.



Температура Ро та То змінюється в часі:










Тут Рn, A, To, B – задані константи. Вхідні дані зчитувати з файлу, результати розрахунків записувати в інший файл. Передбачити окремі функції для обчислення Ро та То.

Нижче представлені 3 варіанти вхідних даних:

R = 8.31696 Дж/грам*моль, To = 400о К, час T = 1200 с, dt = 600 с, B = 50 о К, Pn = 3.2, A = 1.2, M = 28.96, K = 1.402, P = 1.2 атм.

R = 8.31696 Дж/грам*моль, To = 400о К, час T = 1200 с, dt = 600 с, B = 50 о К, Pn = 4, A = 1.5, M = 28.96, K = 1.402, P = 1.5 атм.

R = 8.31696 Дж/грам*моль, To = 400о К, час T = 1200 с, dt = 600 с, B = 50 о К, Pn = 5, A = 2, M = 28.96, K = 1.402, P = 2 атм.



Таблиця символічних імен

Змінна

Фізичний зміст

Одиниця вимірювання

R

універсальна газова стала

Дж/грам*моль (Дж – Джоуль)

T

час за який газ витікає із ємкості

с (секунди)

dt

крок що береться для оцінки зміни стану газу у часі

_

B

задана константа

_

M

молекулярна маса газу



Тс

температура в ємкості

°К (градусів за Кельвіном)

Ро

тиск у ємкості

Па (Паскаль)

Pn

задана константа

_

A

задана константа

_

To

задана константа

_

p

тиск що діє на газ у ємкості

атм.

t

час

с (секунди)

Kg

Kg = (k1)/k

_

k

відношення теплоємкостей

_


Блок – схема





R = 8.31696, T = 1200, dt = 60 ,B = 50, M = 28.96, K = 1.402,

To = 400

 Tc, Po, Kg, B, t,To

Kg = (k-1)*k

Tc = To

Tc = To + (t-T/3)*3*B/T



To + B

t<=2*T/3



t<=T/3

Po=Pn+3*A*t/T

Po=Pn+A

t<=T/3

t<=2*T/3



Pn+A-(t-2*T/3)*A/T

w, t, To_, Po_, Kg_

Pn, A, p

To = To_, Po = Po, Kg= Kg_

w = sqrt( ((2*R*Tc)/(Kg*M))*(1-(p/po)^Kg) )

кінець

Результати в файл

графіки на  екран

початок

так

ні

ні

так

так

ні

так

ні

рис.1


Текст програми мовою С



#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <math.h>

#include <conio.h>

#include <graphics.h>

#define №3

#define FN 21

#define R_ 8.31696

#define T_ 1200

#define dt_ 60

#define B_ 50

#define M_ 28.96

#define K_ 1.402

#define T0_ 400

struct data

{

float Pn;

float A;

float p;

}

x[N];

float Tc (float T0, float B, float t, float T);

float P0 (float Pn, float A, float t, float T);

float Kg (float K);

void graf_output (int c, float xu[], float yv[], int N_, char*title);

 // –

void main()

{

float tx[N] [FN];

float wx[N] [FN];

float w, t, Tc_, P0_, Kg_;

int i, j;

char str[40];

FILE *data;

FILE *out;

clrscr();

data = fopen («input.txt», «r»);

if (! data)

{

printf («The file input.txt hasn't been found. Please create it or change the directory. \n»);

getch();

exit(1);

}

out = fopen («output.txt», «w»);

for (i=0; i<N; i++)

{

fscanf (data, «%f % f % f»,&x[i].Pn,&x[i].A,&x[i].p);

}

printf («Please type in any decimal number:»);

scanf («%f»,&Kg_);

fclose(data);

clrscr();

for (i=0; i<N; i++)

{

for (t=0, j=0; t<=T_; t=t+dt_, j++)

{

Tc_ = Tc (T0_, B_, t, T_);

P0_ = P0 (x[i].Pn, x[i].A, t, T_);

Kg_ = Kg (K_);

w = 2*R_*Tc_/(Kg_ * M_);

w *= 1 – pow (x[i].p/P0_, Kg_);

w = sqrt(w);

fprintf (out, «%.0f\t%.5f\n», t, w);

tx[i] [j]=t;

wx[i] [j]=w;

}

fprintf (out, "\n\n\n\n»);

}

fclose(out);

printf («All the function values (values of graph points' coordinates) will be put into \nthe output.txt file.\n»);

printf («You are able to change the values of Pn, A and p. Change those\nvalues in the input.txt file.\n»);

printf («The correct order of typing the values is showed under the graphs\n\n\n\n»);

printf («Press Enter to continue»);

getch();

for (i=0; i<N; i++)

{

sprintf (str, «Ph =%.3f, A =%.3f, P =%.3 f.», x[i].Pn, x[i].A, x[i].p);

graf_output (i, tx[i], wx[i], FN, str);

fflush(stdin);

getch();

}

}

 // –

void graf_output (int c, float xu[], float yv[], int N_, char*title)

{

int gdriver = DETECT, gmode, errorcode;

int xmax, ymax; // the maximum coordiantes x(width) y(hight)

int xmin, ymin; // spaces between the graph and screen adges

int x, y; // current coordinates

int x_, y_; // previous coordinates

int i;

char st[20];

double miny, maxy; // extreem values of y

initgraph (&gdriver, &gmode, «e:\\turbocpp\\bgi»);

xmin = 90;

ymin = 100;

xmax = getmaxx() – 20;

ymax = getmaxy() – 40;

maxy = miny = yv[0];

for (i=0; i<N_; i++)

{

miny = (yv[i]<miny)? yv[i]:miny;

maxy = (yv[i]>maxy)? yv[i]:maxy;

}

rectangle (0,0, getmaxx(), getmaxy());

setbkcolor(7);

sprintf (st, «Input variant number % d», c+1);

outtextxy (10,3, st);

outtextxy (10,30, title);

 // first 2 lines-the axises x and y. next we got the pointers building (y>, x>)

line (xmin, ymin, xmin, ymax);

line (xmin, ymax, xmax, ymax);

line (xmin, ymin, xmin+3, ymin+5);

line (xmin, ymin, xmin3, ymin+5);

line (xmax, ymax, xmax5, ymax3);

line (xmax, ymax, xmax5, ymax+3);

setcolor(1);

outtextxy (xmin+6, ymin, «w»);

outtextxy (xmax, ymax+15, «t»);

for (y=ymax20; y>ymin+10; y-= 20)

{

 //we got points | painted and the numbers on the exis Oy

setcolor(14);

line (xmin2, y, xmin+2, y);

sprintf (st, «%0.5lf», maxy – (y-ymin)*(maxy – miny)/(ymax – ymin));

outtextxy (xmin70, y3, st);

}

x_ = xmin;

y_ = ymax;

for (i=0; i<N_; i++)

{

x = xmin + ((xu[i] – xu[0])*(xmax – xmin)/(xu [N_-1] – xu[0]));

y =(int) ((yv[i] – miny)*(ymax – ymin)/(maxy – miny));

y = ymax – y;

 //we got points | painted and the numbers on the exis Ox

setcolor(14);

line (x, ymax2, x, ymax+2);

if (i % 4==0)

{

sprintf (st, «%0.2lf», xu[i]);

outtextxy (x10, ymax + 4, st);

}

 // let's set the rad color to the «graph line»

setcolor(4);

line (x_, y_, x, y);

x_ = x;

y_ = y;

}

}

 // –

float Tc (float T0, float B, float t, float T) {

if (t<=(T/3)) return T0;

if (t<=(2*T/3)) return T0 + (t – T/3)*3*B/T;

return T0 + B;

}



float P0 (float Pn, float A, float t, float T) {

if (t<=(T/3)) return Pn + 3*A*t/T;

if (t<=(2*T/3)) return Pn + A;

return Pn + A – (t – 2*T/3) * 3 * A / T;

}



float Kg (float K) {

return (K – 1)/K;

}




Результати роботи програми



Виведення даних на екран









Виведення даних у файл

0	14.01538

60	14.34739

120	14.65061

180	14.92912

240	15.18624

300	15.42468

360	15.64668

420	15.83574

480	15.98260

540	16.12811

600	16.27233

660	16.41529

720	16.55700

780	16.69752

840	16.59581

900	16.36035

960	16.10744

1020	15.83472

1080	15.53932

1140	15.21771

1200	14.86556



0	14.01538

60	14.34739

120	14.65061

180	14.92912

240	15.18624

300	15.42468

360	15.64668

420	15.83574

480	15.98260

540	16.12811

600	16.27233

660	16.41529

720	16.55700

780	16.69752

840	16.59581

900	16.36035

960	16.10744

1020	15.83472

1080	15.53932

1140	15.21771

1200	14.86556



0	13.60640

60	13.97651

120	14.31201

180	14.61820

240	14.89929

300	15.15864

360	15.39904

420	15.59843

480	15.74309

540	15.88643

600	16.02849

660	16.16930

720	16.30889

780	16.44730

840	16.33315

900	16.07817

960	15.80308

1020	15.50495

1080	15.18018

1140	14.82432

1200	14.43177


Висновок



В результаті виконання курсової роботи був створений алгоритм і комп’ютерна програма для побудови графіків зміни швидкості та витікання ідеального газу із ємкості під тиском на певному відрізку часу. З файлу були зчитані декілька варіантів вхідних даних, результати обчислень записані в файл. При аналізі побудованих графіків робимо висновок про взаємозалежність між заданими фізичними величинами та константами.




Використана література



1. Дистанційний курс «Алгоритмічні мови» Авраменко В.В. http://dl.sumdu.edu.ua

2. Б.В. Керниган, Д.М. Ричи «Язык программирования С»

3. Р. Уинер «Язик Turbo C»





15