Дослідження зміни швидкості та витікання ідеального газу із ємкості під тиском

15

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:

1) R = 8.31696 Дж/грам*моль, To = 400^о 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.

2) R = 8.31696 Дж/грам*моль, To = 400^о 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.

3) R = 8.31696 Дж/грам*моль, To = 400^о 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 = (k_1)/k	_
k	відношення теплоємкостей	_

Блок - схема

15

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, xmin_3, ymin+5);

line (xmax, ymax, xmax_5, ymax_3);

line (xmax, ymax, xmax_5, ymax+3);

setcolor(1);

outtextxy (xmin+6, ymin, «w»);

outtextxy (xmax, ymax+15, «t»);

for (y=ymax_20; y>ymin+10; y-= 20)

{

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

setcolor(14);

line (xmin_2, y, xmin+2, y);

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

outtextxy (xmin_70, y_3, 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, ymax_2, x, ymax+2);

if (i % 4==0)

{

sprintf (st, «%0.2lf», xu[i]);

outtextxy (x_10, 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»