Материал: А27626 Лабораторный практикум по термодинамике

5. Обработка результатов опыта

По среднему значению напряжения разбаланса с помощью градуировочной таблицы находят среднее значение массового расхода воздуха в калориметре М_в. По данным градуировки термопар определяют значения t_вх и t.

Значение с_р изобарной теплоемкости воздуха рассчитывают по формуле

c_р = Q_эл /M_вt.

Полученное значение теплоемкости c_р воздуха сравнивают с табличным при температуре воздуха t_вх.

6. Отчет о работе

По окончании работы составляют отчет, который должен содержать:

 схему опытной установки с краткой спецификацией основных ее элементов;

 характеристику измерительных приборов;

 данные градуировки термопар;

 протокол наблюдений;

 результаты обработки опытных данных;

 сравнение опытного значения теплоемкости с табличным;

 анализ опытных данных и выводы по результатам работы.

Список литературы

1. Теоретические основы хладотехники. Часть 1. Термодинамика / Под ред. Э.И. Гуйго. – М.: Изд-во «Колос», 1994. – 288 с.

2. Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ. / С.Н. Богданов, С.И. Бурцев, О.П. Иванов, А.В. Куп-риянова. – СПб.: СПбГАХПТ, 1993. – 309 с.

Лабораторная работа № 9 исследование цикла паровой компрессорной холодильной машины

1. Задание

1. Ознакомиться с устройством малой хладоновой холодильной машины.

2. Провести непосредственное наблюдение за процессом кипения хладона в испарителе.

3. Определить параметры в узловых точках цикла и построить цикл в диаграммах p–v, T–s, lg p–h.

4. Определить холодопроизводительность машины и холодильный коэффициент цикла.

2. Основные теоретические понятия

Для понижения температуры тел ниже температуры окружающей среды и непрерывного поддержания заданной низкой температуры применяются холодильные машины. В этих машинах совершается серия процессов, в результате которых теплота отнимается от тел с низкой температурой и передается окружающей среде с более высокой температурой. Переход теплоты от менее нагретого к более нагретому телу в соответствии со вторым законом термодинамики возможен только в результате затраты некоторого количества внешней энергии. По виду этих затрат холодильные машины можно разделить на три группы: компрессорные, пароэжекторные и абсорбционные. В компрессорных машинах получение холода сопровождается компенсирующим процессом превращения механической работы в теплоту.

Эффективность обратного цикла любой холодильной машины оценивается с помощью холодильного коэффициента. Он показывает, какое количество теплоты может быть отведено от охлаждаемых тел при затрате единицы работы.

3. Лабораторная установка

Установка для проведения работы создана на основе хладоновой компрессорной холодильной машины марки ВН-0,55. Схема установки показана на рис. 11. Компрессор 9 со встроенным и герметизированным электродвигателем засасывает пар хладагента R12 из испарителя, сжимает его и подает в конденсатор 12. Конденсация пара происходит внутри трубок; теплота отводится к окружающему воздуху. Для интенсификации процесса теплообмена трубки снаружи оребрены и с помощью вентилятора 13 обдуваются потоком воздуха. Жидкий хладагент собирается в ресивере 11, а затем через фильтр-осушитель 10 поступает к регулирующему вентилю 7. После дросселирования влажный пар хладона с большим содержанием жидкости попадает в испаритель, где жидкость кипит при низком давлении р₀. Испаритель выполнен в виде змеевика, погруженного в резервуар с циркулирующим в нем хлалоносителем. Для того чтобы наблюдать за процессом кипения хладона в испарителе, несколько его звеньев выполнены из стеклянных трубок. Теплота, необходимая для кипения хладона, отнимается от хладоносителя, температура которого понижается на 5–10 С.

Теплый хладоноситель из термостата, имитирующего охлаждаемое помещение, поступает в испаритель по трубке 6. Охлажденный хладоноситель сливается через трубку 8 обратно в термостат. Циркуляция хладоносителя осуществляется с помощью погруженного центробежного насоса 4, находящегося в термостате. Хладоноситель подогревается электронагревателем 1 до постоянной температуры t_s1. Эта температура поддерживается периодическим включением и выключением электронагревателя с помощью специального реле, датчиком для которого является контактный термометр 3. В процессе работы изучаемой холодильной машины теплота отнимается от среды, подлежащей охлаждению (хладоносителя), и передается на более высокий температурный уровень (воздуху помещения).

Рис. 11. Схема лабораторной установки:

1 – электронагреватель; 2 – термостат; 3 – термометр; 4 – центробежный насос; 5 – ротаметр; 6, 8 – трубки; 7 – вентиль; 9 – компрессор; 10 – фильтр-осушитель; 11 – ресивер; 12 – конденсатор; 13 – вентилятор

4. Выполнение работы

В ходе опыта измеряют следующие величины: давление хладона в испарителе р₀ и конденсаторе р – с помощью двух образцовых манометров, расположенных на щите установки; температуру хладоносителя на входе в резервуар испарителя t_s1 и на выходе из него t_s2 – с помощью термопар; температуру хладона на входе в компрессор t₁, на выходе из компрессора t₂, на выходе из конденсатора (насыщенная жидкость) t_4, перед регулирующим вентилем (ненасыщенная жидкость) t₄, в испарителе (влажный пар) t₅ – с помощью медь-константановых термопар.

Один из спаев каждой термопары заключен в запаянную стальную иглу и введен в место измерения в трубку хладонового контура, второй – погружен в сосуд Дьюара со льдом. Электродвижущую силу термопар измеряют цифровым милливольтметром, который последовательно включают в цепь каждой термопары с помощью переключателя. Объемный расход хладоносителя измеряют поплавковым ротаметром 5. Мощность, потребляемую совместно электродвигателями хладонового компрессора и воздушного вентилятора, измеряют ваттметром. Измерение всех величин производят пять раз с интервалом 5 мин. Данные наблюдений заносят в протокол (табл. 12). Для обработки берут средние арифметические величины двух измерений с наиболее близкими значениями.

Таблица 12

Протокол наблюдений

По числу делений манометра находят значения избыточных давлений р₀ и р, а затем, зная атмосферное давление, вычисляют абсолютное давление. Температуры хладона определяют с помощью графика градуировки термопар, расход хладоносителя – по графику градуировки ротаметра.

5. Обработка результатов опыта

1. По измеренным температурам в узловых точках 1, 2, 3, 4, 4 и 5 строят цикл холодильной машины в диаграмме T–s или lg p–h. Значения давлений р₀ и р, найденные с помощью диаграммы, сравнивают со значениями давлений, измеренных в ходе работы с помощью манометра. Дают объяснение различию значений давлений, найденных этими двумя способами.

2. По диаграммам определяют и выписывают значения энтальпий во всех узловых точках цикла. Для точек 3, 4 и 6 значения энтальпий, найденные с помощью диаграммы, сверяют с табличными значениями.

3. Рассчитывают значения удельной холодопроизводительности, удельной работы адиабатного сжатия и удельной теплоты, отводимой в конденсаторе, Дж/кг:

q₀ = h₁ – h₅;

l_к= h₂ – h₁;

q₁ = h₂ – h₄.

4. Производят проверку по тепловому балансу цикла:

q₁ = q₀ + l_к.

5. Определяют холодильный коэффициент цикла:

 = q₀ /l_к.

6. Полную холодопроизводительность машины Q₀ (Вт) определяют по изменению температуры хладоносителя:

Q₀ = v  c_p(t_s1  t_s2),

где v – объемный расход хладоносителя, м³/с;   плотность хладоносителя, кг/м³; с_р – удельная теплоемкость хладоносителя, кДж/(кгК); t_s1 и t_s2 – температуры хладоносителя на входе и выходе соответственно, С.

В табл. 13 приводятся значения плотности и удельной теплоемкости хладоносителя в зависимости от температуры.

Таблица 13

Значения  и ср в зависимости от t

6. Отчет о работе

Отчет должен содержать:

 таблицу с данными наблюдений;

 изображение цикла (не в масштабе) в диаграммах p–v; T–s; lg p–h;

 значения энтальпий, определенные с помощью диаграмм для узловых точек цикла, и дополнительно – найденные по термодинамическим таблицам для точек 3, 4, 6;

 расчеты, связанные с определением q₀, l_к, q₁, , Q₀;

 характеристику приборов;

 анализ опытных данных и выводы по результатам работы.

Список литературы

1. Теоретические основы хладотехники. Часть 1. Термодинамика / Под ред. Э.И. Гуйго. – М.: Изд-во «Колос», 1994. – 288 с.

2. Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ. / С.Н. Богданов, С.И. Бурцев, О.П. Иванов, А.В. Куп-риянова. – СПб.: СПбГАХПТ, 1993. – 309 с.

Приложения

1. Формы таблиц

Таблица 1.1

Характеристика приборов

Таблица 1.2

Данные градуировки термопары