3 Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с конструкцией установки. Оттяните рукоятку движка автотрансформатора блока БПР на себя (для расцепления зубчатого привода) и поверните ее против часовой стрелки в исходное положение. Установите переключатель "ИЗМЕРЕНИЕ" в положение t_c и переключатель "ТЕМПЕРАТУРА" в положение 50ºС.

2. Поднимите верхнюю половину корпуса измерительной линейки и отведите ее поворотом в сторону. Плоскости образца смажьте тонким слоем масла, установите образец на контактную пластину тепломера и стержень (цифровой меткой к себе) на иглы термопары. Отпустите верхнюю половину корпуса измерительной ячейки так, чтобы вилка вошла в гнезда.

3. Включите блок питания включателем "СЕТЬ". Оттяните рукоятку автотрансформатора на себя и установите по вольтметру начальное напряжение 40 В. Включите кнопкой "НАГРЕВ" основной нагреватель. При достижении заданной температуры (при прохождении стрелки прибора через нулевую отметку), переключая рукоятку "ИЗМЕРЕНИЯ" в положение n_Т и n_О снимите значения перепадов температур в делениях шкалы и вновь поставьте рукоятку переключателя в положение t_c. установите переключатель "ТЕМПЕРАТУРА" в следующее (согласно таблице 3) положение.

4. При достижении верхнего уровня температуры испытания, выключите "НАГРЕВ", установите "ИЗМЕРЕНИЕ" в положение "УСТ.0", выключите блок питания и регулирования. Откройте измерительную ячейку и проведите охлаждение ее до комнатной температуры.

5. Рассчитайте теплопроводность образца, постройте зависимость теплопроводности от средней температуры l=f(t). Сделайте выводы о характере и причинах изменения теплопроводности от температуры и о путях повышения точности эксперимента.

4 Обработка результатов опыта

Рассчитайте поправку на теплоемкость, тепловое сопротивление, теплопроводность и среднюю температуру образца по формулам (1.6), (1.7), (1.8), (1.9).

Удельная теплоемкость медного стержня (c_с), постоянные лабораторной установки (К_Т и R_К), чувствительность термопары (А_t) принимаются из таблицы (1.2) по текущей температуре. Масса стержня равна 42,40 г. Характеристики образца определяются измерениями диаметра, высоты и массы.

Относительная погрешность определения теплопроводности

, (1.10)

где Dh, Dn, Dd, Dm - абсолютные погрешности высоты, перепада температур, диаметра, массы принимаются равными половине цены деления соответствующих измерительных приборов.

Погрешности определения постоянных установки принимаются

Определите приборы, дающие существенную часть общей ошибки измерения. Для повышения точности опыта необходимо эти приборы заменить на другие приборы более высокого класса точности.

Таблица 1 Технические параметры установки

	Измеритель теплопроводности	Микроамперметр
Тип (марка) Пределы измерения Единицы измерения Цена одного деления

Таблица 2 Данные для расчета теплопроводности

tc, °C	CC,	KТ,	RК,	Аt,
50 75 100 125 150 175 200	392 396 400 403 405 405 403	1,07 1,12 1,13 1,13 1,13 1,13 1,14	4,25×10-5 4,28×10-5 4,12×10-5 4,04×10-5 4,02×10-5 4,03×10-5 4,05×10-5	24,5 24,6 24,7 24,8 25,0 25,0 25,0

Таблица 3 Результаты наблюдения и обработки данных

tc, °C	nт, дел.	nТ, дел.	s	Ro, (м2·К)/Вт	l, Вт/(м·К)	t, ºС
50 75 100 125 150 175 200

6 Контрольные вопросы и задания

1. Объясните понятие теплопроводности.

2. Объясните понятие температурного градиента.

3. Объясните механизм теплопроводности в газах, жидкостях и твердых телах.

4. Объясните понятие монотонного нагрева.

ЛАБОРОТОРНАЯ РАБОТА №5

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ БЫТОВОГО КОНДИЦИОНЕРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХОЛОДИЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЕГО ЦИКЛА

Цель работы: изучение конструкции бытового кондиционера и определение холодильного коэффициента преобразования его цикла

Оборудование: кондиционер, потенциометр, термопары.

1 Общие сведения

Кондиционер включает в себя: холодильный агрегат, состоящий из ротационного компрессора 1, конденсатора 2, фильтра-осушителя 14, капиллярной трубки 13, расширителя 15, испарителя 11 и трубопроводов, образующих герметично замкнутую систему. В качестве хладоагента используется “Хладон 22”; из вентиляторов осевого 6 и центробежного 8 с общим электродвигателем 7; пульта управления 12 с шума защитным устройством для регулирования режима работы. Все узлы кондиционера смонтированы на металлическом основании и закрыты пластиковым кожухом 10.

Кондиционер работает следующим образом. Компрессором 1 пары хладона R22 нагнетаются в конденсатор 2, представляющий собой теплообменник, в котором происходит охлаждение хладоагента окружающим воздухом и его конденсация. Окружающий воздух засасывается осевым вентилятором 1 через боковые решетки в стенках корпуса, омывает наружные поверхности конденсатора и нагретый воздух, удаляется в окружающую среду. Затем жидкий хладон R22 проходит через фильтр-осушитель 14, капиллярную трубку 13 и поступает в испаритель 11. В капиллярной трубке проходит дросселирование хладона, вследствие чего давление хладона падает до давления в испарителе 11, а жидкий хладон переходит в влажный насыщенный пар. Хладон охлаждает воздух, омывающий поверхность испарителя 11, который всасывается центробежным вентилятором 8 через щели в испарителе и охлажденный воздух через поворотные решетки подается в помещение. Из испарителя 11 через расширитель 16 пары хладона отсасываются компрессором 11, и цикл повторяется.

Рисунок 1 Общее устройство лабораторной установки: 1 - компрессор; 2 – конденсатор; 3 – потенциометр; 4 – переключатель; 5 – термопары; 6 – вентилятор осевой; 7 – электродвигатель; 8 – вентилятор центробежный; 9 –клапан; 10 – кожух; 11 – испаритель; 12 – пульт управления; 13 – трубка капиллярная; 14 – фильтр осушитель; 15 – расширитель.

Таким образом, кондиционер, с одной стороны, нагревает окружающий воздух в конденсаторе, а с другой - охлаждает в испарителе. В зависимости от того, что является конечной целью работы кондиционера(охлаждение воздуха или его нагрев), он может функционировать как холодильная установка или как тепловой насос.

Рассмотрим цикл работы кондиционера в диаграммах рv и Тs (рисунок 2).

а б

Рисунок 2 Диаграммы рv и Тs цикла кондиционера

При адиабатном сжатии 1-2 в компрессоре 1 давление хладоагента повышается от р₁ до р₂, а температура от Т₁ до Т₂. В результате чего влажный насыщенный пар превращается в сухой насыщенный. Сухой насыщенный пар (точка 2) поступает в конденсатор 2, где происходит конденсация пара при р₂=const и Т₂=const. 2-3 - изобарно-изотермический процесс. Из конденсатора выходит жидкий хладон в состоянии насыщения (точка 3). Жидкий хладон при давлении р₂ и температуре Т₂ поступает в капиллярную трубку 14, где дросселируются до давления р₁ и температуры Т₁ (точка 4). Процесс дросселирования является необратимым, поэтому на диаграммах его изображают условно или пунктиром. В испарителе 11 за счет теплоты, отбираемой от воздуха, жидкость, содержащаяся во влажном паре при р₂=const и Т₂=const испаряется и степень сухости пара возрастает. На диаграммах р, v и Т, s изобарно-изотермный процесс 6 испарителя изображается линией 4-1. Из испарителя пары хладона направляется в компрессор и цикл повторяется.

В разных режимах работы установки возможны случаи, когда состояние пара, выходящего из компрессора, может оказаться в области перегрева (рисунок 10.3 а), так и в области насыщения (рисунок 3 б).

а б

Рисунок 3 Циклы кондиционера в Тs диаграмме: а) точка 2 в области перегрева; б) точка 2 в области насыщения

Если кондиционер работает с целью нагрева воздуха, т.е. по циклу теплового насоса, то его эффективность оценивается отопительным коэффициентом , представляющим собой отношение количества теплоты Q₁, сообщенного воздуху в конденсаторе 2 к разности Q₁-Q₂, где Q₂ теплота, отведенная от воздуха в испарителе 11.

(1.1)

Если же кондиционер работает с целью охлаждения воздуха, то есть по циклу холодильной установки, то его эффективность оценивается холодильным коэффициентом , представляющим собой отношение Q₁ к Q₁-Q₂

Если числитель выражения 1 представить в виде (Q₁-Q₂)+Q₂, то

(1.2)