23209 (1)

Таблица 2. Параметры узловых точек процесса

где Q0 – холодопроизводительность установки при заданной темпера-

туре кипения, Вт.

Объемная действительная производительность компрессора Vд, м3/с

l i2 i1 ' (16)

5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Каково устройство и принцип действия одноступенчатой холодиль-0 41

ной машины?

2.В чем отличие теоретического цикла работы холодильной машины от действительного?

3.Каким показателем определяется энергетическая эффективность хо-

лодильной машины?

4.С какой целью переохлаждают хладагент?

5.В каком устройстве осуществляется дросселирование хладагента?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5 ИСПЫТАНИЕ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение конструкции и цикла паро-компрессорной холодильной машины. Определение холодопроизводительности и холодильного коэффи-

циента.

2.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Холодильная машина работает по обратному термодинамическому циклу для осуществления, которого, затрачивается работа на перенос тепло-

ты из холодильной камеры в окружающую среду (от тела с низкой темпера-

турой-к телу с высокой температурой). В паро-компрессорной холодильной машине используются процессы кипения и конденсации холодильного агента

(например, фреон 22).

Рисунок 1. Цикл холодильной машины в P-V координатах

Рисунок 2 Цикл холодильной машины в T-S координатах

Эти процессы протекают при постоянных (для данного давления) тем-

пературах (рисунок 2.1 ),то есть подвод, и отвод теплоты приближается к изометрическим процессам и к Циклу Карно, что повышает холодильный коэффициент цикла. Температура в холодильной камере регулируется изме-

нением перепада давления (процесс3-4)терморегулирующим вентилем.

3.ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

Схема лабораторной установки приведена на рисунке 3.Она состоит из бытового паро-компрессорного холодильника и измерительных приборов.

Особенностью данного холодильника является то, что температура в небольших пределах регулируется изменением продолжительности включе-

ния мотор компрессора М и К с помощью реле PT (рисунок 3),так как вместо терморегулирующего вентиля имеется дроссель Др выполненный в виде ка-

пиллярной трубки. Охлаждаемая вода заливается в сосуд С, с массой m и ус-

танавливается в испарительную камеру холодильника ХК..Контроль за изме-

нением температуры осуществляется термопарой ,мощность электродвига-

теля М привода компрессора К измеряется ваттметром W.

Рисунок 3 Схема испытания холодильной машины:W-ваттметр;PT-реле тем-

пературы;PП-реле пусковое;M-электродвигатель;K-компрессор;KH-

конденсатор;B-фильтр-осушитель; ДР-дроссель(капиллярная трубка);-

термопары; И-испаритель; С-сосуд с водой: СД-сосуд Дьюара

4.ПОРЯДОК ВЫПОЛЕНИЯ РАБОТЫ

4.1. Изучите разрез холодильной машины и ознакомьтесь с лабора-

торной установкой. Проверьте наличие снега (льда) в сосуде Дьюара подго-

товьте потенциометр к измерениям/

4.2. Измерьте массу сосуда на весах ВЛК7-500с-М с точностью 10мг.

После этого заполните сосуд теплой водой с температурой 35…40 С и из-

мерьте полную массу сосуда и установите его в камеру холодильника. Опус-

тите в воду спай термопары. Закройте дверцы испарителя и холодильника.

Запишите время начало опыта.

4.3. Измерьте начальную температуру воды (ЭДС термопары). Через каждые 5 минут, до установления постоянной температуры воды (льда), по-

вторите измерения и заполните таблицу наблюдения (таблица 2.1).

В течение опыта следите за работой холодильника, и измерьте продолжи-

тельность работы мотора компрессора и потребляемую им 4.4. Выключите холодильник и потенциометр.

4.5. Обработайте полученные результаты, заполните таблицу 2.2 и по-

стройте графики изменения теплового потока, и температуры воды от време-

ни. Определите холодильный коэффициент. Из анализа погрешности сделай-

те вывод о путях повышения точности опыта.

5.ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

Начальные и текущие температуры определяются по ЭДС термопары по приложению Б. Количество теплоты, отведенной от воды при охлажде-

этим графикам определите установившийся тепловой режим и его параметры

- установившуюся температуру () и время от начала до установившегося режима (.

Рассчитайте среднее за весь опыт холодопроизводительность- и

мощность привода компрессора-W, Вт.

,

где--абсолютные ошибки измерения массы, тем-

пературы, времени, электрической мощности принимаются равными 0,5 це-

ны деления прибора (для температуры таблицы перевода Э.Д.С в температу-

ру).

Определите приборы, дающие существенную часть общей ошибки из-

мерения.

Таблица 2.1 Техническая характеристика установки

Основные

Тип

параметры

Холодильник

Мультиметр

Ваттметр

Таблица 2.2 Результаты наблюдений

Таблица 2.3 Результаты обработки данных

Температура, С

Теплота отведенная,Дж

Средняя холодопроизводительность

,Вт

Средняя мощность привод компрессора W,Вт

Режим работы компрессора ПВ

Холодильный коэффициент

Погрешность

6.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Как работает холодильная машина?

2.Какова конструкция фреоновой холодильной машины?

3.Как изображается в цикл паро-компрессорной холодильной машины в диаграммах p,v и T,s?

4.Как рассчитать холодопроизводительность и холодильный коэффи-

циент холодильных машин?

5.Признаки установившегося теплового режима?

6.Как можно снизить погрешности определения холодопроизводитель-

ности на данной установке?

Лабораторная работа№6 «Исследование процесса дросселирования атмосферного воздуха»

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Определение Джоульэффекта при дросселировании атмосферного воздуха.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Дросселирование -предельно необратимый процесс адиабатного рас-

ширения газа или пара без совершения работы над окружающей средой. Этот процесс протекает, когда газ «продавливают» через гидравлическое сопро-

тивление.

В 1852-1862 гг. Джеймс Прескотт Джоуль и Уильям Томсон выполнили серию работ, связанных с изучением термодинамических свойств газов. Ра-

нее, в опытах Гей-Люссака и Джоуля, было установлено, что дросселирова-

ние идеального газа не меняет его температуру. В новых опытах удалось по-

казать, что температура реального газа при дросселировании изменяется.

Впоследствии это явление назвали эффектом Джоуля-Томсона.

Рисунок 1. Схема опыта Джоуля-Томсона

В опыте Джоуля и Томсона (рисунок 1) цилиндрическая трубка 2, ок-

руженная теплоизолирующей оболочкой 1, разделялась на две части с помо-

щью пробки из пористого материала 3 (ваты или очесов шелка). Газ медлен-

но (что позволяло пренебречь изменением кинетической энергии) продавли-

вался через пробку 3. Оболочка 1 приближала процесс к адиабатическому.

Давления газа перед пробкой р1 и после нее р2 поддерживались постоянными.

При стационарном течении реального газа по одну сторону пробки устанав-

ливалась температура Т1, а по другую - температура Т2.

Согласно первому началу термодинамики, в адиабатном процессе без совершения работы начальная энтальпия h1 равна конечной h2, поэтому про-

цесс дросселирования условно (только условно, поскольку он необратим)

считают идущим вдоль линии h1 = h2 = const.

Опыты Джоуля и Томсона показали, что при изменении давления газа

на бесконечно малую величину dp его температура меняется на величину

циальный эффект Джоуля-Томсона).

Величина характеризует скорость изменения температуры газа при изменении давления в результате процесса дросселирования.

При конечном перепаде давлений перепад температур становится конечным

(2.5.2)

Известно, что изменение энтальпии в произвольном термодинамиче-

ском процессе

(2.5.3)

где cp - удельная изобарная теплоемкость рабочего тела, v его удель-

ный объем.

При dh = 0 из равенства (2.5.3) следует, что

(2.5.4)

Равенство (2.5.4) позволяет определить величину осh, если известны те-

плоемкость cp и уравнение состояния, откуда можно найти производную Для идеального газа, подчиняющегося закону КлапейронаМенделеева

эффект Джоуля-Томсона отсутствует. Действительно, из уравнений

(2.5.4) и (2.5.5) следует, что:

Для реальных газов разностьможет быть положительной,

отрицательной или нулевой. Это означает, что при дросселировании темпе-

ратура реального газа может повышаться, понижаться или оставаться неиз-

менной (как для идеального газа). Множество точек в диаграмме p-T, для ко-

торых = 0, называют кривой инверсии.

В опытах определяют величину интегрального эффекта ДжоуляТом-

сона, который, в силу изложенного, может иметь знак или быть нулевым:

T>/< 0. Физическое толкование этого факта сводится к следующему. Внут-

ренняя энергия реального газа складывается из двух составляющих: кинети-

ческой, определяемой скоростью движения молекул (т.е. температурой), и

потенциальной, зависящей от сил взаимного притяжения молекул. Силы тре-

ния при дросселировании проявляются как внутреннее выделение теплоты,

поэтому температура (и кинетическая энергия молекул газа) повышается.

Однако одновременно увеличивается удельный объем газа (v2>v1), а его

плотность снижается (1/v2< 1/v1). Значит, потенциальная энергия взаимодей-

ствия частиц при дросселировании уменьшается. Суммарный эффект этих двух противоположных процессов может быть любым, что зависит от приро-

ды газа, т. е. от вида его уравнения состояния и величины теплоемкости ср.

Определим ah для газа, подчиняющегося уравнению Ван-дер- Ваальса

(2.5.6)

где а и b - эмпирические константы. Коэффициента учитывает влияние упомянутых выше сил молекулярного взаимодействия в газе, а коэффициент b - объема, занимаемого молекулами. Эти коэффициенты зависят от природы вещества и могут быть определены по его параметрам в критическом состоя-

нии:

(2.5.9)

Критические параметры для воздуха таковы: Tкp =132 К; Vкp = 1/ркр =

1/310 = 0,00323 м3 /кг; ркр = 3,77 МПа.

Газовая постоянная для воздуха R = 8314/29 « 287 Дж/(кг·К); удельная теплоемкость (в широком диапазоне давлений) ср = 10 Дж/(кг·К).

С учетом этих значений (взятых в системе СИ) и соотношений (2.5.7),

(2.5.10)

Уравнение Ван-дер-Ваальса (2.5.6) можно разрешить относительно давления р. При этом значения а и b определяют по формулам (2.5.7); в част-

ности, для воздуха

(2.5.11)