методичка лаба термодинамика

а при d п =d s=const и d ж= 0 для изотерм области ледяного тумана

Следовательно, изотермы в области тумана также представляют собой прямые линии, тангенс угла наклона которых также зависит от температуры.

Лабораторная установка

Схема лабораторной установки представлена на рисунке 2. Лабораторная установка представляет собой сушилку для хлопчатобумажной ткани. В процессе опыта ткань увлажняется водой из специального резервуара. В процессе сушки вода из ткани переходит в воздух.

Порядок выполнения работы

1.Заполнить емкости для воды дистиллированной водой.

2.Включить автоматический выключатель.

3.Включить вентилятор тумблером “Вентилятор”.

4.Установить напряжение на ЛАТРе (лабораторном автотрансформаторе) на минимум (минимальный нагрев).

5.Включить нагреватель тумблером “Калорифер”.

6.Увеличить напряжение на нагревателе ручкой ЛАТРа так, чтобы ток через нагреватель составлял 6-7 А,(не превышать 8 А).

7.Стационарный режим устанавливается в течение 10-15 минут. Температура в сушильной камере должна составлять 80 0 С.

8.Определить динамическое давление потока при помощи микроманометра ММН-240, соединенного с напорной трубкой.

9.Отметить на делительной воронке начальное положение уровня воды, открыть кран и подать воду на образец ткани.

10.Подать воду на мокрую термопару.

11.Через 10 минут измерить показания термопар сухой и “мокрой”.

12.Перекрыть подачу воды на образец и термопару, отметить на делительной воронке конечное положение уровня воды.

51

13.Выключить нагреватель тумблером “Калорифер”.

14.Через 5-7 минут убедиться в снижении температуры в камере до 40-500 С и выключить вентилятор.

15.Отключить автоматический выключатель.

Обработка результатов измерений

Расход воздуха определяется по формуле

где F-площадь сечения канала, м 2, w ср - средняя скорость воздуха, м/с,

- плотность воздуха, кг /м3, определяется по таблицам теплофизических свойств воздуха по температуре в сушильной камере.

Для того чтобы определить среднюю скорость воздуха, надо сначала найти осевую скорость (скорость на оси канала). Для этого воспользуемся показаниями микроманометра, соединенного с пневмометрической трубкой, установленной по оси канала, регистрирующего динамический напор

Здесь Н - отсчет по шкале микроманометра, кгс/м 2, К - постоянная прибора( микроманометра),

9,81 - множитель для перевода значений давления из кгс/м 2

в Па.

- плотность воздуха, определяется по таблице теплофизических свойств воздуха по температуре в сушильной камере.

Средняя скорость определяется при известной осевой скорости из соотношения

52

называется цикл, в котором работа сжатия превышает работу расширения и за счет подведенной работы теплота передается от холодного источника к горячему. Цикл осуществляется против часовой стрелки.

Обозначим

Q2 – теплота, отбираемая от холодного источника,

Q 1 – теплота, отдаваемая горячему источнику, L ц – работа, подводимая в цикле, Соответственно на 1 кг рабочего тела q 2, q1, lц. Очевидно, что

т.е. горячему источнику в обратном процессе передается теплота q1, равная сумме теплоты, отбираемой от холодного источника q 2, и теплоты, эквивалентной подводимой в цикле

работе lц.

Холодильная установка включает в себя устройство для сжатия рабочего тела (компрессор или насос) и устройство, в котором происходит расширение рабочего тела (рабочие тела холодильных установок называют хладагентами), расширение рабочего тела может происходить с совершением полезной работы (в поршневой машине или турбомашине) и без совершения ее, т.е. принципиально необратимо (путем дросселирования). Машины, применяемые в холодильных установках для охлаждения рабочего тела (хладагента) в процессе его расширения с совершением работы, называют детандерами. Из рассмотрения Т,s- диаграммы следует, что при расширении от давления р 1 до давления р 2 наибольшее понижение температуры будет достигнуто в том случае, когда расширение происходит по изоэнтропе. Поэтому детандеры снабжаются тщательной теплоизоляцией, с тем, чтобы процесс был по возможности близок к адиабатному.

Для характеристики эффективности цикла холодильной установки применяется так называемый холодильный коэффициент

, определяемый следующим образом

56

теплоты к хладагенту от холодного источника, Т отв ср- средняя температура отвода теплоты от хладагента к горячему источнику,

s- изменение энтропии между крайними точками цикла, то с учетом этих соотношений

Чем выше значение , тем более эффективен цикл

холодильной установки: чем выше , тем меньшую работу lц надо затратить, чтобы отвести от охлаждаемого тела (холодный источник) одно и то же количество теплоты q 2. Подобно термическому кпд понятие холодильного коэффициента применяется лишь для анализа обратимых холодильных циклов.

Холодильные установки характеризуются холодопроизводительностью Q 2 – количеством теплоты, отбираемого от охлаждаемого объекта в единицу времени. Обычно холодопроизводительность измеряется в кДж/час или кВт.

Холодильные установки по виду хладагентов делятся на две основные группы:

1)газовые ( в частности, воздушные) холодильные установки, в которых хладагент – воздухнаходится в состоянии, далеком от линии насыщения,

2)паровые холодильные установки, в которых в качестве хладагентов используются пары различных веществ.

Паровые холодильные установки подразделяются на парокомпрессионные, пароэжекторные и абсорбционные.

57

Цикл парокомпрессионной холодильной установки

Осуществить в холодильной установке подвод и отвод теплоты по изотермам удается в том случае, если в качестве хладагента используется влажный пар какой-либо легкокипящей жидкости, т.е. жидкости, у которой температура кипения при атмосферном давлении меньше температуры окружающей среды

( t s 200 С).

Схема холодильной установки, осуществляющей цикл с влажным паром, представлена на рис., а цикл в Т,s- диаграмме изображен на рис.1.

Cжатый в компрессоре до давления р 2 влажный пар поступает в теплообменник (конденсатор) , где за счет отдачи теплоты в окружающую среду происходит конденсация пара. Процесс конденсации происходит по изобаре-изотерме 2-3, так что из конденсатора выходит жидкость в состоянии насыщения,

соответствующем точке 3 на Т,s- диаграмме (рис. 2).

q1

58

В холодильных установках, использующих в качестве хладагентов влажные пары легкокипящих жидкостей, как правило, детандеры не применяются и вместо процесса расширения с отдачей внешней работы используется процесс расширения без отдачи внешней работы, т.е. процесс дросселирования. В двухфазной области дросселирование всегда происходит с понижением температуры. Процесс адиабатного дросселирования сопровождается ростом энтропии дросселируемого вещества, энтальпия вещества в результате адиабатного дросселирования не изменяется.

в Т,s-диаграмме

59

1-2 адиабатное сжатие хладагента в компрессоре; 2-3 отвод теплоты из конденсатора в помещение (Р2 = соnst, Т2 = соnst);

3-4 – дросселирование; 4-1 подвод низкопотенциальной теплоты из окружающей среды к испарителю (Р1 = соnst, Т1 = соnst)

В холодильных установках, использующих в качестве хладагентов влажные пары легкокипящих жидкостей, как правило, детандеры не применяются и вместо процесса расширения с отдачей внешней работы используется процесс расширения без отдачи внешней работы, т.е. процесс дросселирования. В двухфазной области дросселирование всегда происходит с понижением температуры. Процесс адиабатного дросселирования сопровождается ростом энтропии дросселируемого вещества, энтальпия вещества в результате адиабатного дросселирования не

редукционного вентиля выходит влажный пар при температуре Т 1 с малой степенью сухости. необратимый процесс дросселирования в редукционном вентиле изображен в Т,s- диаграмме линией 3-4 (строго говоря, необратимые процессы не могут быть изображены в диаграммах состояния, изображение линии расширения при дросселировании в Т,s- диаграмме является условным).

По выходе из редукционного вентиля влажный пар направляется в помещенный в охлаждаемом объеме испаритель 4, где за счет теплоты, отбираемой от охлаждаемых тел, содержащаяся во влажном паре жидкость испаряется, степень сухости влажного пара при этом возрастает. Изобарноизотермический процесс подвода теплоты к хладагенту в испарителе от охлаждаемого объема изображается в Т,s- диаграмме линией 4-1. Давление р 1 выбирается таким образом, чтобы соответствующая этому давлению температура насыщения была несколько ниже температуры охлаждаемого объема. В отличие от детандера редукционный вентиль позволяет осуществлять плавное регулирование температуры в охлаждаемом

60