|
Содержание работы или список заданий
|
Лабораторная работа № 1
Теплотехнические измерения
Тема: « Законы термодинамики».
Цель работы:
- ознакомиться с устройством приборов, используемых в теплотехнических измерениях;
- экспериментально определить термодинамические параметры воздуха в сосуде;
- рассчитать калорические параметры.
Содержание работы
Объектом исследования является сжатый воздух в баллоне высокого давления, предметом – значения термодинамических и калорических параметров воздуха.
В процессе выполнения работы необходимо:
- познакомиться с устройством и принципом действия лабораторной установки;
- из ресивера компрессора подать воздух в баллон, измерить давление и температуру воздуха;
- вычислить массу воздуха в баллоне;
- рассчитать удельные значения внутренней энергии и энтальпии;
- оценить погрешность измерения давления в баллоне;
- сделать выводы по работе.
Устройство и принцип действия лабораторной установки
Рис. 2.1
Схема установки (рис.2.1) включает вентили В1, В2, В3; газовый редуктор 1; манометры М1, М2, М3; объект исследования (баллон высокого давления) 2; милливольтметра mV 3; трехспайную термопару 4; кювету с тающим льдом 5.
Исходное состояние установки: вентили В1, В2 и В3 закрыты; редуктор 1 разгружен; термопара 4 подсоединена к милливольтметру; стрелки манометров показывают избыточное давление, равное нулю. При открытом вентиле В1 манометр М1 показывает давление воздуха в ресивере. Нагружая редуктор, по манометру М2 устанавливается необходимое давление в системе. Открытием вентиля 2, подается воздух в сосуд 2. Давление воздуха в сосуде и его температура измеряются соответственно манометром М3 и термопарой 4.
Экспериментальная часть работы
К проведению эксперимента допускаются обучающиеся, прошедшие инструктаж по мерам безопасности при работе со сжатыми газами. Все операции выполняются согласно документации на установку и под руководством преподавателя.
Последовательность проведения эксперимента:
- открыть вентиль В1;
- редуктором 1 установить по манометру М2 равное 7•105 Па;
- открыть вентиль 2 и по манометру М3 определить давление воздуха в сосуде, записать его (6,5х105 Па);
- при помощи милливольтметра и тарировочного графика определить температуру воздуха (170 С) и записать ее;
- закрыть вентиль 1;
- вентилем В3 стравить воздух из системы;
- привести установку в исходное состояние.
Исходные данные
Объем сосуда V= 2,4 л. Измерить и записать барометрическое давление и температуру (750 мм рт. ст. ; 170 С) в лаборатории.
Расчетная часть работы
1. Используя выражение рабс = ризб + рбар, вычислить абсолютное давление в сосуде.
2. Перевести температуру из 0С в градусы Кельвина:
Т = t + 273.
3. Вычислить массу газа в сосуде, используя формулу:
р V = m R Т .
4. Вычислить удельный объем и плотность воздуха в сосуде:
ν = V/m и ρ = m/V .
5. Определить удельную энтальпию воздуха:
i = cp (Т – 273).
Значение ср для воздуха найти из табл.5 Приложения.
6. Определить удельную внутреннюю энергию воздуха:
u = cv (Т – 273).
Здесь сv = ср – R. Газовая постоянная воздуха R = 287 Дж/(кг . К).
7. Оценить относительную погрешность, допущенную при определении давления в баллоне.
Под относительной погрешностью понимают отношение абсолютной погрешности искомой величины к измеренному значению параметра; это величина безразмерная, но может выражаться и в процентах:
.
В лабораторных работах для оценки точности измерений учитываются только приборная погрешность, методическая погрешность и погрешность отсчета.
Приборная погрешность определяется классом точности прибора. Класс точности - это приведенная к стандартному ряду максимальная относительная ошибка прибора, выраженная в процентах. Класс точности прибора характеризует отношение наиболее возможной абсолютной погрешности прибора к пределу измерения прибора.
Пределом измерения называется область значений величин, которые могут быть измерены прибором. Исходя из этого,
к_пр = (∆А_пр)/А_пр ∙ 100%, (1.6)
где 〖 к〗_пр - класс точности прибора (1,6);
- наибольшая абсолютная погрешность прибора;
А_пр - предельное значение шкалы прибора (16х105 Па).
Класс точности наносится на шкале прибора одной из цифр: 0,1; 0,2; 0,35; 0,5; 1,0; 1,5 и т.д. Эти цифры указывают наиболее возможную погрешность в процентах от верхнего предела измерения прибора.
Например, если манометр имеет класс точности 2,5 и предельную шкалу измерения 10 МПа, то при измерении его максимальная ошибка
∆А пр. = (K_пр A_пр)/100 = (2,5∙10)/100 = 0,25 МПа.
В зависимости от класса точности, приборы делятся на образцовые и технические. Образцовые манометры имеют класс точности от 0,5 и выше. Они предназначены для хранения и воспроизведения единиц измерения, а также для проверки или градуировки других измерительных приборов. Если же на шкале имеется надпись "образцовый", то это означает, что прибор имеет класс точности не хуже 0,5 и может использоваться для проверки других приборов.
В лабораторной практике широко используют технические приборы, они недороги и просты в обращении.
Погрешность отсчета ( обозначается ∆ А отс ) является ошибкой оператора и определяется конструкцией шкалы. Для обычных приборов (без зеркальной шкалы) погрешность снятия отсчета не превосходит половины цены деления шкалы прибора (цена деления 0,2х105 Па, без зеркальной шкалы).
Методическая погрешность, вызванная принятой в эксперименте методикой измерения, может быть весьма существенна. Методическая ошибка может быть обнаружена при сравнении экспериментальных данных, полученных на различных установках. (Не учитываем).
Таким образом, максимальная погрешность измерения какой-либо величины будет складываться из погрешности прибора, методической погрешности и ошибки отсчета, то есть
∆А = ∆Апр + ∆Амет + ∆Аотс .
Содержание отчета
Отчет оформляется согласно требованиям, изложенным в
п. 2.1.2 настоящего пособия.
Кроме оформленного заголовка отчет должен содержать:
1. Схему и состав лабораторной установки.
2. Исходные данные.
3. Результаты измерений и вычисления.
4. Выводы по работе.
Исследование цикла паровой компрессорной
холодильной машины
Тема: «Компрессоры и холодильные машины»
Цель работы:
- изучить устройство и принцип действия паровой компрессорной холодильной машины;
- получить представление о значениях параметров хладагента в характерных точках цикла и технических данных ПКХМ.
Содержание работы
Объектом исследования является паровая компрессорная холодильная машина, предметом – параметры рабочего тела в характерных точках цикла.
При проведении работы необходимо:
- измерить температуры и давления в отдельных элементах ПКХМ;
- по диаграмме состояния хладагента в pi-координатах определить его параметры в характерных точках;
- построить цикл в Ts-координатах;
- сделать выводы.
Устройство и принцип работы лабораторной установки
Под лабораторную установку, принципиальная схема которой представлена на рис.2.13, переоборудована паровая компрессорная холодильная машина промышленного производства типа Х М– 0,57.
Рис. 2.13
В состав установки входят: 1– компрессор; 2,4,8,10 – термопары; 3 – конденсатор; 6, 11 – манометры; 7 – регулировочный вентиль (дроссель) ; 9 – испаритель.
В качестве хладагента используется фреон R 22. Компрессор поршневой двухступенчатый бессальникового типа с асинхронным электродвигателем мощностью 370 Вт. Конденсатор выполнен в виде радиатора, который охлаждается при помощи вентилятора проточным воздухом. Испаритель 1 (Рис.2.14) змеевикового типа размещен в цилиндрическом сосуде 2 с теплоизоляцией 3. В сосуд залита низкозамерзающая жидкость 4.
С целью определения холодильной мощности установки в сосуд через крышку введены ртутный термометр 5 и теплоэлектрический нагреватель (ТЭН) 6. Мощность нагревателя изменяется реостатом 8 и измеряется ваттметром 7.
На вход в компрессор фреон поступает в перегретом состоянии, в крайнем случае, со степенью сухости х = 1. Рис. 2.14
После сжатия в компрессоре давление и температура фреона
существенно повышаются. В конденсаторе энергия в форме теплота передается через стенки трубок охлаждающему воздуху. Внутри конденсатора при постоянном давлении происходит понижение температуры фреона до температуры конденсации. Дальнейший отвод теплоты понижает степень сухости пара, при этом температура и давление влажного пара остаются неизменными. При полной конденсации пара фреон поступает в дроссель в жидком состоянии. В дросселе происходит изоэнтальпный процесс понижения давления, что приводит к фазовому переходу фреона из жидкого в газообразное состояние. Интенсивность парообразования определяется степенью дросселирования. При прохождении через дроссель температура влажного пара снижается. В испарителе подводимое извне тепло полностью газифицирует фреон. Из испарителя газообразный фреон поступает в компрессор и цикл повторяется.
Экспериментальная часть работы
Все операции на лабораторной установке выполнить под руководством преподавателя в такой последовательности:
- поместить «холодные» спаи термопар в термостат со льдом и проверить функционирование гальванометра;
- включить холодильную машину;
- подать напряжение на ТЭН;
- на работающей установке в течение десяти минут поддерживать неизменной температуру жидкости в сосуде при помощи реостата, регулирующего мощность ТЭНа;
- через десять минут провести измерения давления фреона до компрессора и после него, измерить наружную температуру трубок в четырех точках тракта хладагента, снять показания ваттметра;
- записать экспериментальные показания и выключить лабораторную установку.
Результаты измерения:
t1= -30оС, t2= +50оС.
Исходные данные
Технические показатели ХМ – 0,57: холодильная мощность – 570 Вт; мощность электродвигателя компрессора – 370 Вт; механический КПД – 0,87; холодильный коэффициент – 1,77.
Для оформления отчета по работе в качестве методического материала используется диаграмма состояния хладагента R 22 в координа-
тах ln p i (см. Приложение, диаграмма 1).
. Расчетная часть работы
1. По соответствующей диаграмме состояния хладагента в ln p i – координатах для t1 и x=1 определить значения p 1, i 1, s1 .
2. По диаграмме для t2 и s2 = s1 найти значения p2 и i2.
3. Изобарный процесс охлаждения и конденсации дает возможность определить параметры в точках 2´ и 3, т.е. t2, , i2, , s2, и t3 , i3 , s3 , р3 = р2, = р2.
4. Параметры в точке 4 находятся на пересечении линий: изоэнтальпы 3-4 и изобары р1.
5. Вычислить холодильный коэффициент:
.
6. Приняв допущение, что мощность Nтэн = 400 Вт равна холодильной мощности ПКХМ, записать:
.
7. Вычислить массовый расход хладагента:
.
8. Найти потребную мощность на привод компрессора:
Nк = (i2 - i1) .
9. Сравнить расчетные значения холодильного коэффициента, холодильной мощности и мощности компрессора с техническими показателями холодильной машины; измеренные температуры с температурами по диаграмме состояния хладагента R 22 (Приложение, рис.1)
10. Построить цикл ПКХМ в Ts – координатах.
Содержание отчета
Отчет должен содержать: цель работы; схему и состав установки; экспериментальные данные; расчетные формулы и результаты вычислений; выводы по работе.
Контрольные вопросы по теме лабораторной работы
1. Перечислить основные агрегаты ПКХМ.
2. Объяснить принцип работы ПКХМ.
3. Изобразить цикл ПКХМ в Тs - координатах и пояснить его.
4. Что понимается под холодильным коэффициентом?
5. Чем определяется давление после компрессора?
6. Какую функцию выполняет дроссель?
7. Какую функцию выполняет конденсатор?
8. Для чего нужен испаритель?
9. Что используется в качестве хладагента?
10. Что понимается под степенью сухости пара?
|