Температура розрахункового робочого режиму

№ пп	Найменування величин	Позначення	Одиниці вимірюв.	Значення величини
1.	Температура конденсації холодильного агента (після конденса-тора) tк = tпк + (10 12)	tк	°С
2.	Температура кипіння холодильного агента (у випарнику) t0 = tпк – (14 16)	t0	°С
3.	Температура переохолодженого холодильного агента tп = tк – (12 15)	tп	°С
4.	Температура перегрітої пари (перед компресором) tвс = t0 + (22 28)	tвс	°С

Параметри холодильного агента в характерних точках теоретичного циклу

Точка	Параметри
t, °С	Р, МПа	ν, м3/кг	h, кДж/кг	S, кДж/(кг·К)	х

Студент_________________

(підпис)

Робота виконана___________

(дата)

Робота прийнята_____________

(підпис, дата)

V. Випробування парової компресійної

холодильної машини

Мета роботи

1. Провести випробування холодильної машини.

2. По результатам випробування побудувати дійсний цикл холодильної машини в діаграмі h-lgP.

3. По діаграмі h-lgP визначити основні параметри холодильного агента.

4. По знайденим параметрам холодильного агента розрахувати основні параметри холодильної машини.

Порядок виконання

Перед початком експерименту необхідно ознайомитись з розміщенням приладів, їх призначенням і методикою виконання замірів. Схема розміщення термопар для заміру температурного агента показані на рис. 11.

Рис. 11. Схема підключення термопар.

Для фреону: 1 – перед компресором; 2 – на виході з компресора; 3 – перед конденсатором; 4 – на виході з конденсатора; 5 – перед ТРВ; 6 – перед випарником; 7 – після випарника. Для повітря: 8 – біля випарника.

Включити електродвигун компресора і переконатись в нормальній роботі холодильної установки по таким ознакам: відсутні при роботі компресора вібрація і стукіт, рівномірно покриті інеєм трубки випарника, відсутній іней на всмоктувальних трубках компресора.

За тиском і температурою фреону після компресора прослідкувати досягнення холодильної установки сталого режиму роботи. Дослід можна починати після того, як тиск і температура холодильного агента на протязі 8-10 хвилин будуть залишатись сталими.

Тривалість досліду 20-25 хвилин. Через рівні проміжки часу (4-5 хв.) записують покази приладів, які вимірюють температуру і тиск холодильного агента.

5.3. Результати вимірів

Температура кипіння холодильного агента в випарнику t₀ = …, °С

Температура конденсації холодильного агента

в конденсаторі t_к = …, °С

Температура холодильного агента перед ТРВ t_п = …, °С

Температура холодильного агента перед всмоктуванням в компресор t_вс = …, °С

Тиск фреону на всмоктуванні в компресор Р₀ = …, МПа

Тиск фреону після компресора Р_к = …, МПа

Температура повітря біля випарника t_пх = …, °С

Температура повітря біля конденсатора t_пк = …, °С

По результатам досліду будують дійсний цикл холодильної машини в h - lgP діаграмі (дивись попередню лабораторну роботу).

Рис. 12. Графік коефіцієнта подачі та індикаторного к.к.д.

5.4. Обробка результатів досліду

Основні показники роботи холодильної машини визначають по параметрам агента в вузлових точках циклу і довідковим даним.

Питома масова холодовидатність холодильного агента кількість теплоти, що відводиться від охолоджуваного середовища одним кілограмом холодильного агента.

, кДж/кг.

Енергія, витрачена на адіабатичне стиснення холодильного агента в компресорі (робота компресора):

, кДж/кг.

Теплота, відведена від холодильного агента в конденсаторі:

, кДж/кг.

Холодильний коефіцієнт циклу характеризує ефективність циклу, показує, скільки одиниць теплоти відбирається від охолоджуємого тіла в випарнику на одиницю витраченої роботи в компресорі:

Питома об'ємна холодовидатність всмоктуваної в компресор пари холодильного агента:

кВт/м³,

де V'₁ – питомий об'єм холодильного агента на вході в компресор (точка 1').

Дійсна холодовидатність показує кількість теплоти, відведеної від охолоджуємого тіла за одиницю часу:

, кВт,

де V_C – сумарний об’єм, який описують поршні, м³/с (див. вихідні дані);

λ – коефіцієнт подачі компресора (враховує всі об'ємі втрати, які є при дійсній роботі компресора і обумовлені наявністю шкідливого простору, дроселюванням, витіканням через нещільності і іншими причинами). Він показує відношення маси холодильного агента що дійсно подається, до маси, яку міг би подати компресор за той же час при відсутності всіх об'ємних втрат.

В зв'язку зі значною складністю визначення впливу різних факторів на величину λ вона визначається графічно в залежності від відношення тисків. Для геометричних компресорів, які працюють на фреоні-12, може бути визначена по рис. 12.

Масова видатність компресора:

, кг/с.

Теоретична потужність стиснення фреону в компресорі:

, кВт.

Потужність, споживана компресором:

, кВт,

де η_і – індикаторний к.к.д. компресора. Він залежить від характеру робочого процесу компресора, і визначається в основному тими ж умовами, що і коефіцієнт подачі. Числове значення η_і = 0,8 (згідно технічній характеристиці компресора).

Теплове навантаження на конденсатор (тепловий баланс машини):

, кВт

Ефективна потужність компресора:

кВт

де η_m – механічний к.к.д. компресора, залежить, в основному, від типу і конструкції компресора, частоти обертання валу, системи мащення і ін. факторів. Згідно з технічною характеристикою компресора η_m = 0,85.

5.5. Запитання для самоперевірки

1. Які прилади і для чого застосовуються в лабораторній роботі?

2. Як і які температури холодильного агента виміряються в роботі?

3. Методика побудови дійсного циклу холодильної машини.

4. Що таке холодовидатність холодильної машини і як вона визначається?

5. Як визначається робота компресора?

6. Що таке холодильний коефіцієнт і як він визначається?

7. Як визначається кількість теплоти, яка відводиться в конденсаторі?

Лабораторна робота

Випробовування парової компресійної холодильної машини

1. Вихідні дані

№№ пп	Найменування величин	Позна-чення	Одиниці виміру	Значення величини
1.	Тип холодильного агрегату	ВС-8000, ВС-07-3
2.	Номінальна холодовидатність	Q0	Вт/Ккал/г	800/700
3.	Холодильний агент			фреон-12
4.	Марка компресора	ФГ-07-03
5.	Робочий об'єм циліндрів	Vс	м3/с	0,88·10-3
6.	Кількість циліндрів		шт
7.	Частота обертання	n	с-1	23,6
8.	Індикаторний к.к.д. компресора	ηі		0,8
9.	Механічний к.к.д. компресора	ηm		0,85
10.	Тип термопар - хромель - копель

Схема установки

3. Результати вимірювань

№№ пп	Найменування величин	Позна-чення	Одиниці виміру	Значення величини
1.	Температура повітря біля випарника	tпх	°С
2.	Температура кипіння холодильного агента (в випарнику)	t0	°С
3.	Температура конденсації в конденсаторі	tк	°С
4.	Температура холодильного агента перед ТРВ	tп	°С
5.	Температура холодильного агента перед компресором	tвс	°С
6.	Тиск фреону перед компресором	Р0	МПа
7.	Тиск фреону після компресора	Рк	МПа

4. Результати розрахунків

№№ пп	Найменування величини	Позна-чення	Одиниці виміру	Значення величини
1.	Ентальпія пари фреону перед компресором	h1	кДж/кг
2.	Ентальпія пари фреону після компресора	h2	кДж/кг
3.	Ентальпія фреону перед ТРВ	h3	кДж/кг
4.	Ентальпія фреону перед випарником	h4	кДж/кг
5.	Питома холодовидатність фреону g0 = h1 - h4	g0	кДж/кг
6.	Робота стиску в компресорі l = h2 – h1	L	кДж/кг
№№ пп	Найменування величини	Позна-чення	Одиниці виміру	Значення величини
7.	Кількість тепла переданого в конденсаторі gк = h2 – h3	gк	кДж/кг
8.	Тепловий баланс gк = g0 + l	gк	кДж/кг
9.	Холодильний коефіцієнт циклу	ε
10.	Об'ємна холодовидатність фреону питома	qv	кДж/м3
11.	Дійсна холодовидатність фреону Q0 = Vcλgv	Q0	кВт
12.	Коефіцієнт подачі компресора	λ	кВт
13.	Масова видатність компресора	М	кВт
14.	Теоретична потужність на стиск фреону в компресорі NТ = M(h2 – h1)	Nт	кВт
15.	Теплова нагрузка на конденсатор Qк = Q0 + Nі	Qк	кВт
16.	Індикаторна потужність компресора	Nі	кВт
17.	Ефективна потужність компресора	Ne	кВт

Студент_________________

(підпис)

Робота виконана___________

(дата)

Робота прийнята_____________

(підпис, дата)

VI. Визначення середньої теплоємності повітря при сталому тиску

Мета роботи

а) вивчити експериментальну установку;

б) провести експериментальну частину роботи;

в) обробити результати досліду

6.2. Підготовка до роботи

Теплоємностю робочого тіла називається кільуість теплоти, яку треба підвести до тіла в тому чи іншому процесі, щоб змінити його температуру на один градус. Позначається теплоємність буквою «С».

Коли розглядають теплоємність газу, то в більшості випадків мають на увазі питому теплоємність, тобто теплоємність, яка відноситься до кількісної одиниці газу. В зв'язку з цим газ має три питомих теплоємності:

а) масову «с», , тобто кількість теплоти, яку треба підвести до 1 кг газу, щоб змінити його температуру на 1 град;

б) об'ємну «с^/», , тобто кількість теплоти, яку треба підвести до 1 м³ газу при нормальних умовах, щоб змінити його температуру на 1 град;

в) мольну (молярну) «μс», , тобто кількість теплоти, яку треба підвести до 1 кмоль газу, щоб змінити його температуру на 1 град.

На відміну від твердих і рідких тіл, об'єм яких мало змінюється в тих чи інших процесах, теплоємність газу - величина змінна. Вона залежить від характеру термодинамічного процесу і від температури.

6.2.1. Залежність теплоємності від характеру термодинамічного процесу

В кожному термодинамічному процесі газ мас своє чисельне значення теплоємності. Через те, що в природі існує безліч термодинамічних процесів (які мають назву «політропних») то і теплоємностей газу також безліч, тобто

-∞-≤с≤+∞.

Для того, щоб знати значення теплоємності газу в будь-якому термодинамічному процесі треба знати дві теплоємності: теплоємність при сталому об'ємі С_v, або ізохорну, і теплоємність при сталому тиску С_р, або ізобарну. Цітеплоємності вважаються фізичними характеристиками і приводяться в довідкових таблицях.

Тоді будь-яка теплоємність визначається за формулою:

C = C_v ,

де n - показник політропи (задається в задачі);

k - показник адіабати; k = .

6.2.2. Залежність теплоємності від температури

Із збільшенням температури теплоємність газу зростає: чим більше температура газу, тим більше треба підвести теплоти, щоб збільшити його температуру на 1 градус. В залежності від температури розрізняють середню і дійсну теплоємності: середня – «C_m», дійсна – «C» (без індексу «m»).

Середньою називається теплоємність, яка відноситься до якогось інтервалу температур і стала в цьому інтервалі. Так, для інтервалу температур t₁ і t₂ середня теплоємність:

C_m =

Для практичних розрахунків в додаткових таблицях наводяться середні теплоємності в інтервалі від 0 до t, °С. Тоді середня теплоємність в інтервалі t₁-t₂

C_m =

де C_m1 - середня теплоємність в інтервалі 0 – t₁;

С_m2 - те ж в інтервалі 0 - t₂.

Дійсною теплоємністю називається теплоємність при даній температурі.

Якщо інтервал температур невеликий, то теплоємність приймають незалежною від температури. Незалежною від температури приймають теплоємність і при орієнтовних, наближених розрахунках. В цьому випадку значення теплоємності приймають з довідкових таблиць » залежності від числа атомів в молекулі газу.

6.3. Визначення витрати повітря

Для визначення витрати повітря в лабораторній роботі застосовується напірна трубка (трубка Піто).

Напірні трубки застосовують для вимірювання швидкості і тиску в потоках, а також для вимірювання швидкостей в пограничних шарах при експериментальних дослідах як в лабораторних, так і виробничих умовах. Вони також використовується для вимірювання витрати рідин і газів при дослідженнях і випробуваннях.

Вимірювання швидкості в потоці рідини або газу напірними трубками зводиться до вимірювання динамічного тиску (швидкісного напору), який дорівнює різниці повного Р_n і статичного тиску Р_с і зв'язаний з швидкістю співвідношенням, яке одержують з рівняння Бернуллі:

Звідки швидкість незбуреного потоку в точці виміру дорівнює:

=

де ρ - густина рідини або газу в робочих умовах, кг/м³;

Р_n - повний тиск в лобовій точці напірної трубки, або критичній точці, Па; Р_с - статичний тиск або так званий гідродинамічний тиск в незбуреному потоці, Па.

Таким чином, для визначення динамічного тиску , а отже, і швидкості в даній точці потоку необхідно виміряти різницю повного і статичного тисків. Вимірювання повного тиску може бути здійснено напірною трубкою з отвором на лобовому її кінці (в критичній точці). Трубка установлюється назустріч руху потоку. Статичний тиск вимірюється через один або декілька отворів в стінці труби (рис. 13). В зв'язку з тим, що для визначення швидкості в даній точці треба виміряти тільки різницю тисків Р_n - Р_c, то обидві трубки слід приєднати до мікроманометра або рідинного дифманометру. Треба мати на увазі, що динамічний тиск вимірюється не зовсім точно. Тому дійсна швидкість відрізняється від теоретичної. Ця різниця враховується поправочним множником ξ, який знаходиться в результаті градуювання трубки.

Рис. 13. Визначення динамічного тиску

Значення поправочного множника ξ залежить від числа Рейнольдса. При збільшенні числа R_е значення ξ наближається до одиниці. Так, при R_е > 700 воно відрізняється від одиниці не більше ніж на 1%. Тоді:

.

Швидкість потоку в різних точках його перерізу неоднакова. В трубопроводі вона досягає максимуму в центральній частині перерізу і зменшується у напрямі до стінки. Для визначення витрати треба знати середню швидкість.

Для знаходження середньої швидкості потоку переріз трубопроводу розбивають на n ділянок рівними площами і вимірюють швидкість локальну в певній точці, кожної ділянки. Припускають, що в межах кожної ділянки швидкість постійна. Тоді середня швидкість потоку в перерізі визначається за формулою:

де υ_i - значення локальної швидкості в кожній ділянці перерізу;

n - число ділянок перерізу.

З другого боку:

,

де .

Визначивши середню швидкість, можна знайти витрату речовини, тобто кількість речовини, яка проходить через трубопровід за 1 с.

Об'ємна витрата:

Масова витрата:

, кг/с.

Для визначення динамічного тиску ΔР в лабораторній роботі використову­ється мікроманометр.

Мікроманометри є переносними приладами, їх застосовують в лабораторній практиці і в промислових умовах при проведенні випробувань теплосилових і інших установок для вимірювання малих тисків, розріджень або різниці тисків повітря і неагресивних газів.

Схема мікроманометра із змінним кутом нахилу вимірювальної трубки показана на рис. 14.

Прилад складається з широкої посудини 7, вимірювальної трубки 1, закріпленої на поворотному кронштейні, і пристрою 8 для фіксації кута нахилу αвимірювальної трубки. Посудина і всі інші деталі приладу закріплені на загальній основі 4. Прилад обладнаний двома рівнями 3 з циліндричними ампулами. Для установки приладу по рівням застосовуються два гвинта 2 і 5. Для установки в вимірювальній трубці рівня рідини проти нульової позначки є витискувач 6.

Рис. 14. Схема мікроманометра типу ММН:

1 - вимірювальна трубка; 2,5 - регулювальні гвинти; 3 - рівень (два); 4 - основа; 6 - витискувач; 7 - посудина; 8 - пристрій для фіксації кута нахилу трубки 1

Величину вимірюваного тиску (різниці тисків Δр) з допомогою мікроманометра визначають за формулою:

Δp = gnк , Па

де n - рівень рідини в вимірювальній трубці;

к - стала приладу: к = n sіnα,

де = 0,8095 г/см³ - густина етилового спирту, залитого в мікроманометр.