Схема и описание установки. Методические указания к лабораторным работам

ТЕПЛОТЕХНИКА

Методические указания к лабораторным работам

для студентов всех специальностей и форм обучения

Тверь 2007

УДК 621.1(075.8)

ББК 31.3 я 7

Содержится описание семи лабораторных работ (четыре работы по термодинамике и три по теплообмену), действующих в настоящее время в теплотехнической лаборатории.

Основу содержания практикума составляют методические указания к лабораторным работам по теплотехнике, составленные в 1983 году. В предлагаемом пособии расширено теоретическое обоснование проводимых экспериментов, введены дополнительные формулы для расчета ряда величин, повышающие точность обработки опытных данных, значительно увеличен перечень контрольных вопросов к каждой лабораторной работе.

Предназначено для студентов ТГТУ, обучающихся по специальностям: 090500, 171800, 230100, 210200, 250500, 070100, 170600, 170500, 171100 при изучении дисциплин: «Термодинамика», «Теплотехника», «Техническая термодинамика и теплотехника»,

Подготовлено на кафедре «Гидравлика, теплотехника и гидропривод» Тверского государственного технического университета.

Обсуждено и рекомендовано к изданию на заседании кафедры (протокол № __ от __ ________ 2007г.).

© Тверской государственный

технический университет, 2007

ВВЕДЕНИЕ

Современные энерготехнологические системы требуют от специалиста глубокого понимания законов и принципов действия теплового оборудования, встроенного в эти системы. Только достаточно высокий уровень общеэнергетической подготовки позволит специалисту решать задачи по созданию современных экономически выгодных агрегатов и по повышению их энергетической эффективности. Лабораторные исследования позволяют более глубоко понять основные законы термодинамики и теплообмена, принципы работы тепловых машин. Обработка ряда опытных данных осуществляется с помощью диаграмм и таблиц, умение пользоваться которыми необходимо каждому инженеру. В лаборатории студент знакомится с некоторыми методами определения теплофизических величин, что очень важно при использовании новых материалов.

Указания по оформлению отчетов к лабораторным работам

1. При подготовке к выполнению лабораторной работы студент обязан изучить её содержание и методику; подготовить конспект на листах формата А4, который должен включать:

а) титульный лист (название работы, ФИО студента, группу) – отдельная страница;

б) цель выполнения лабораторной работы;

в) схема установки с её описанием; рисунки, поясняющие сущность протекающих процессов;

г) таблицы для записи опытных данных и результатов вычислений.

2. Результаты выполнения лабораторной работы должны быть занесены в «Таблицу наблюдений» чернилами (пастой) и предъявлены преподавателю для подписи.

3. Расчеты должны быть полностью приведены в отчете с указанием используемых формул и пояснением к ним.

4. При расчетах обязательно указывать размерности определяемых величин.

5. Графический материал оформлять на миллиметровой бумаге с указанием выбранных масштабов.

6. Защита лабораторных работ проводится в соответствии с учебным графиком. После защиты отчет по данной работе сдается преподавателю.

Работа 1. Первый закон термодинамики

Цели работы

Определение с помощью уравнения первого закона термодинамики количества теплоты, подведенного к рабочему телу (воздуху) в условиях лабораторной установки; определение адиабатного кпд компрессора.

Основные положения

Математическое выражение первого закона термодинамики для потока рабочего тела для данной лабораторной установки в расчете на 1 кг рабочего тела имеет вид

, (1)

где – означают соответственно изменение энтальпии, кинетической и потенциальной энергии потока; q и l_т – означают соответственно теплоту и техническую работу на рассматриваемом участке.

Адиабатным коэффициентом полезного действия (η_к) называется отношение мощности, расходуемой на изоэнтропное сжатие (N_о), к мощности, сообщаемой компрессору (N_к):

(2)

или отношение теоретической работы при адиабатном сжатии (l_о^обр) к действительной работе (технической), затрачиваемой на привод компрессора (l_т):

. (3)

Тогда мощность, затраченная на изоэнтропное сжатие(N_о) при известном расходе рабочего тела (G), находится по формуле

.

Мощность, подведенная к компрессору (N_к), расходуется на изоэнтропное сжатие (N_о) и на преодоление потерь (N_п) , сопровождающих процесс сжатия, т.е.

.

Численное значение мощности, подведенной к компрессору (N_к), можно определить через мощность (N_э), потребляемую электродвигателем компрессора, и коэффициент полезного действия привода компрессора (η_пр):

,(4)

где η_пр – коэффициент полезного действия привода компрессора, учитывающий потери в электродвигателе (η_э), механические потери (η_м) и передачу тепла потоку рабочего тела при охлаждении электродвигателя, за счет обтекания его потоком рабочего тела. Численное значение η_пр находится специальными опытами и в данном случае равно значению 0,51 (51%); N_э – мощность, подведенная к электродвигателю компрессора.

Схема и описание установки

Рабочее тело – воздух – компрессором 1 (рис. 1) забирается из окружающей среды, сжимается и поступает в горизонтальный участок трубы 5. Воздух на пути из окружающей среды в компрессор проходит через воздухомерное устройство 3 типа «труба Вентури». Количество воздуха, проходящего через установку, может изменяться с помощью заслонки 6. Параметры окружающей среды измеряются приборами, расположенными на панели 9 «Окружающая среда» (ртутный, чашечный барометр и жидкостно-стеклянный термометр). На панели 4 «Статические напоры» расположены три U-образных манометра для измерения статических давлений в сечениях: «горло» воздухомера (Н), на входе в компрессор (Н_в) и за компрессором (Н_н). В результате подведенного к трубе 5 тепла, воздух, проходя от сечения I–I, где его температура равна температуре окружающей среды, нагревается до температуры t_вII, которая измеряется термопарой 7 в комплекте с вторичным прибором.

Рис. 1. Схема установки

Для определения мощности, подведенной к электродвигателю 2 компрессора служит панель 8 «Работа компрессора», с размещенными на ней амперметром и вольтметром. Индикатор 10 фиксирует удлинение трубы при её нагреве, которое прекращается в момент установления стационарного режима.

Порядок проведения опыта

1. Проверить состояние всех измерительных приборов. Включить электронагрев трубы 5 и, спустя некоторое время ( по указанию преподавателя), компрессор 1, предварительно установив заслонку 6 в исходное положение.

2. По истечении времени выхода установки на стационарный режим, снять показания приборов и соответствующие величины записать в протокол наблюдений (табл. 1).

3. Изменив расход воздуха с помощью заслонки 6 и выждав время перехода установки в новое тепловое равновесие, снять показания приборов и занести в протокол.

Таблица 1