Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения всех специальностей Бийск icon

Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения всех специальностей Бийск


Смотрите также:
Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения...
Методические рекомендации по выполнению курсовых проектов (курсовых работ) для студентов...
Методические рекомендации по выполнению практических работ по курсу «Метрология...
Методические рекомендации по выполнению самостоятельной работы для студентов заочной формы...
Методические указания к выполнению лабораторных работ 4 8 по курсу «Сопротивление материалов»...
Темы рефератов и методические рекомендации по их оформлению для студентов всех специальностей и...
Методические рекомендации и темы рефератов для студентов всех специальностей дневной и вечерней...
Методические рекомендации по выполнению самостоятельной работы для студентов заочной формы...
Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения...
Методические рекомендации по выполнению дипломных работ (проектов) для студентов специальностей...
Методические рекомендации и планы семинарских занятий для студентов всех специальностей дневной...
Методические указания к лабораторным работам для студентов строительных специальностей всех форм...



Загрузка...
страницы: 1   2   3   4   5   6
вернуться в начало
скачать
^

Контрольные вопросы





  1. Какие виды переноса теплоты участвуют в теплообмене?

  2. Понятие температурного градиента и изотермической поверхности.

  3. Выведите уравнение теплопроводности в неподвижной среде.

  4. В чем причина различного распределения температур по толщинам плоской и цилиндрической стенок?

  5. Как определяют количество теплоты, переходящее от более нагретого тела к менее нагретому вследствие теплового излучения?

  6. В чем состоит различие между процессами конвекции и теплоотдачи?

  7. Что такое тепловое подобие? Приведите критерии теплового подобия, критериальное уравнение теплоотдачи.

  8. Охарактеризуйте распределение температур в ламинарном и турбулентном потоках. Что такое тепловой пограничный слой?

  9. В чем состоят различия в уравнениях для определения коэффициентов теплоотдачи при вынужденной и естественной конвекции?

  10. Какими методами можно интенсифицировать процесс тепло-отдачи в движущемся потоке (агрегатное состояние теплоносителя не меняется)?


^ 5 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ КОМПРЕССИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ


Цель работы: ознакомиться с работой компрессионной холо-дильной установки.


^ Теоретическая часть


Многие процессы современной промышленности могут быть осуществлены только при искусственном охлаждении, т.е. при температурах значительно более низких, чем те, которые достигаются естественным охлаждением водой или воздухом. В химической технологии такими процессами являются, например, сжижение паров и газов, разделение сложных газов смесей, некоторые процессы абсорбции, кристаллизации и сушки, различные химические реакции и другие.

Для получения искусственного холода теплоту от тела с низкой температурой необходимо передать среде с более высокой темпера-турой, т.е. требуется осуществить процесс, приводящий к уменьшению энтропии. Поскольку такой процесс согласно второму закону термо-динамики самопроизвольно идти не может, то для его реализации надо выполнить еще некоторый вспомогательный процесс, идущий с возрастанием энтропии. Очевидно, что минимальная работа, которую при этом надо произвести, должна компенсировать уменьшение энтропии, вызванное процессом охлаждения.

В паровых компрессионных холодильных установках, которые широко применяются для получения умеренно низких температур (до минус 100 ºС), перенос теплоты обеспечивается применением рабо-чего вещества (холодильного агента). При совершении кругового процесса (обратного цикла Карно) теплота, отводимая от охлаждае-мого тела, переходит к испаряющемуся рабочему веществу при низ-кой температуре, а затем передаётся охлаждающей среде (воде) от конденсирующегося пара рабочего вещества при более высокой температуре (более высоком давлении).

Для осуществления такого процесса передачи теплоты необхо-димо затратить работу на сжатие пара рабочего вещества от давления испарения до давления конденсации. Эта работа превращается в теплоту и также передается охлаждающей среде.

Теоретический холодильный цикл Карно (рисунок 11) состоит из двух изоэнтропных процессов (1–2 – сжатие и 3–4 – расширение сконденсировавшегося рабочего вещества) и двух изотермических процессов (2–3 – конденсация пара и 4–1 – испарение рабочего тела). На TS-диаграмме теплота, отнимаемая от охлаждаемого тела рабочим веществом, т.е. холодопроизводительностью , определяется пло-щадью а–1; 4–6, теплота, передаваемая рабочим веществом охлажда-ющей среде Q, определяется площадью а–1–3–6, а затрачиваемая работа QL – площадью 1–2–3.

Таким образом, энергетический баланс цикла Карно будет

. (5.1)

Если QL – работа, совершаемая в реальном процессе, то этот баланс справедлив для любой холодильной установки.



Рисунок 11 – Теоретический холодильный цикл

(обратный цикл Карно) в координатах TS

Обратный круговой цикл, представляемый на диаграмме
(см. рисунок 11), осуществим при условии, что энтропия системы остается постоянной. Следовательно, уменьшение энтропии охлаждае-мого тела на , происходящее при испарении рабочего вещества, должно быть равно увеличению энтропии охлаждающей среды на , происходящему при конденсации сжатого пара рабочего вещества. Из этого условия следует, что работа, затрачивае-мая при осуществлении теоретического холодильного цикла Карно:

. (5.2)

Иначе говоря, теоретическая работа, необходимая для обеспече-ния заданной холодопроизводительности, не зависит от природы рабочего вещества и определяется только значениями температур конденсации и испарения.

Уравнение (5.2) позволяет также сделать следующие, практи-чески важные общие заключения о затратах энергии при получении холода: работа будет тем меньше, чем ниже температура конденсации, а это значит, что в конденсатор следует подавать самую холодную воду; работа будет тем меньше, чем выше температура испарения, а это значит, что не следует вести охлаждение до температур более низких, чем те, которые минимально необходимы.

Энергетическую экономичность холодильных установок, дейст-вующих по обратному циклу Карно, характеризуют холодильным коэффициентом, т.е. величиной отношения холодопроизводительности к затраченной работе:

. (5.3)

Для теоретического цикла, как это следует из сопоставления уравнений (5.2) и (5.3), холодильный коэффициент будет иметь наибольшее значение:

. (5.4)

Принципиальная технологическая схема паровой компрессион-ной холодильной установки показана на рисунке 12.




1 – испаритель; 2 – компрессор;

3 – конденсатор; 4 – дроссель

Рисунок 12 – Схема паровой компрессионной холодильной

установки


Испаритель 1 служит для испарения жидкого холодильного агента при низкой температуре и соответствующем давлении. При этом от охлаждаемого тела отнимается теплота. Компрессор 2 предназначен для сжатия пара холодильного агента, отсасываемого из испарителя. Сжатие пара сопровождается некоторым перегревом. В конденсаторе 3 сжатый компрессором пар холодильного агента превращается в жид-кое состояние. Теплота, выделяющаяся при конденсации, переходит к охлаждающей среде. Чем выше температура охлаждающей среды, тем выше должна быть температура конденсации, а следовательно, и дав-ление.

Регулирующий вентиль (дроссель) 4 служит для регулирования подачи жидкого холодильного агента в испаритель. При протекании жидкости через узкое сечение вентиля происходит ее торможение или дросселирование. В результате этого процесса давление жидкого холодильного агента падает от давления конденсации до давления испарения с соответствующим понижением температуры.

Циркуляция холодильного агента в холодильной установке осуществляется компрессором, который является наиболее ответствен-ной частью компрессионной установки.

В качестве рабочих веществ (холодильных агентов) компрессион-ных холодильных установок в настоящее время наиболее часто исполь-зуют аммиак и различные хладоны. Хладонами (фреонами) называют фторхлорзамещенные предельных (насыщенных) углеводородов. Пока практическое применение нашли только производные метана и этана, например, хладон-11 (СРСl3), хладон-12 (CF2Cl2), хладон-22 (CHF2Cl), хладон-113 (С3Р3Сl3), хладон-114 (С2P4Сl2) и некоторые другие. Хладоны представляют собой химически инертные, не взрывоопасные и не горючие соединения. Это малотоксичные жидкости, обладающие очень слабым запахом. Хладоны легко проходят через малейшие неплотности соединений и способны проникать даже через поры обычных чугунных отливок.

Процессы, происходящие с рабочими веществами в холодильных установках, изображают на энтропийной Т–S и энтальпийной Р–I диаграммах состояний этих веществ. Цикл паровой компрессионной установки с одноступенчатым сжатием характеризуется так называе-мым сухим холодом компрессора (перегревом пара при сжатии), переохлаждением жидкого холодильного агента после конденсации пара и перегревом пара, засасываемого компрессором. Согласно схеме одноступенчатой холодильной установки (см. рисунок 12), теоретичес-кий цикл ее работы в диаграммах Т–S и Р–I (рисунок 13) составляется рядом процессов.



Рисунок 13 – Цикл холодильной установки в координатах T–S и P–I.

1–2" – адиабата – сжатие в компрессоре сухого перегретого пара от давления испарения до давления конденсации ;

2"–2" – изобара – охлаждение в конденсаторе сжатого и перегретого пара до температуры насыщения (х = 1);

2"–3 – изотерма и изобара – конденсация пара в конденсаторе за счет отвода теплоты охлаждающей водой или воздухом;

3–3" – изобара – переохлаждение жидкого холодильного агента в конденсаторе или отдельном теплообменнике до температуры переохлаждения Т3, более низкой, чем температура конденсации, но при том же давлении;

3"–4 – изэнтальпа – дросселирование в регулирующем вентиле с падением давления и температуры;

4–1" – изотерма и изобара – испарения и перегрев холодильного агента в испарителе за счет подвода теплоты от охлаждаемого тела;

1"–1 – изобара – перегрев пара в теплообменнике за счет теплообмена с переохлаждаемым жидким холодильным агентом в специальном теплообменнике.

Переохлаждение холодильного агента (линия 3–3") компенсирует потери при дросселировании и увеличивает холодопроизводительность установки. Некоторый перегрев пара перед всасыванием (линия 1"–1) обеспечивает устойчивый сухой ход компрессора.

Линия сжатия 1–2 практически не совпадает с адиабатой 1–2". Так как компрессор выполняется с воздушным охлаждением, то процесс сжатия идет с отдачей теплоты окружающей среде (воздуху), т.е. по политропе 1–2. При этом за счет отвода теплоты при сжатии работа сжатия несколько уменьшается.

Цель работы – практическое ознакомление с работой холодиль-ной установки, а также экспериментальное определение холодопроиз-водительности, получаемой при заданных условиях, и холодильного коэффициента.


^ Экспериментальная часть


Схема холодильной установки приведена на рисунке 14.



1 – испаритель; 2 – компрессор; 3 – конденсатор; 4 – теплообменник;

5 – фильтр; 6 – осушитель; 7 – дроссель; 8 – холодильная камера;

9 – калориметр; 10 – вентилятор; 11 – заслонка; 12 – расходомер;

13 – диафрагма; 14 – ротаметр; 15 – вентиль

Рисунок 14 – Схема холодильной установки ИФ-49

Изучаемая холодильная установка состоит: из испарителя 1; одноступенчатого двухцилиндрового компрессора 2 (марки 2ФВ-6/3), сжимающего пары хладона до давления конденсации ; конденса-тора 3; противоточного теплообменника 4, где жидкий хладон охлаж-дается до температуры переохлаждения , обмениваясь теплотой с парами хладона, идущими на всасывание и перегревающимися до температуры перегрева ; фильтра 5, служащего для улавливания загрязнений осушителя 6, заполненного силикагелем и предназначен-ного для улавливания влаги; терморегулирующих вентилей (дроссе-лей) 7, регулирующих поступление хладона в испаритель (установка имеет два дросселя и два змеевиковых ребристых испарителя, работающих параллельно). Испарители заключены в холодильную камеру 8. Из испарителей пары хладона всасываются компрессором.

Рабочим веществом холодильной установки ИФ-49 служит хладон-12 (дифтордихлорметан), являющийся одним из наиболее широко распространенных холодильных агентов. При нормальных условиях хладон-12 представляет собой тяжелый бесцветный газ (температура кипения 29,8 ºС, давление конденсации при 25 ºС составляет 0,65 МПа) с очень слабым специфическим запахом, который ощутим лишь при содержании в воздухе более 20 % (об.) хладона. Сухой хладон-12 не корродирует металлы, за исключением магниевых сплавов. Хладон-12 наиболее безвреден, но в жидком состоянии может вызывать обморожение кожи и поражение глаз.

В установке осуществляется замкнутый цикл охлаждения и нагревания воздуха. Циркуляцию воздуха обеспечивает вентилятор 10. Для регулирования расхода воздуха на нагревательном трубопроводе установлена заслонка 11. Судить о расходе воздуха можно по расходо-меру 12 (кольцевые весы), датчиком которого является диафрагма 13. Охлаждаемый воздух проходит холодильную камеру, в которой поме-щены испарители, сверху вниз. Для нагревания охлажденного воздуха перед вентилятором установлен двухсекционный электрокалорифер 9. Мощность одной секции калорифера и соответственно температуру нагреваемого воздуха можно регулировать лабораторным автотранс-форматором (ЛАТРом).

В змеевик конденсатора 3 холодильной установки подают водо-проводную воду через ротаметр 14, по показаниям которого судят о расходе воды.

Температуру определяют электронным мостом (марки MCPI-01). Соответствующие термометры сопротивления подключают к показы-вающему прибору многоточечным переключателем.

Датчиками температур являются термометры сопротивления. Избыточное давление конденсации и испарения измеряют манометрами.


^ Порядок проведения работы


При пуске установки сначала, открывая вентиль 15 (см. рисунок 14), устанавливают по ротаметру 14 заданный расход воды. Затем пускают компрессор 2 и вентилятор 10. Заданный расход воздуха устанавливают заслонкой 11 по прибору 12. Через 3 минуты после пуска компрессора включают калорифер (нерегулируемую секцию включают полностью, а регулируемую секцию, мощность нагрева которой можно регулировать ЛАТРом, – по заданию).

Спустя 30 минут после пуска установки приступают к снятию показаний приборов. Измерения производят каждые 5 минут. Полученные данные записывают в таблицу 10.


Таблица 10 – Экспериментальные данные

Номер опыта

Показания расходометра 12

Расход воздуха V, м/с

Показания ротаметра 14

Расход воды V, м/с

Температура, ºС

Избыточное давление

хладона, кгс/см2

воздуха

воды

хладона

до охлаждения J1

охлажденного J2

начальная tнач

конечная tкон

при всасывании Т1

при нагревании Т2

при переохлаждении Т3

при перегреве Т4

конденсации Рк

испарения Ри

1











































2























































































n













































Рекомендуемые условия проведения эксперимента:

  1. Расход воды в конденсаторе – от 0,3 до 0,5 л/с (от 20
    до 30 л/мин).

  2. Расход воздуха от 0,11 до 0,22 ( от 400 до 800 ).

  3. Мощность регулируемой секции калорифера – от 100 до 120 делений шкалы автотрансформатора.

  4. Охлаждать воздух до минусовых температур не следует, так как в этом случае установка будет запотевать и может быстро выйти из строя. Кроме того, при более высокой температуре охлаждённого воздуха уменьшается температурный перепад с окружающей средой, а следовательно, будут меньше тепловые потери с поверхности холодильной камеры.

После достижения установившегося режима работы установки, о чем будет свидетельствовать неизменность температуры охлаждённого воздуха во времени, выполняют контрольные измерения всех величин и прекращают опыт.

Установку останавливают в следующем порядке: выключают калорифер, затем компрессор, вентилятор и в последнюю очередь отключают воду.


^ Обработка экспериментальных данных


Обработку опытных данных начинают с построения цикла работы холодильной установки в координатах (или TS) и нахождения всех нужных значений энтальпии холодильного агента. Построение цикла и расчёты производят по средним значениям величин, измеренных при установившемся режиме работы установки.

Узловые точки цикла определяют следующим образом (см. рисунок 13):

1 – по давлению испарения;

1" – по температуре перегрева паров хладона в испарителе и давлению испарения;

1 – по температуре всасывания и давлению испарения;

2 – по давлению конденсации и температуре нагнетания;

2 и 3 – по давлению конденсации;

2" – как точку пересечения изоэнтропы, проходящей через точку 1, с изобарой, соответствующей давлению конденсации;

3 – по температуре переохлаждения жидкого хладона;

4 – как точку пересечения изоэнтальпы с изобарой, соответствую-щей давлению испарения.


Далее рассчитывают:

  1. Количество теплоты, отдаваемое хладоном воде в конденса-торе, за единицу времени (Вт):

. (5.5)

  1. Количество хладона, циркулирующего в установке в единицу времени (кг/с):

. (5.6)

  1. Мощность (Вт), расходуемую компрессором, при допущении, что сжатие происходит при постоянной энтропии (теоретическая мощность):

. (5.7)

  1. Полная холодопроизводительность установки (Вт):

. (5.8)

  1. Полезная холодопроизводительность установки (Вт):

. (5.9)

В этих расчетах плотность следует брать при температуре нагретого воздуха, а теплоёмкость – при средней (арифметической) температуре воздуха.

  1. Тепловые потери (Вт):

. (5.10)

  1. Теоретический холодильный коэффициент (коэффициент цикла Карно):

. (5.11)

  1. Полный холодильный коэффициент установки, учитываю-щий количество холода, затрачиваемого на охлаждение воздуха и компенсацию потерь с поверхности холодильной камеры:

. (5.12)

Иначе:

, (5.13)

где – удельная холодопроизводительность установки, Дж/кг.

  1. Полезный холодильный коэффициент, учитывающий только количество холода, затрачиваемого на охлаждение воздуха:

.

Строго говоря, для определения полного и полезного холодильных коэффициентов необходимо знать действительную работу, совершенную в реальном сжатии.

Тогда – индикаторный холодильный коэффициент.





Скачать 0,67 Mb.
оставить комментарий
страница5/6
Дата28.09.2011
Размер0,67 Mb.
ТипМетодические рекомендации, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5   6
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх