Приборы и оборудование

Лабораторный комплекс ЛКТ-3, включающий измерительную систему ИСТ‑2М, приборный блок, печь-термостат, пустой тигель, теплоизолирующий колпачок

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Используйте формулы (1-6) из лабораторной работы № 1

ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Получить от преподавателя значения двух мощностей нагрева W _1, W ₂

2. Нанесите на поверхность пустого тигля 1-2 капли глицерина (для теплового контакта) и установите его на плите без теплоизолирующего колпачка.

3. Прижмите тигель к плите стержнем с пружинами

4. Регулятор Температура установите в положение, соответствующее максимальной температуре

5. Используя выданное преподавателем значение мощности нагрева W ₁ помощью найденного значения сопротивления R и формулы (4) из Л/Р N1, установите требуемое для данной мощности напряжение нагрева с помощью цифрового индикатора

6. Измерьте зависимость температуры печи от времени в секундах в диапазоне 40-120 град. с интервалом 10 градусов при данной мощности нагрева W _1. Полученные данные (время (в сек), температура, сила тока, мощность нагрева) занесите в таблицу 1. (см. пример ниже)

7. Используя выданное преподавателем значение мощности нагрева W ₂, опять измерьте зависимость температуры печи от времени в секундах в том же диапазоне при данной мощности нагрева W _2. Полученные данные опять занесите в таблицу 1

8. Полагая, что для одного и того же интервала температур ∆Т мощность потерь W^’ одинакова для обеих мощностей нагрева, из уравнений (1)

(1)

Где и - интервалы времени, за которые система проходит интервал температур при первом и втором нагреве, находим W’(Ti) и теплоемкость системы С₀(Ti) для каждой температуры (T_i):

(6)

9. Определите среднее арифметическое значение величины :

Определите среднеквадратичную ошибку среднего арифметического значения , т.е. отклонение среднего арифметического от истинного значения:

(1)

Где и - интервалы времени, за которые система проходит интервал температур при первом и втором нагреве, находим W’ и теплоемкость системы С₀: (2)

10. Применяя формулу (2) вычислите для каждого температурного интервала мощность тепловых потерь и постройте на миллиметровой бумаге график зависимости мощности тепловых потерь от температуры Т. Там же постройте кривую мощности тепловых потерь тигля с теплоизолирующим колпачком из Л/Р N1. Какие выводы можно сделать?

11. Опять наденьте на тигель теплоизолирующий колпачок, но включите вентилятор и повторите все шаги (5-10). На той же миллиметровой бумаге постройте третий график зависимости мощности вынужденных тепловых потерь при обдуве тигля.

12. Сделайте выводы о зависимости мощности тепловых потерь от температуры и внешних условий и запишите их.

В ходе выполнения работы привести:

· Краткую теорию

· Провести измерения и заполнить Таблицу 1, см. пример ниже

· Сформулировать и записать подробные выводы

· Ответить на вопросы, приведенные ниже.

· Решить задачи, заданные преподавателем

Таблица 1. (пример) Измеренные и вычисленные показания времени нагрева, тока, напряжения, мощности и мощности потерь

Время нагрева t1 (сек)	Температура T1	Ток нагрева I1 (мА)	Напряжение U1 (В)	Мощность нагрева W1 (Вт)
			13,00	16,28
			12,89	16,07
xxx	xxx	xxx	xxx	xxx	xxx	xxx
xxxx	xxx	xxx	xxx	xxx	xxx	xxx
Время нагрева t2 (сек)	Температура T2	Ток нагрева I2 (мА)	Напряжение U2 (В)	Мощность нагрева W2 (Вт)	Мощность потерь W’ (Вт)	Теплоемкость С0 (дж/К)
					---	--
			15,02	20,07	1,33	70,3
			15,07	20,12	1,63	70,15
xxx	xxx	xxx	xxx	xxx	xxx	xxx
xxxx	xxx	xxx	xxx	xxx	xxx	xxx

Вопросы:

1. Что называют термодинамическим циклом?

2. Какие циклы называют тепловыми?

3. Какие циклы называют холодильными?

4. Как организуется цикл холодильной установки?

5. Как организуется цикл теплового насоса?

6. Что называют термическим КПД теплового цикла?

7. Что называют холодильным коэффициентом холодильной машины?

8. Какой цикл называют циклом Карно?

9. Как рассчитывается термический КПД цикла Карно?

10. Какой цикл является наиболее эффективным с точки зрения термодинамики?

11. Является ли цикл Карно самым экономически эффективным?

12. Сформулируйте второй закон термодинамики применительно к теории циклов.

Задачи:

1. Найти термический КПД цикла Ренкина, если начальные параметры пара р1= 10 МПа, t1= 500C. Давление в конденсаторе p2 = 0,05 бар. Определить, насколько уменьшится η_t, если на входе в турбину пар дросселируется до давления p′ = 9,0 МПа. Исследовать зависимость Δη_t = f(Δp1), где Δη_t – уменьшение термического КПД вследствие дросселирования, а Δр = 100(р1 – p′)/р1 – уменьшение давления р1 при дросселировании в %.

2. В компрессор воздушной холодильной установки (ХУ) воздух поступает из холодильной камеры при давлении p1 = 0,1 МПа и температуре t1 =– 15C. После изоэнтропного сжатия до давления p2 =0,4 МПа воздух поступает в теплообменник, где при p2 = const его температура снижается до t3=25С. Затем воздух поступает в детандер, где происходит изоэнтропное расширение до первоначального давления p1, и в холодильную камеру. В холодильной камере при p1 = const воздух отнимает теплоту от охлаждаемых тел и нагревается до температуры t1. Определить: холодильный коэффициент ХУ; температуру воздуха, поступающего в холодильную камеру; количество теплоты, забираемое в теплообменнике охлаждающей водой (в кВт); расход воздуха и теоретическую потребную мощность, если холодопроизводительность установки Q2 = 100 кВт. Изобразить цикл в диаграммах p,υ и T,s. Исследовать зависимость εt = f (t1). Определить также холодильный коэффициент для ХУ, работающий по циклу Карно для того же интервала температур. Изобразить цикл Карно в диаграммах T,s вместе с циклом воздушной ХУ.

3. Воздушная ХУ производит лед при температуре –3C из воды с температурой 10C. Воздух, поступающий в компрессор, имеет температуру t1 =-10C C, давление p1 = 0,1 МПа и сжимается до давления p2= 0,4 МПа. Затем воздух поступает в теплообменник, где изобарно охлаждается до t3 = 20C. Расход воздуха равен 1000 м3/ч при нормальных условиях. Определить холодильный коэффициент, мощность, потребную для привода компрессора, и количество льда, полученного в час. Определить также холодильный коэффициент ХУ, работающий по циклу Карно в том же интервале температур. Изобразить циклы воздушной ХУ и Карно в диаграммах T,s (совместно). Указание: теплоту затвердевания воды при р = 0,1 МПа принять q = 330,7 кДж/кг. Теплоемкость льда считать разной с_лед= 2,09 кДж/(кг·К), а теплоемкость воздуха при нормальных условиях – с_возд = 1,298 кДж/(м3 К).

4. Для отопления зданий может быть использована теплонасосная установка, в которой нижним источником теплоты служит окружающая среда. В результате работы ТН теплота окружающей среды передается источнику теплоты с более высокой температурой, чем окружающая среда. Сколько можно получить теплоты в час для отопления здания при помощи ТН, если температура окружающей среды tОС =–15C, температура нагревательных устройств tН = 70C? Мощность двигателя компрессора N = 15 кВт. Принять, что установка работает по циклу, изображенному на рис. Холодильный агент – фреон-12.