К выполнению лабораторных работ по курсу

Стр 1 из 2Следующая ⇒

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

_____________________________________________________________________________________________

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

Филиал в г. Смоленске

Общая энергетика

Методические указания

К выполнению лабораторных работ по курсу

«Общая энергетика»

Смоленск

УДК 621.036 (076.5)

М 69

Утверждено учебно-методическим Советом филиала ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Смоленске в качестве методических указаний для студентов, обучающихся по специальностям 140205 «Электрические системы и сети»,

140211 «Электроснабжение»

Подготовлено на кафедре «Промышленная теплоэнергетика»

Рецензент

канд. техн. наук, доц. филиала ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Смоленске

В. А. Михайлов

М 69 Общая энергетика: методические указания к лабораторным работам по курсу
«Общая энергетика» / Сост Любов С.К., Любова Т.С. – Смоленск: РИО филиала
ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Смоленске, 2008. - с.

Методические указания к лабораторным работам содержат описание четырех работ. Непосредственно работы проводятся на экспериментальных лабораторных стендах. Выполнение лабораторной работы распределяется по этапам: домашняя подготовка – 2 часа, работа на установке – 2 часа, анализ полученных результатов, оформление и защита работы – 2 часа.

(с) филиал ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Смоленске, 2008

Содержание

Лабораторная работа №1

Исследование процессов во влажном воздухе 4

Лабораторная работа №2

Изучение работы холодильной установки 13

Лабораторная работа №3

Измерение коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала 20

Лабораторная работа №4

Теплоотдача горизонтальной трубы при свободном движении

воздуха 26

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВО ВЛАЖНОМ ВОЗДУХЕ

Цель работы - изучение свойств влажного воздуха, исследование состояния его в различных сечениях воздушного тракта в процессах, протекающих в калорифере и сушильной камере.

Описание экспериментального стенда

Стенд представляет собой модель сушильной установки, в которой сушильным агентом является комнатный воздух, а высушиваемым материалом – ткань, смоченная водой (см. рис. 3).

В кольцевой канал 1 через газовый счетчик 2 поступает воздух. Первая по ходу воздуха часть внутренней трубы является калорифером. Внутри него вдоль оси помещен электронагреватель 3. За калорифером расположена сушильная камера 4, внутри которой помещен влажный материал, подлежащий сушке. Ткань постоянно увлажняется водой из емкости, расположенной в камере. Из сушильной камеры воздух по кольцевому каналу 5 и трубе 6 подается на вход центробежного вентилятора.

Слои потока воздуха в кольцевых каналах 1 и 5 выполняют роль тепловой изоляции калорифера и сушильной камеры. Происходит частичное " самоулавливание" тепловых потерь.

Рисунок 2 - hd -Диаграмма влажного воздуха

Электронагреватель питается постоянным током от регулятора напря-жения, с помощью которого изменяется потребляемая мощность. Ток и напряжение в цепи нагревателя измеряются с помощью цифрового миллиам-перметра 11, подключаемого к шунтам R₁ и R₂ переключателем П.

Температура и относительная влажность воздуха на входе измеряются с помощью психрометра. Для измерения температуры воздуха за калорифером, сушильной камерой и перед вентилятором установлены хромель-копелевые термопары 7, 8, 9, 10, подключенные к многоточечному автоматическому потенциометру КСП-4. Показания термопар записываются на диаграммной ленте. Горячий спай термопары 4 обернут тканью, смачиваемой водой. По показаниям " сухой" 9 и " мокрой" 10 термопар определяется состояние воздуха перед вентилятором.

Порядок проведения опыта

После получения допуска к работе включается нагреватель и вентилятор кнопкой " Вкл.". Затем измеряется относительная влажность воздуха в лаборатории с помощью психрометра. Для этого необходимо смочить ткань " мокрого" термометра водой, завести механизм вентилятора, сделав ключом четыре-пять оборотов, и через каждые 30 сек. записать показания " мокрого" и " сухого" термометров. Измерение продолжается до тех гор, пока температура мокрого термометра не станет наинизшей и не начнет снова возрастать. В качестве расчетных берутся минимальная темпе-ратура " мокрого" и соответствующая ей температура " сухого" термометров.

Опыт выполняется в стационарном режиме, когда температуры в Конт-рольных сечениях воздушного тракта установки станут постоянными. С периодичностью около 3 минут произвести 4 -5 измерений мощности нагре-вателя и температур с помощью потенциометра. В момент начала и конца опыта необходимо зафиксировать время и показания газового счетчика.

Результаты измерений записать в таблицу:

Время опыта	Показания газ. счетчика	Ток	Напря-жение	Значение температур
начало, мин.	конец, мин.	начало, м³	конец, м³	А	В	на входе t_c	на входе t_m	за кало-риф.	за суш. камер.	перед вент. t_c	перед вент. t_m

Обработка результатов опыта

После окончания опыта следует:

1) по показаниям счетчика найти расход воздуха за время опыта

V_воз, м²;

2) определить среднюю за опыт мощность нагревателя W, Вт;

3) определить средние за опыт температуры в контрольных сечениях;

4) нанести на hd - диаграмму процессы, протекающие с влажным

воздухом.

Исходная точка 1 определяется состоянием воздуха в лаборатории. Затем из точки 1 построить процесс нагрева, заканчивающийся в точке 2 при температуре воздуха за калорифером. Далее следуют нанести точку 4, характеризующую состояние воздуха в выходной трубке, в месте измерения относительной влажности φ .

Точка 3, отвечающая состоянию воздуха за сушилкой, найдется, если построить процесс охлаждения воздуха в выходной трубке в пределах температур за сушильной камерой и перед вентилятором. Точки 2 и 3 соединяются условной прямой, которая определяет процесс сушки.

Разность влагосодержаний в точках 1 и 4 определит количество испаренной из материала влаги на 1 кг сухого воздуха.

Разность энтальпий h₃ - h₁ определяет количество тепла на 1 кг сухого воздуха, переданное нагревателем воздуху, за вычетом потерь тепла в окружающую среду калорифером и сушильной камерой.

Масса сухого воздуха m_воз, объемный расход которого измерен при помощи счетчика находится из уравнения состояния

. (9)

Парциальное давление р_воз находится по разности

, (10)

где В – барометрическое давление;

р_п – парциальное давление пара, определяемое из выражения (3) с уче-

том того, что р = В.

Полное количество испаренной влаги

, кг (11)

Количество тепла, воспринятое сушильным агентом в калорифере, равно

, кДж. (12)

Тепловые потери калорифера определяются из выражения

, кДж, (13)

где W – мощность нагревателя, вт.

Потери тепла в сушильной камере характеризуются разностью энталь-пий h₂- h₃(адиабатный процесс сушки идет при постоянной энтальпии). Эти потери равны

, кДж. (14)

Действительное количество тепла, затраченное на 1 кг испаренной влаги, равно

, кДж/кг. (15)

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

- схему установки и краткое ее описание,

- журнал наблюдений,

- hd - диаграмму, с нанесенными в ней процессами,

- все необходимые расчеты.

6 Контрольные вопросы

1. Если температура воздуха больше температуры насыщения водяного пара при давлении смеси, то может ли воздух быть насыщенным?

2. Доказать, что водяной пар при атмосферных температуре и давлении можно считать идеальным газом.

3. Доказать справедливость соотношения (3) для влажного воздуха.

4. Показать, что чем больше влажность воздуха, тем меньше его плотность.

5. В каких случаях паросодержание воздуха максимально?

6. Объяснить методику построения hd - диаграммы.

7. Показать в hd - диаграмме основные процессы с влажным воздухом.

Лабораторная работа № 2

Описание установки

Лабораторный стенд создан на базе бытового холодильника " Смоленск", использующего в качестве хладоагента фреон-12 (химическая формула (СF₂Cl₂). Роль дросселя выполняет капиллярная трубка, по которой движется хладоагент от конденсатора к испарителю. Капиллярная трубка обеспечивает необходимый перепад давлений р₁ - р₂. Этот перепад давлений можно определить по показа-ниям манометров, установленных на задней панели агрегата.

Измерение температур рабочего тела осуществляется с помощью шеститочечного автоматического потенциометра КСП-4. Материал термопар: хромель-копель. Термопары установлены в следующих точках схемы: 1 - в конденсаторе; 2 - перед дросселем (капиллярной трубкой); 3 - за компрессором; 4 - перед компрессором; 5 - в испарительной камера.

Задание

1. Изучить основные теоретические положения по рекомендуемой литературе и данному методическому пособию.

2. Ознакомиться с устройством лабораторного стенда, установленными приборами.

3. На принципиальной схеме холодильной установки указать места замеров температур и давлений.

4. При достижении установившегося режима записать показания приборов.

5. По результатам замеров температур на TS - диаграмме фреона 12 (см. рис. 13) построить цикл холодильной установки.

6. Определить холодильный коэффициент.

7. Сделать выводы по работе и оформить отчет.

Отчет о работе

Отчет о лабораторной работе оформляется каждым студентом и должен содержать:

1. Принципиальную схему лабораторного стенда с указанием мест установки манометров и термопар.

2. Краткое описание работы.

3. Результаты замеров, сведенные в таблицу.

4. Цикл холодильной установки, построенный в TS -диаграмме.

5. Расчет холодильного коэффициента.

6. Выводы по проделанной работе.

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается принцип работы холодильной установки?

2. Какой физический смысл холодильного коэффициента и в каких пределах он может изменяться?

3. В чем состоит принцип работы дроссельного вентиля, капилляра и детандера?

4. Какие существуют виды холодильных машин по способу сжатия хладо-агента?

5. Как изображается цикл холодильной установки в

pυ - , υ T - , hs - диаграммах?

6. Какие требования предъявляются к рабочему телу холодильной установки?

Лабораторная работа № 3

ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА.

1. Цель работы - закрепление знаний по теории теплопроводности и изучение методов экспериментального определения коэффициентов теплопроводности теплоизоляционных материалов на примере асбестовой трубы.

Задание

2.1.Изучить основные теоретические положения, необходимые для выполнения данной работы, по руководству к лабораторной работе и предлагаемой литературе.

2.2.Ознакомиться с устройством лабораторного стенда, измерительными приборами и порядком проведения работы, после чего получить допуск к выполнению работы у преподавателя.

2.3.Снять показания приборов и определить экспериментальное и расчётное значение коэффициента теплопроводности для двух установившихся значений температур и построить зависимость

2.4.Построить расчётную и экспериментальную зависимости и провести анализ температурного поля.

2.5.Рассчитать относительную ошибку в измерении коэффициента теплопроводности методом цилиндра.

2.6.Оформить отчет согласно требованиям, предъявляемым к оформлению отчета.

Описание опытной установки

Определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала (асбеста) в данной лабораторной работе проводится методом цилиндра. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 9.

Рабочий участок длиной состоит из цилиндрического асбестового слоя, расположенного между двумя металлическими трубами (4 и 5). Внутри трубы (4) заложен электрический нагреватель (6), который создает равномерный обогрев. На концах цилиндра установлены заглушки (7), уменьшающие потери тепла через боковые грани.

Рис. 9. Схема экспериментальной установки

Мощность теплового потока (равная мощности электрического нагревателя) находится как произведение тока, измеряемого амперметром (3), на напряжение, измеряемое вольтметром (2). Регулирование мощности нагревателя осуществляется лабораторным автотрансформатором - ЛАТР (1).

Для определения коэффициента теплопроводности производится замер температуры с помощью шести термопар, три из которых заложены на внутренней и три на внешней поверхностях исследуемого слоя (на радиусах r_в и r_н). Горячие спаи термопар равномерно распределены по длине рабочего участка и по окружности цилиндра. Измерение термо э.д.с. производится переносным потенциометром ПП-63. Для подключения нужных термопар к ПП-63 на стенде имеется переключатель (11) на десять позиций. Номера клавиш 1, 2, 3 соответствуют термопарам на внутренней поверхности, номера 4, 5, 6 - внешней.

Замер температур на промежуточных радиусах г₁ и г₂ для нахождения экспериментальной зависимости осуществляется четырьмя термопарами, две из которых расположены на радиусе г₁ (клавиши 7 и 8), и две - на радиусе г₂ (клавиши 9 и 10).

Холодные спаи термопар размещены в термостате (9). Для определения температуры холодных концов t₀ - служит термометр (12).

Требования к отчёту

Отчёт по лабораторной работе выполняется каждым студентом и должен содержать:

6.1.Краткое описание целей работы и необходимые расчётные зависимости.

6.2.Схему установки.

6.3.Результаты замеров, сведённые в таблицу.

6.4.Расчет параметров t, λ.

6.5.График .

6.6.Экспериментальную и расчётную зависимости температуры от радиуса (на одном графике).

6.7.Анализ полученных результатов.

7. Контрольные вопросы

7.1.Физическая сущность процесса теплопроводности.

7.2.Основные понятия и определения теплопроводности.

7.3.Коэффициент теплопроводности и факторы, влияющие на его величину.

7.4.Получение и решение дифференциальных уравнений теплопроводности для тел простейшей формы (плоскость, цилиндр, шар).

7.5.Понятие граничных условий первого, второго и третьего рода.

7.6.Методы экспериментального исследования теплопроводности.

7.7.Устройство опытной установки и знание работы с измерительными приборами

Лабораторная работа № 4

ТЕПЛООТДАЧА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ТРУБЫ ПРИ СВОБОДНОМ ДВИЖЕНИИ ВОЗДУХА

1. Цель работы - определение коэффициента теплоотдачи горизонтальной трубы при свободном обтекании воздухом; изучение и закрепление знаний по теории конвективного теплообмена при свободном движении жидкости; знакомство с методикой определения средних характеристик процесса.

2. Задание

2.1. Изучить основные теоретические положения, необходимые для проведения данной работы, по рекомендуемой литературе и руководству к лабораторной работе.

2.2. Ознакомиться с устройством лабораторного стенда и порядком проведения работы, после чего получить допуск у преподавателя.

2.3. Снять показания приборов и определить экспериментальное и расчетное значение коэффициента теплоотдачи при свободной конвекции воздуха для четырех установившихся значений разности температур стенки и воздуха ,

2.4. Построить расчетную и экспериментальную критериальные зависимости в логарифмических координатах и провести анализ полученных результатов.

2.5. Рассчитать относительную ошибку в измерении коэффициента теплоотдачи.

2.6. Оформить отчет согласно требованиям, предъявляемым к оформлению отчета.

Описание опытной установки

Экспериментальная установка для определения коэффициента теплоотдачи при свободной конвекции воздуха (рис.10) представляет собой горизонтальную трубу, выполненную из нержавеющей стали (5).

Обогрев трубы осуществляется путем ее включения непосредственно во вторичную обмотку понижающего трансформатора (4). Такой метод обеспечивает граничное условие q = const и делает измерительный участок малоинерционным. Регулирование мощности, выделяемой в трубке, осуществляется на высокой стороне трансформатора - ЛАТРа (1). Для измерения напряжения и тока в цепи служит вольтметр (2) и амперметр (3).

Температура стенки опытной трубы измеряется при помощи восьми хромель-копелевых термопар (6), расположенных через равные расстояния вдоль трубы и смещенных одна относительно другой на 90° по окружности. Горячие спаи термопар зачеканены в стенке трубы, а холодные находятся в термостате (9) при температуре равной температуре окружающего воздуха. Последняя измеряется ртутным термометром (10). Электроды термопар протянуты внутри опытной трубы. Подключение термопар к цифровому вольтметру осуществляется через переключатель (7). Перевод измеренных значений термо э.д.с. в градусы производится с помощью таблицы, имеющейся на стенде.

Геометрические размеры опытной трубы: длина = 1.18 м, внешний диаметр d = 0.025 м.

Требования к отчету

Отчет по лабораторной работе выполняется каждым студентом и должен содержать:

6.1.Краткое содержание целей работы и необходимые формулы для расчета.

6.2.Схему установки.

6.3.Результаты замеров и расчетов сведенные в таблицы по формам табл. 3 и 2.

6.4.Расчетную экспериментальную зависимости , построенные в логарифмических координатах.

6.5.Расчет и оценку относительной ошибки измерений.

6.6.Выводы по проделанной работе.

7. Вопросы для самостоятельной проработки материала

7.1.Определение коэффициента теплоотдачи.

7.2.Понятие свободной конвекции и физическая природа процесса теплоотдачи.

7.3.Критерии подобия.

7.4.Критериальные уравнения для расчета теплоотдачи простейших тел при свободном движении жидкости.

7.5.Как определяется плотность теплового потока при принятой методике?

7.6.Как изменяется коэффициент теплоотдачи с ростом температурного напора?

7.7.Методы осреднения характеристик процесса.

7.8.Понятие определяющего размера и определяющей температуры.

Приложение

Таблица 1.


1.293	2.44	18.8	13.28	0.707	1/T
1.247	2.51	20.0	14.16	0.705	-//-
1.205	2.59	21.4	15.06	0.703	-//-
1.165	2.67	22.9	16.00	0.701	-//-
1.128	2.76	24.3	16.96	0.699	-//-
1.093	2.83	25.7	17.95	0.698	-//-
1.060	2.90	26.2	18.97	0.696	-//-
1.029	2.96	28.6	20.02	0.694	-//-
1.000	3.05	30.2	21.09	0.692	-//-

Литература

1. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник под общей редакцией А.В. Клименко и В.М. Зорина. М.: Изд. МЭИ, 2001. ISBN 5-1205-0478-2

2. Теплотехника. Учебник (В.М. Луканин и др.). М.: Высшая школа, 1999. ISBN 5-4587-1455-3