Кузнецов-18.51

1.4.Обработка результатов опытов

1)По формуле (1) определить Q для горячей и холодной воды, найти коэффициент ηп, учитывающий потери тепла в окружающую среду.

2)Рассчитать t для прямотока и противотока.

3)Рассчитать площадь поверхности теплообмена F и коэффициент теплопередачи по формуле (2).

4)С помощью критериальных уравнений (6) и (8) определить α1 и α2, рассчитать теоретическое значение коэффициента теплопередачи и сравнить его с экспериментальным.

5)Результаты расчетов записать в табл. 2.

6)Сравнить значения коэффициента k для плоской и цилиндрической стенок трубы.

7)Проанализировать полученные результаты и сделать вывод о наиболее эффективном направлении движения теплоносителя.

Т а б л и ц а 2

Результаты расчетов

1.5.Содержание отчета

1)Схема установки и ее описание.

2)Расчетные формулы из подразд. 1.2.

3)Заполненные таблицы с результатами опытов и расчетов (табл. 1 и 2).

4)Анализ полученных результатов и выводы.

5)Ответы на контрольные вопросы.

1.6.Контрольные вопросы

1) Какие теплоносители являются наиболее распространенными? Дайте их характеристики.

10

2)Какие два уравнения лежат в основе теплового расчета теплообменных аппаратов?

3)Почему противоточное движение теплоносителей применяется чаще, чем прямоточное?

4)Чем отличаются рекуперативные теплообменные аппараты от регенеративных?

Лабораторная работа 2

ПРОЦЕССЫ СУШКИ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМАХ

Ц е л ь р а б о т ы:

1)закрепить теоретические знания по разделу «Сушильные установки»;

2)построить график процесса сушки влажных материалов в Hd-ди- аграмме, определить необходимый расход воздуха и тепловую мощность нагревателя.

2.1. Схема и описание лабораторной установки

Опытный стенд представляет собой простейшую сушильную установку, схема которой приведена на рис. 3. Основными частями установки являются калорифер 1 и сушильная камера 2, соединенные патрубком 3. Калорифер состоит из трех концентрических труб. Спираль электронагревателя 6 расположена на центральной трубе 7. Средняя трубка 5 служит для защиты тепловой асбестовой изоляции электронагревателя от разрушения и для уменьшения потерь тепла в окружающую среду.

Воздух в установку, в приемный патрубок 4 калорифера, подается нагнетателем (на схеме не показан) из помещения лаборатории. Далее воздух проходит кольцевое пространство калорифера и по центральной греющей трубе 7 поступает в сушильную камеру.

В сушильной камере размещен каркас 10, покрытый увлажненной хлопчатобумажной тканью 9 (материалом, предназначенным для высушивания). Каркас с тканью может выниматься через верхнюю съемную крышку сушиль-

11

ной камеры. Во время работы влага к материалу, который необходимо высушить, может подаваться из резервуара 11.

Расход воздуха измеряется реометром 12. Мощность, потребляемая нагревателем, регулируется автотрансформатором 17 и измеряется ваттметром 18.

12

Состояние воздуха перед входом в установку контролируется по показаниям термометров психрометра 16, установленного на стенде.

Температура воздуха перед входом в сушильную камеру измеряется термопарой 19. Состояние воздуха на выходе из сушильной камеры определяется по показаниям «сухой» 20 и «мокрой» 21 термопар. Все термопары медьконстантановые и подключаются к потенциометру 15 переключателем 14.

Холодные спаи термопар находятся в сосуде Дьюара 13 при температуре 0° С (тающий лед). Давление воздуха в установке принимается равным барометрическому.

2.2. Порядок проведения опыта

ра в соответствии с таблицей, имеющейся на стенде.

Прогревание установки, а также работа по выполнению первого этапа задания производится без процесса сушки, т. е. с сухой хлопчатобумажной тканью. Для установления зависимости относительной влажности воздуха от температуры в начале опыта по показаниям термометров психрометра с помощью Нd-диаграммы определяются влагосодержание d воздуха в помещении, его относительная влажность и парциальное давление пара в воздухе.

Результаты этих замеров и расчетов записываются в таблицы опытных и расчетных данных. Далее в соответствии с таблицей режимов, имеющейся на стенде, задаются режимы работы электронагревателя и после установления стационарного режима (при каждой мощности электронагревателя) производятся замеры показаний термопар установки. По значениям температуры «сухой» и «мокрой» термопар, установленных на выходе воздуха из сушильной камеры, с помощью Нd-диаграммы определяется значение относительной влажности воздуха.

Для построения графика φ = f(t) необходимо произвести пять – шесть опытов с интервалом температуры 10 – 15° С. При выполнении второго этапа задания все элементы установки должна быть прогреты до наступления стационарного режима, что определяется постоянством во времени значений температуры «сухой» и «мокрой» термопар на выходе воздуха из установки. Ре-

13

жим работы стенда устанавливается в соответствии с таблицей режимов. Когда установка прогреется, отключается электронагреватель от сети и прекращается подача воздуха в установку. Материал, подлежащий высушиванию, увлажняется, устанавливается в сушильную камеру, и установка снова включается в работу на том же режиме.

Через 3 – 4 мин после подготовки к проведению опытов начинаются замеры показаний приборов, которые следует производить с интервалом в 2 – 3 мин в течение 10 мин. Результаты измерений записывают в табл. 3. В расчет принимаются данные, соответствующие наибольшему влагосодержанию воздуха на выходе из сушильной камеры.

2.3.Обработка результатов опытов

1)Относительная влажность воздуха определяется по формуле:

влагосодержание воздуха перед установкой, т. е. в помещении ( ϕ0 , d0 ), на входе в сушильную камеру ( ϕ1 , d1 ) и на выходе из нее ( ϕ2 , d2 ), определяются с помощью Нd-диаграммы.

Расход установкой сухого воздуха рассчитывается по уравнению, кг/ч:

показаниям реометра;

14

где d1 и d2 - влагосодержание воздуха на входе и выходе сушильной камеры, г/кг.

Количество теплоты, затраченной на 1 кг испаренной влаги, кДж/кг,

Удельный расход воздуха на один кг материала, кг/кг,

15

2.4.Содержание отчета

1)Схема и описание лабораторной установки, характеристики используемых приборов.

2)Порядок проведения работы, основные теоретические положения.

3)Заполненная таблица измерений и расчетов с определением средних значений Q, q и l.

4)Графики процессов сушки в Нd-диаграмме.

5)Ответы на контрольные вопросы.

2.5.Контрольные вопросы

1)Как определяется расход сухого воздуха l и тепла q на 1 кг испаренной

влаги?

2)Почему теоретический процесс сушки материала протекает при постоянной энтальпии?

16

3)Какие преимущества имеют сушильные установки с рециркуляцией теплоносителя?

4)Каковы преимущества и недостатки сушильных установок, работающих на топочных газах, по сравнению с воздушно-калориферными установками?

Лабораторная работа 3

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Ц е л ь р а б о т ы:

1)закрепление теоретических знаний по устройству и эксплуатации парокомпрессионной холодильной установки при различных режимах работы;

2)изучение свойств хладоагента;

3)расчет цикла парокомпрессионной холодильной установки с помощью

Ts- и lnp h-диаграмм.

3.1. Схема и описание лабораторной установки

Производство искусственного холода находит широкое применение во многих отраслях народного хозяйства. Для охлаждения материалов используют скрытую теплоту плавления льда (335 кДж/кг) или теплоту сублимации углекислотного сухого льда (574 кДж/кг), дросселирование газов с высокой температурой инверсии, вихревой эффект Ранка-Хильша, термоэлектрический эффект и другие способы.

Впромышленности наибольшее распространение получили компрессионные, пароэжекторные и абсорбционные холодильные установки, первые из которых занимают по удельному весу ведущее место.

Впаровых компрессионных холодильных машинах в качестве рабочего тела (хладоагента) используются жидкости с низкой температурой кипения.

Внастоящее время практическое применение нашли аммиак и фреоны, представляющие собой фтористые и хлористые производные предельных углеводородов.

17

Фреон-12 (дифтордихлорметан CF2Cl2 ), используемый в лабораторной установке, имеет необходимые термодинамические свойства, безвреден для человека, не имеет запаха, невзрывоопасен, негорюч, химически инертен, однако он обладает высокой взаимной растворимостью с маслами, что ухудшает его эксплуатационные качества, требует повышенной герметичности системы, так как фреон-12 чрезвычайно текуч и может проникать через малейшие неплотности в соединениях.

При температуре свыше 400° С происходит разложение фреона-12 с образованием вредных соединений – фтористого и хлористого водорода и следов фосгена, поэтому применять открытое пламя в помещении фреоновой холодильной установки не рекомендуется.

Холодильная машина представляет собой замкнутую систему, в которой непрерывно циркулирует рабочее тело, совершая обратный круговой процесс – цикл, при этом тепло переносится от холодного тела к окружающей среде с затратой работы.

Наиболее совершенным холодильным циклом, в котором затрачивается наименьшее количество работы для получения определенного охлаждающего эффекта, является обратный цикл Карно (рис. 4). Теоретически подобный цикл можно осуществить в паровой холодильной машине, состоящей из компрессора, конденсатора, расширительного цилиндра и испарителя.

q0

Рис. 4. Графическое представление обратного цикла Карно

18

В процессе 1 – 2 ( см. рис. 4) происходит адиабатное сжатие в компрессоре влажного пара холодильного агента от давления испарения ð 0 до давления конденсации ð ê. В процессе 2 – 3 сухой пар изотермически конденсируется, после чего конденсат поступает в расширительный цилиндр, где адиабатно расширяется до состояния 4. В испарителе холодильный агент кипит, забирая тепло q0 от охлаждаемой среды, и изотермически переходит из состояния 4 в состояние 1, а затем вновь засасывается компрессором.

Количество тепла q0 , отнятого от охлаждаемой среды, называется удельной холодопроизводительностью на 1 кг рабочего тела и выражается площадью 1 – 4 – а – б в Ts-диаграмме.

Работа l, затраченная на совершение кругового процесса, в Ts-диаг- рамме выражается площадью 1 – 2 – 3 – 4.

Эффективность холодильного цикла оценивается холодильным коэффициентом, которыйрассчитываетсяпоформуле:

В реальных холодильных машинах сжатию в компрессоре подвергается не влажный пар, а сухой или перегретый, в результате чего осуществляется так называемый сухой ход компрессора. Кроме того, вместо расширительного цилиндра (детандера) для снижения давления рабочего тела от ð ê до ð 0 применяют дроссельный вентиль, снижение давления в котором происходит не адиабатно, а при постоянной энтальпии.

Схема одноступенчатой паровой компрессионной холодильной установки приведена на рис. 5, а ее теоретический цикл с перегревом пара и с переохлаждением конденсата в Ts- и lnp h-диаграммах представлен на рис. 6.

Перегретый в испарителе пар адиабатно сжимается в компрессоре до давления ð ê (процесс 1 − 2). В конденсаторе происходят охлаждение пара (2 − 2'), его конденсация (2' − 3') и переохлаждение конденсата (3' − 3). В дроссельном

19