Контрольные вопросы.

1. Что называют теплоемкостью вещества?

2. Какие размерности имеют удельные теплоемкости?

3. Что означают названия изобарная и изохорная теплоемкости?

4. Дайте определение истинной и средней теплоемкости.

5. Как связаны между собой изобарная и изохорная теплоемкость идеального газа?

6. Для чего используют калориметр и как он устроен?

7. Какие параметры необходимо измерить для экспериментального определения теплоемкости?

3. Какие допущения положены в основу экспериментального определения теплоемкости?

9. Какие измерительные приборы используются в данной лабораторной установке и как проводятся измерения?

Литература: [1, с. 36-38];[2, с. 741-744];[6, с. 36-41].

Лабораторная работа № 4.

Исследование холодильного цикла.

Цель работы: изучить термодинамический цикл, устройство и принцип действия парокомпрессионной холодильной установки, ознакомиться с устройством экспериментальной установки и методикой проведения эксперимента, провести испытание холодильной установки и оценить ее эффективность, дать рекомендации, направленные на повышение экономичности.

Методические указания.

В качестве рабочего тела в парокомпрессионных холодильных установках используют обычно специальные органические жидкости (Фреоны), имеющие сравнительно низкую температуру кипения и конденсации и большой положительный дроссель-эффект. Принципиальная схема парокомпрессионной холодильной установки представлена на рис.9. Установка включает: 1 - компрессор, 2 - конденсатор, 3 - дроссельный вентиль, 4 - испаритель. С помощью компрессора насыщенный или перегретый пар Фреона сжимается от давления р₁ до давления р₂. При этом его температура повышается от t₁ до t₂. Поступая в конденсатор 2, пар фреона отдает тепло в окружающую среду и конденсируется, а образовавшаяся жидкость часто здесь же охлаждается до температуры ниже, чем температура конденсации пара. Поступая далее в дроссельный вентиль 3 , она дросселируется до давления р₁, при этом температура ее заметно понижается, а часть жидкости испаряется, образуя влажный пар. Захоложенная смесь поступает в испаритель 4, где происходит вскипание жидкости. Необходимое для этого тепло отбирается из охлаждаемого помещения. Из испарителя пар засасывается в компрессор 1 и цикл повторяется. Подчеркнем, что процессы в конденсаторе к испарителе идут при постоянных давлениях р₂ и р₁, соответственно.

Если в компрессоре сжимается влажный пар, то говорят, что он работает с влажным ходом. Если же сжимается перегретый пар, то говорят о сухом ходе компрессора. При сухом ходе компрессор работает более эффективно.

На рис. 10а приведено изображение цикла в Т - S координатах при мокром ходе компрессора. Здесь 1 -2 - сжатие влажного пара до состояния сухого насыщенного (или с небольшим перегревом), 2 - А – конденсация пара в конденсаторе до полного ожижения, А-В - дросселирование в дроссельном вентиле. В-1 - кипение в испарителе, всасывание пара в компрессор.

На рис. 10б изображен цикл с сухим ходом компрессора и переохлаждением жидкости. Здесь 1 - 2 - сжатие перегретого пара, 2 - 3 - охлаждение его до состояния насыщения, 3 - 4 - конденсация пара, 4-А - охлаждение жидкости. Процессы 2 – 3 – 4 - А - протекают в конденсаторе. А - В - дросселирование жидкости, В - 5 - испарение хладоагента в испарителе. 5 - 1 – перегрев пара по пути к компрессору.

Рис.10

Количество тепла, отводимое из охлаждаемого помещения каждым килограммом рабочего тела, называют удельной хладопроизводительностью. Отводимое из помещения тепло подводится к рабочему телу в процессе его кипения в испарителе при р₁ = const, поэтому обозначая подведенное за цикл тепло через q₁, находим

(4.1.)

Полная хладопроизводительность или полное подводимое к рабочему телу количество тепла определяется произведением удельной хладопроизводительности q₁ нa массовый расход М хладоагента

(4.2.)

Об эффективности холодильного цикла судят по величине холодильного коэффициента.

(4.3.)

где l_ц - удельная работа за цикл. Поскольку за цикл ΔU = 0, то I_Ц = q_ц = q₁ - q₂ , где q_z - удельное количество отведенного за цикл тепла. Поскольку отвод тепла происходит при постоянном давлении р_z = const, то

(4.4.)

Из формул (4.1)...(4.4) следует, что хладопроизводительность и холодильный коэффициент одной и той же установки различны при различных температурных режимах ее работы, поскольку величины h₁, h₂, h_А и h_В существенно зависят от температур в соответствующих точках цикла. Это наглядно демонстрируют изображения описанных циклов в координатах h - s, приведенные на рис. 11, (а - с мокрым ходом компрессора, б -с сухим ходом компрессора).

Рис.11.

Поэтому для целей классификации и сравнения холодильных машин помимо реальных характеристик обычно приводят и характеристики,

рассчитанные при стандартных условиях работы установок, когда температура кипения. 15 ⁰С, температура конденсации 30 °С, .температура перед дроссельным вентилем 25°С.

При экспериментальных исследованиях непосредственное измерение массового (или объемного) расхода фреона в установке затруднительно. Однако легко измерить секундную работу компрессора L_к, измерив мощность N_эл, потребляемую его электроприводом

(4.5.)

гдеη_м и η_эл - механический и электрический КПД компрессора и электродвигателя. С достаточной точностью η_м = 0,95, η_эл = 0,98. С другой стороны

(4.6.)

Из формул (4.5) и (4.6) получаем

(4.7.)

Термодинамические свойства фреонов широко представлены в справочной и учебной литературе [5], [7], где приводятся соответствующие таблицы состояний.