Лабораторная установка по термодинамике

 

Изобретение относится к установкам для проведения учебных занятий. Установка дополнительно снабжена увлажнителем, сосудами для воды, смесителями потока, автотрансформатором и ваттметром, при этом в качестве нагревателя установлен электронагреватель, корпус выполнен в виде вертикально установленной трубы, в которой смонтированы электронагреватель и увлажнитель, на корпусе со стороны внешней его поверхности нанесена тепловая изоляция, смесители потока установлены за нагревателем и за увлажнителем, а клапан, предназначенный для измерения расхода потока, установлен в выходном сечении корпуса. В результате повышается точность измерения температуры потока, обеспечиваются условия для адиабатного увлажнения воздуха и измерение его расхода. 2 ил.

Установка предназначена для проведения учебных занятий по разделу "Влажный воздух" дисциплин "Техническая термодинамика" и "Теплотехника".

Известна учебная установка для проведения лабораторных занятий по технической термодинамике (см., авторское свидетельство СССР 1818613, БИ N 20, 1993, с.98), содержащая циркуляционный контур, включающий конденсатору дроссельное устройство, испаритель, компрессор и измерительные приборы, а также источник потока воздуха, причем испаритель, дроссельное устройство и конденсатор последовательно установлены в горизонтальном кожухе. При этом источник потока воздуха закреплен перед испарителем. Недостатком установки является отсутствие тепловой изоляции на кожухе, смесителей потока перед измерением температуры и устройства для измерения расхода потока.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является учебная установка для проведения лабораторных работ по технической термодинамике (см., авторское свидетельство СССР 2058048, БИ N 10, 1996, с.253), содержащая циркуляционный контур, как и в первой работе, отличается тем, что общий кожух выполнен V-образным, при этом испаритель расположен на входе в нисходящий канал, а конденсатор - на входе в восходящий канал. В отличие от первой работы движение воздуха происходит за счет свободной конвекции. Устройство имеет те же недостатки, что и первая работа.

Задачей изобретения является обеспечение изучения процессов нагревания и увлажнения влажного воздуха, а наряду с этим повышение точности измерения температуры потока, обеспечение условия адиабатного увлажнения воздуха и измерение его расхода.

Указанная задача решается за счет того, что установка содержит вертикально установленный корпус, электронагреватель, автотрансформатор, ваттметр, увлажнитель, емкость для воды с краном, сосуд для сбора воды, смесители потока и клапан для указания величины расхода потока, при этом на внешней поверхности корпуса нанесена тепловая изоляция, а смесители установлены над электронагревателем и над увлажнителем.

На фиг. 1 представлена описываемая установка; на фиг. 2 представлена диаграмма hd.

Установка содержит следующие основные элементы: корпус 1, электронагреватель 2, автотрансформатор 3, ваттметр 4, увлажнитель 5, емкость для воды 6 с краном 7, сосуд для сбора воды 8, смесители потока 9 и 10 (один - над электронагревателем 2 и другой - над увлажнителем 5), клапан 13 со стрелкой 14 и шкалу 15. Снаружи нанесена тепловая изоляция 11. Термопара I служит для измерения температуры нагретого воздуха, термопары II и III измеряют соответственно температуру сухого и мокрого термометра увлажненного воздуха, причем для термопары III предусмотрен сосуд с водой 12. Термопары присоединяются к потенциометру.

Корпус 1, установленный вертикально, выполнен из трубы круглого сечения. В нижней части имеется фланец, к которому прикреплены четыре опоры 16. Электрический нагреватель 2 установлен на оси трубы и представляет собой стержень из изоляционного материала, на который намотана нихромовая проволока. Мощность нагревателя регулируется автотрансформатором 3 и измеряется ваттметром 4. Увлажнитель 5 изготовлен в виде рамки, обтянутой хлопчатобумажной тканью. Вода поступает из сосуда 6 по гибкой трубке, расход воды регулируется краном 7. Избыток влаги стекает в емкость 8.

На внешней поверхности корпуса нанесена тепловая изоляция из минеральной ваты, чтобы предотвратить потери теплоты в окружающую среду. Одновременно это дает возможность повысить точность измерения температуры и обеспечивает условия адиабатного увлажнения воздуха.

Смесители 9 и 10 применяются для выравнивания температуры потока в сечении опытного участка и изготовлены в виде сегментов. Слои воздуха, имеющие разные значения температуры, обтекают пластины и при этом перемешиваются. В результате возрастает точность измерения температуры потока.

В выходном сечении трубы установлены клапан 13 со стрелкой 14 и шкалой 15, предназначенные для измерения расхода потока. Клапан 13 изготовлен из алюминиевой фольги, имеет круглое сечение, равное наружному диаметру корпуса, и с помощью кольца соединяется с трубой. При работе установки клапан приподнимается потоком воздуха, стрелка перемещается вдоль шкалы и показывает величину расхода.

Установка работает следующим образом.

Открывают кран 7, и вода из сосуда 6 поступает в верхнюю часть рамки, увлажняя ткань. Излишки влаги стекают по гибким трубкам в емкость 8. Затем включают электронагреватель 2 и с помощью автотрансформатора 3 устанавливают определенную величину мощности. Нагревающиеся слои воздуха перемещаются вверх, проходя через смеситель 9, после которого измеряется его температура термопарой I. Далее поток обтекает ткань увлажнителя 5 и проходит через смеситель 10. Термопары II и III позволяют найти параметры увлажненного воздуха. Выходящий из корпуса 1 поток приподнимает клапан 13, и стрелка 14 на шкале 15 показывает величину расхода.

На фиг. 2 в hd - диаграмме представлены изучаемые процессы: нагревания 1-2 и увлажнения 2-3. Параметры воздуха, поступающего в установку, соответствуют состоянию т.1 и определяются с помощью психрометра.

Установка характеризуется простотой конструктивного исполнения, обслуживания и ремонта, быстрым выходом на режим и сменой режима. Поток воздуха движется за счет свободной конвекции, поэтому не требуется применение вентилятора. Смесители потока позволяют повысить точность измерения температуры. Для этой же цели служит и тепловая изоляция, которая обеспечивает адиабатные условия процесса увлажнения. Производится измерение расхода потока воздуха, протекающего через установку.

Формула изобретения

Лабораторная установка по термодинамике, содержащая корпус с клапаном и установленным в корпусе нагревателем, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена увлажнителем, сосудами для воды, смесителями потока, автотрансформатором и ваттметром, при этом в качестве нагревателя установлен электронагреватель, корпус выполнен в виде вертикально установленной трубы, в которой смонтированы электронагреватель и увлажнитель, на корпусе со стороны внешней его поверхности нанесена тепловая изоляция, смесители потока установлены за нагревателем и увлажнителем, а клапан, предназначенный для измерения расхода потока, установлен в выходном сечении корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2