ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: В.О.Байбекова, А.С.Расмухаметова. Жылутехникасының теориялық негіздері

1

Коммерциялық емес акционерлік

қоғам

ЖЫЛУТЕХНИКАСЫНЫҢ ТЕОРИЯЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ

5В081200 – Ауыл шаруашылығын энергиямен қамтамасыз ету мамандығының студенттері үшін зертханалық жұмыстарды орындау бойынша әдістемелік

нұсқаулықтар

Алматы 2019

ҒҰМАРБЕК ДӘУКЕЕВ АТЫНДАҒЫ АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС

УНИВЕРСИТЕТІ Жылу энергетикалық қондырғылар

кафедрасы

2

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: В.О.Байбекова, А.С.Расмухаметова.

Жылутехникасының теориялық негіздері. 5В081200 – Ауыл шаруашылығын энергиямен қамтамасыз ету мамандығының студенттері үшін зертханалық жұмыстарды орындау бойынша әдістемелік нұсқаулықтар. – Алматы:

Ғұмарбек Дәукеев атындағы АЭжБУ КеАҚ, 2019. – 36 б.

Әдістемелік нұсқаулықта зертханалық жұмыстарды орындаудағы әрбір зертханалық жұмыстың, эксперименталды қондырғылардың сипаттамасы келтірілген, тәжірибелі мәліметтерді өңдеу және жұмысты орындау әдістемесі, ұсынылған әдебиеттер тізімі мен бақылау сұрақтары берілген.

Барлық зертханалық жұмыстар СҒЗЖ элементтерін қолдану арқылы құрастырылған.

Бұл әдістемелік нұсқаулар «Жылутехникасының теориялық негіздері»

пәнінің зерттеу жұмыстарын қамтиды.

Әдістемелік нұсқау 5В081200 – Ауыл шаруашылығын энергиямен қамтамасыз ету мамандығының студенттеріне арналған.

Кесте - 9 , без.- 11 , әдеб.көрсеткіші - 10 атау.

Пікір беруші: доцент, доктор phD С.К. Абильдинова

«Ғұмарбек Дәукеев атындағы Алматы энергетика және байланыс институтының» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2019 ж негізгі баспа жоспары бойынша басылады.

 «Ғұмарбек Дәукеев атындағы Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, 2019 ж.

3 Мазмұны

Кіріспе. Зерттеу жұмыстарынның талаптары мен әдістемелігі...4 1 № 1 Зерттеу жұмысы. Ауаның меншікті жылусыйымдылығын ағынды калориметр әдісімен анықтау... ...5 2 № 2 Зерттеу жұмысы. Піспекті сығымдағыштың пайдалы жұмыс еселеуіштерін анықтау……...8 3 № 3 Зерттеу жұмысы. Бу сығулы тоңазытқыштың айналымын зерттеу...15 4 № 4 Зерттеу жұмысы. Дененің жылуөткізгіштік еселеуішін сырықтық әдісімен

анықтау...18

5 № 5 Зерттеу жұмысы. Дененің ыстықтықөткізгіштік еселеуішін ыстықтыққа тәуелді қозғалымдық әдіспен анықтау...20 6 № 6 Зерттеу жұмысы. Дененің қырландыру әдісін зерттеу...23

7 №7 Зерттеу жұмысы. Тақташаның еріксіз ағынды жылуберуін зерттеу ...27 8 №8 Рэлей санының аз мәндеріндегі жылуалмасу………...…..30 А Қосымшасы - Құрғақ ауаның физикалық қасиеттері. . . ... . . .. ... . .36

Әдебиеттер тізімі. . . ... . . .. . 37

4 Кіріспе

Жылутехникасының теориялық негізі – техникалық термодинамика мен сұйықгазқозғалым және жылумаңызалмасу құбылыстары мен олардың заңдарын және заңдылықтарын білу техникалық қондырғылары мен аспаптарының ісін тиімді ұйымдастыруға және құрылымын құрастыруға зор маңызды. Бұлардың ілімі физика мен математикалық физиканың және ғылыми тәжірибе жетістіктеріне негізделген.

Зерттеу жұмыстары теориялық негіздерді тексеруге, ғылыми әдістерін іс жүзінде тануға, қондырғылар мен аспаптар жұмыстарының қағидалы негіздерін игеруге, дәрістерде берілген теориялық білімді тереңдетіп игеруге, аспаптарды ойластырып жасау мен пайдаланып жаттығуға және дағдыландырып олардың ісіне үйренуге мүмкіндік береді.

Сондықтан студенттер зертханалық жұмыстарға ғылыми түрде дайындалып, оқу сызбағын уақытында орындаумен қатар, түсініксіз сұрақтар мен есептерге және теориялық әдістерге алдын ала көңіл бөліп, зерттеу жұмыстарының алдында оқытушымен кеңеседі.

Студенттер тәсілдік пен өрт қауіпсіздіктерінің жалпы және жергілікті жұмыс тәртіптері мен зертханаға жасалған ішкі ережелерінен нұсқаулар алмай зерттеу жұмыстарына жіберілмейді. Бұларды студенттер міндетті орындауға тиіс.

Студент әрбір зерттеу жұмысының теориясы мен зерттеу әдісін және өлшеу аспаптарын алдын ала танып, қажеттілігі мен жұмысты жасау ретін жазып алып, қондырғысы мен өлшеу сүлбелерін және есептік кейіптемелері мен мәліметтік және оларды өңдеулік кестелерін дайындап, зерттеу жұмысына уақытында келеді.

Берілген сабақ уақытында студент зерттеу қондырғысы және өлшеу аспап-әдістерімен танысып, оқытушымен сұқпаттасып, дайындығын білдіріп, зерттеп, мәліметтерін өңдеп, қорытынды жасап, оны қорғап үлгеруге тиіс.

Онда алдын ала дайындалған қолжазбасы мен санды және сызбалы зерттеу қорытындылары, анықталған шамаларының дәлділігі және олардың ілімдік пен істік маңыздылығы көрсетіліп, қорытынды жасалады [6].

Ыстықтық (дәлдігі 2,5 ⁰С, 0,1 мВ) мультиметрмен не (дәлдігі 0,25 ⁰С, 0,01 мВ) Щ4316 аспабымен тікелей өлшенбей, милливольттіхромель-алюмель жұптерімен анықталса, көрсетуі (ε - ЭҚК – электр қозғаушы күші) ⁰С-ге келесі теңесынау кейіптемесімен (0 ÷ 320 ⁰С аралығында) аударылады (1 - бөлме)

t = 24,7(⁰С/мВ)ε(мВ) + t1 = 24,7ε + t1 , ⁰С. (К1)

5

1 № 1 зерттеу жұмысы. Ауаның меншікті жылусыйымдылығын ағынды калориметр әдісімен анықтау

Жұмыстың мақсаты. Атмосфералық қысымдағы ауаның меншікті жылусыйымдылығын тәжірибелік анықтау мен ағынды калориметр әдісін игеру.

Тапсырмалар:

1) Ағынды калориметр әдісімен 3÷5 тәртіпте ауаның с^’р - көлемдік меншікті жылусыйымдылығын (кДж/(м³К)) тәжірибелік анықтау;

2) Ауаның t = 0 ⁰C-дегі меншікті маңыздық с_р мен cv (кДж/(кгК)), көлемдік c^’v (кДж/(м³К)) және мольдік μс_р мен μcv (кДж/(кмольК)) жылусыйымдылық мәндерін тәжірибелік анықталған с’_р (кДж/(м³К)) арқылы ((1.2)-мен) есептеп, әдебиеттік мәндерімен салыстыру ([1, 2], [7], 20 ÷ 26 c.).

3) Өлшеу қателіктерін анықтап, зерттеу нәтижелерін талдау [1].

1.1 Зерттеуге қажетті теориялық кіріспе

Берілген х теңесулі құбылысындағы дененің 1 К (Кельвин) температураға қыздыруына қажетті жылуын жылусыйымдылық дейміз

, . К Дж T

C Q

x

x 



 







  ^ (1.1) Дененің m, кг не μ, кг/кмоль маңызына, не физикалық қалыпты (t_қ = 0

0C, р_қ = 101 325 Па) күйдегі V_қ, қм³ көлеміне келтірілген жылусыйымдылықты меншікті маңыздық (с_х = Cx/m, Дж/(кгК), қалыпты көлемдік (с_х^’ = Cx/Vқ, Дж/(қм³К) не мольдік (с_хμ = Cxμ/m, Дж/(кмольК) жылусыйымдылық дейміз.

Бұл меншікті жылусыйымдылықтардың арақатынасы келесі болады

, .

'

кгК Дж c c

T q m

c C ^{x x}

x x

x

 

 

 



 







 

 _(1.2)

Бұлардағы Q_τ - жұмыс денеге берілетін (не одан алынатын) жылу, Дж;

q = Qτ/m - жылуқозғалымдық жүйедегі жұмыс дененің 1 кг маңызына келтірілген жылылық, Дж/кг;

m - жұмыс дененің маңызы, кг;

Т - жұмыс дененің температурасы, К;

∂Т = ∂t – дербес туынды температура, К, ⁰С;

с_х – х = p, v, T = тұрақты құбылыстардағы меншікті (ауаға t = 0 ⁰C-де) маңыздық (с_р = 1,0036, cv = 0,7164 кДж/(кгК)), көлемдік (с^’_р = cpρ = 1,0036∙1,293

= 1,2971, c^’v = 0,9261 кДж/(қм³К)), мольдік (μср = 28,96∙1,0036 = 29,073, μcv = 20,758 кДж/(кмольК), мұндағы 1,293 кг/м³ = ρ – тығыздық, μ = 28,96 кг/кмоль – ауаның мольдік маңызы (массасы)) жылусыйымдылық [1].

Жылусыйымдылықтың кванттық теориясы күрделі. Сондықтан ол іс жүзінде көпмүшелік бернемен сипатталып, aумаққылық орта (үстіндегі сызықшалы) мәні пайдалынады

6

..., )

( T  c

₀

 aT  bT

²



c

(1.3)

^ _



^{2 } _

1

. )

1 (

1 2 1

2

T

T T T

dT q T T c

c T (1.4)

Мүлтіксіз газдардың Майер теңдеуі:

c

_p

 c

_

 R ,

(1.5) мұндағы R – газ тұрақтысы (ауаға R = R_μ/μ = 8314Дж/(кмольК)/28,96 (кг/

кмоль) = 287,0 Дж/(кгК)).

1.2 Тәжірибелік қондырғы және жұмысты орындау тәртібі

Жылусыйымдылығы анықталатын ауа (1.1 сурет) жылулық оқшауланған ағынды калориметр 1-ден электрлі 2-де қыздырылып, сорғы 3- пен ағындалады. Қыздырғыш 2 мен сорғы 3-тің қуаттары зертханалық өзгерткіш ЛАТР-1, ЛАТР-2-лермен реттеліп отырады.

1 - ағынды калориметр, 2 - электрлі қыздырғыш, 3 - ауа сорғысы, 4 - тарылтқыш, 5 - U- тәрізді қысымөлшер.

1.1 сурет - Тәжірибелік қондырғының сұлбасы

Бөлме t₁ температурасындағы ауаның шығысын өлшейтін тарылтқыш 4 пен U-тәрізді қысымөлшер 5-тің көмегімен өлшенетін қысым айырымы h, мм су бағанасымен анықталады. Калориметрдің шығысы мен кірісіндегі ауаның t2-t1=∆t температура айырымы ХА-хромель-алюмель ыстықжұптармен өлшенеді.

7

Ескерту! Қондырғыларды қосу не ажырату және басқа тәртіпке өткізу тек оқытушының бақылауымен жүргізіледі!

1.3 Жұмыс келесі тәртіппен рет бойынша орындалады

1) Сорғыны электрлік желіге қосу.

2) ЛАТР-1-дің көмегімен қысымөлшердегі қысым айрымын h = 160 ÷ 180 мм су бағанасына қойып, нақты мәнін 1.1 кестеде келтіру.

3) ЛАТР- 2 көмегімен ұсынылған кернеуге келтіріп, қыздырғышты қосу.

4) Калориметрдегі ауаның t2 - t1 = ∆t температура айырымы тұрақталысымен оның мәнін 1.1 кестеде келтіру.

5) Осы қалыптасқан тәртіпте қыздырғыштың электрлік ағыны (тоғы) I (А) мен кернеуі U-ды (В) сонымен бірге барометрлік р₁ қысымды және бөлменің t1 (⁰С) ауа ыстықтығын өлшеп, мәндерін 1.1 кестеде келтіру.

6) Осы секілді қалыптасқан әр түрлі тәжірибелік тәртіптерді жүргізу арқылы жылусыйымдылықтың температураға тәуелділігі қосымша зерттелуі мүмкін.

1.1 к е с т е - Мәліметті бақылау және өңдеу. р₁ = Па, t1 = ⁰C.

Тәртіп реті

h, мм су бағ.

I, А

U, В

t2-t1

=Δt, мВ /

0C

V1,

м³/с Vқ,

қм³/с W, Вт

2 1

t р t

c 

,

K kм

кДж



3

,

2 1

' t

t

c

p



%

1 2 3

1.4 Тәжірибенің нәтижесін өңдеу және қателігін бағалау

Калориметрдің келесі жылулық теңестігінен ауаның q^’ (мұндағы өлшем бірлігі кДж/қм³) жылылығын (1.4)-ке қойып

^' , ₃ ,

км кДж V

t A q IU

k



  _(1.6)

анықталатын жылусыйымдылығының есептік кейіптемесін келесідей табамыз ^' |₁² , ₃ ,

К км

кДж t

V

t A c IU

k t

t

p 



  (1.7) мұндағы IU = W – қыздырғыштың қуаты, кВт;

I мен U – электр ағын күші (тоғы, А) мен электр кернеуі, В;

8

А = 0,46∙10^-3 – калориметрдің жылулық ысырабын ескеретін тұрақтысы, кДж/К;

∆t = t2 – t1 - калориметрдегі ауаның температуралық айырымы, К, ⁰С;

V_қ = p1V1T_қ/(р_қT1) – физикалық қалыпты (Т_қ = 273,15 К, р_қ = 101 325 Па) күйдегі (ФҚК) ауаның көлемдік шығысы, қм³/с;

V₁(h) – ауаның (барометрлік р₁ (Па) мен Т₁ = 273,15 + t₁-дегі (К)) h өлшенетін нүктедегі (V₁(h) теңесынау (тарировка) сызбағынан h-тың мәнімен анықталатын) көлемдік шығысы, м³/с [1].

Температура (дәлдігі 2,5 ⁰С, 0,1 мВ) мультиметрмен не (дәлдігі 0,25 ⁰С, 0,01 мВ) Щ4316 аспабымен тікелей өлшенбей, милливольттіхромель-алюмель жұптерімен анықталса, көрсетуі (ε - ЭҚК – электр қозғаушы күші) ⁰С-ге келесі теңесынау кейіптемесімен (0 ÷ 320 ⁰С аралығында) аударылады (1 - бөлме)

t = 24,7(⁰С/мВ)ε(мВ) + t₁ = 24,7ε + t1 , ⁰С. (К1) Жылусыйымдылықты анықтаудың салыстырмалы қателігі аспаптардың өлшеу дәлділіктерінің қосындысымен (суммой классов точностей, указанных на измерительных приборах) жуықты, төмендегідей, (1.7)-ге сәйкесті анықталады

_'

( ).

'

2

1

h I U t

c c c

p t p

р t

     

     



_(1.8)

Бақылау сұрақтары

1 Жылусыйымдылығы дегеніміз не және оның физикалық маңызы неде?

2 Меншікті жылусыйымдылықтың түрлері. Олардың бір-бірімен байланысы.

3 Изобаралық пен изохоралық жылусыйымдылықтар. Бір-бірімен байланысы.

4 Политроптық процестің жылусыйымдылығы, кейбір жағдайлары.

5 Нақты және орташа жылусыйымдылықтары.

6 Араласқан газдардың жылусыйымдылықтары.

7 Майер теңдеуі. Неге Cp> Cv?

2 № 2 Зерттеу жұмысы. Піспекті сығымдағыштың пайдалы жұмыс еселеуіштерін анықтау

Жұмыстың мақсаты: газдың сығылу құбылыстары мен теориясын игеріп, зерттелген сығымдағыштың пайдалы жұмыс еселеуіштерін (ПЖЕ) тәжірибелік анықтау және жылутәсілдік тәжірибелерді жүргізуге дағдылану ([1, 2, 10], [7], 40 ÷ 44 c.)

Тапсырма: жылуалмасусыз құбылысты сығымдағыштың η_сk^іс (2.8) бен η_сk^ж (2.17) және ηсkм

(2.20) ПЖЕ-н тәжірибелік анықтап өзара салыстыру.

9

2.1 Зерттеуге қажетті теориялық мәліметтер

Сығымдағыштар газдардың қысымын көтеріп тұтынушыларға жеткізуге арналған. Олардың газды соруға арналғандары - сиретулік сорғылар (вакуум- насосы). Мұндағы газдың қысымы атмосфераға дейін не одан сәл жоғары болады. Газдар, жұмыс дене ретінде, желдеткіш (вентилятор) пен үрлегіш (газодувка) және сығымдағыштармен (компрессоры) қысымдары көтеріліп, тұтынушыларға беріледі [1].

Сығымдағыштар әрекетті көлемдік пен қалақшалы және ағыншалы, ал құрылымды піспекті, айналғы мен белді не ортадантепкішті болады. Олар газ берісі (подача, V, м³/мин) және қысымы не қысымының көтерілу дәрежесі ε = р2/р1- мен және айналу жиілігі n мен қуаты арқылы сипатталады.

Мысалы, желдеткіш

(V=50÷10000, ε=1÷1,04, n=300÷10000) пен үрлегіш (V=0÷5000, ε=1,1÷4, n=300÷15000) және сығымдағыштарға (V=0÷15000, ε=2÷1000, n=100÷ 45000). Үрлегіштердегі газдар арнайы суытылмайды, ал сығымдағыштардағы газдар арнайы суытылады.

Газдың сығылу жұмысы жалпы түрде келесі кейіптемемен анықталады

2 ,



1



 ^p

p Vdp

L (2.1) мұндағы р – газдың қысымы (Па), p₁ - сору мен p2 – сығу қысымдары;

V = mv – айналымдағы газдың көлемі (м³), m – маңызы (кг), v – меншікті көлемі (м³/кг).

Сығылу құбылысы (нақты іске асырылуы мүмкін) тұрақты температуралы (изотермді (Т = тұрақты), көп жолды құбылыс (политропты (n) көрсеткіші n = 1) және жылуалмасусыз (k, адиабата) көрсеткіші (n = k = с_р/с_v = 1,41) құбылыстарының арасындағы (1 < n < k) көп жолды (нақты, н, n,) құбылыс болады.

Маңызы m = 1 кг мүлтіксіз (идеальный) газдың тұрақты температуралы құбылысындағы кеңею (к) мен сығылу (с) және пайдалы (п, тәсілдік (m)) теориялық (t) жұмыстары [1].

^{    }



^



^{2 }

1 1

2 2

1

. ln

р

р p

p t

т t п t сТ t

к t

кT p

RT p p

RT dp dp

l l m l

l L



(2.2)

Маңызы m = 1 кг мүлтіксіз газдың жылуалмасусыз бен көп жолды құбылыстарындағы сығылу (с) жұмыстары

10

1 ,

| 1 /

|

1

1 2 1

/ 1 1 / 1 1 2

1

  





 







 



 





 















^k

k k

k p

p t

ck

p

RT p k

p k p

dp

l   

(2.3)



 







 







 



 





 













 | / | 1 1

1

1 2 1

/ 1 1 / 1 1 2

1

n n n

n p

p t

cn

p

RT p n

p n p

dp

l   

 

^{, .}

1 1

1 ₁ ^{1 2 1}

2

1 кг

T Дж T

n RT n T

RT T n

n 

 

 



 



 

 

 _(2.4)

Бұлардағы R = 287 - ауаның газ тұрақтысы, Дж/(кгК);

Т1 – ауаның сығымдағыш алдындағы (бастапқы) толық температурасы, К.

Газдың тұрақты температуралы құбылысындағы сығылу (2.2) жұмысы ең (жылуалмасусыз (2.3) жұмысынан да) аз болады, өйткені (2.2)-дегі ε = р₂/р₁ – газ қысымының көтерілу дәрежесі (газдың сығылу құбылысында алған мүмкіндігі – потенциалы), (2.3) пен (2.4)-терге қарағаннан, қажыры (с_р(Т₂– Т1)=0) өзгермей (азаймай, сақтала) өтеді.

Сондықтан және жұмыс дененің Т2 температурасын төмендету үшін нақты (істегі) сығылу жұмысын көп сатылы қылып, көп жолды 1а-в2n құбылысын температуралы тұрақты 1в2т құбылысына жақындатады (2.1 сурет).

Дегенмен, сығымдағышқа, жетегі мен шегергіші және автоматика жүйесіне, зиянды көлемі мен әр түрлі түзгілеріндегі үйкелістік пен басқадай кедергілерге кететін қайраты секілді қозғалтқыш шығындары өндірулігін төмендетеуінен жетектің

L

_ж

 W   IU  , Дж

_(2.5)

жұмысы газдың сығылу жүмысынан үлкен болады.

Мұндағы W- электр қозғалтқыштың тұтынған қуаты, Вт;

I мен U – электр ағын күші (тоғы, А) мен электр кернеуі, В;

τ - сығымдағыштың жұмыс істеу уақыты, с.

Сығымдағыштың тиімділігін газдың сығылу құбылысы L_c қайратының жетегінің L_ж қайратына L_сn/L_ж қатынасы деп әдетті қайраттық пайдалы жұмыс еселеуішінің келесі түрінде анықтауға болмайды

,

ж cn ж

cn

cn

L

ml L

L 

 

(2.6) өйткені қайраттық ПЖЕ-лердің алымындағы пайдалы жұмыс мөлшері (бөліміндегі оған шығарылған қайратымен) салыстырмалы мүмкінінше мол

11

болуға, ал сығымдағыштардағы газдың сығылу жұмысы, керісінше, салыстырмалы аз болуға тиіс [1].

Кеңею (+) мен сығылу (-) жұмыстардың қарама қарсылығынан әдебиет жүзінде сығымдағыштардың тиімділігін (жетілдірілуін) көрсететін ішкі салыстырмалы (іс) ПЖЕ-і келесідей анықталады:

а) қарқынды (сумен) суытылатын (көлемдік) сығымдағыштардың ПЖЕ-ін тұрақты температуралы l^t_cT cығылу жұмысының көп жолды l^tcn

жұмысына келтірілген келесі қатынасымен

ln( / );

) | / ln(

) / ln(

| 1 )

(

) / ln(

) 1 (

1 2

1 2 1 1

2 1 2 1

2

2 1 1

T T

T T T p

p T T n

n T

T n

p p T n l

l

t cn t ic cT

cT    

 



 



 _(2.7)

б) саябыр суытылатын (не суытылмайтын, ортадан тепкіш, белдік) сығымдағыштардың ПЖЕ-ін тұрақты энтропиялық lcs=l^tck cығылу жұмысының көп жолды l^t_cn жұмысына келтірілген келесі қатынасымен

,

) 1 (

) 1 (

t cn t ck t

cn t ck t

cn t ic ck

ck N

N G l

G l k

n n k l

l  



 



 _(2.8)

мұндағы G – газдың маңыздық шығысы, кг/с;

N^tck мен N^t_cn - жылуалмасусыз бен көп жолды құбылыстарындағы газдың сығылу теориялық қуаттары;

n - көп жолды газ сығылу құбылысының (политропаның) көрсеткіші (оның күй теңдеуінен) келесідей анықталады:

), / ln(

) / ln(

) / ln(

, 1

1 2

1 2 1 1

2 1 2 1

1 2 1

2

T T

T T T p

p T T n

n p

p T

T ⁿ

n

 

 



 







.

)) /(

) ln((

) / ln(

2 1 1

2

1 2

T p T p

p

n  p

_(2.9)

Сығымдағыштың механикалық ысырапсыз (теориялық) қуаттары

_ic ,

cT t cT ic

cT t t cT

cnT t

cnT

N G G l

l

N ^{ }



^



(2.10)

_ic .

ck t ck ic

ck t t ck

cn t

cn

N G G l

l

N ^{ }



^



(2.11) Сығымдағыш жетегінің (приводының) есепті қуаттары (жеқ)

_ж ,

сT t cT ж

cT t жек cT cT

N G N l





^

 (2.12)

12

_ж ,

сk t ck ж

сk t жек ck ck

N G N l





^

 (2.13) мұндағы сығымдағыш жетегінің тұрақты температуралы η^ж_сТ және η^жсk - жылуалмасусыз құбылыстарындағы ПЖЕ-лері механикалық (ысырапты) η^м_сТ мен η^м_сk ПЖЕ-лерімен келесідей байланысты

_{ж cT}^ic _cT^м ,

cT м м t cT ж

cT t ж cT

cT l

l l l l

l

 



    _(2.14)

_{ж ck}^ic _ck^м.

ck м м t ck ж ck

t ж ck

ck l

l l l l

l

 



    _(2.15)

Сығымдағыш жетегінің тұрақты температуралы η^жсТ және η^жсk - жылуалмасусыз құбылыстарындағы ПЖЕ-лерін тәжірибелік (2.5) пен (2.12) және (2.13) арқылы келесідей анықтауға болады

,

жT t cT t

cT t

cT жек cT t ж cT

cT L

m l IU

m l IU

G l N

G

l   







(2.16)

.

жk t ck t

ck t

ck жек ck t ж ck

ck L

m l IU

m l IU

G l N

G

l   







(2.17)

Зерттелетін сығымдағыштың V2 = 24∙10^-3 м³ көлеміндегі ауаның (3.6) мен (2.16) және (2.17)-лердегі маңызы келесіге тең:

, .

2 2

2 кг

RT V

m  p _(2.18)

Сығымдағыштың механикалық η^м_сТ мен η^м_сk ПЖЕ-лерін (2.14) ÷ (2.17)- лер мен (2.7) ÷ (2.8) арқылы келесідей табамыз:



_cT^м

 

_cT^ж

/ 

_cT^ic

,

_(2.19)



_ck^м

 

_ck^ж

/ 

_ck^ic

.

_(2.20)

2.2 Сығымдағыштың газ берісін есептеу әдісі (тапсырылмайды) Зиянды көлемі [9] мен сору көлемінің еселеуіші [2] сырықтың (цилиндр) жұмыс көлеміммен салыстырылып анықталады (2.1 сурет)

a V_зк /V_ж 0,0250,06, _(2.21)



₀ V_c /V_ж 10,005a



. _(2.22) Көп жолды күй бернесі және (2.21) бойынша (к – кеңею)

. ,

) (

, _{2 1} ^1/

1

2 ж

n к

n к n

ж n

к n

зк pV p аV pV V aV

V

p   



_(2.23)

13 Сору көлемі 6.1 сурет бойынша

V_c V_ж V_зк V_к V_ж aV_ж aV_ж



^1/n, _(2.24)



₀ V_c /V_ж 1a(1



^1/n), (2.25) V_c 



₀V_ж [1a(



^1/n 1)]V_ж. _(2.26) Бірақ, нақты сору көлемі бұдан аздау болады, өйткені сорылатын газ ыстық клапан мен сырыққа түйісе қыздырылып, көлемі өсуінен λт=0,90÷0,95 еселеуішіндей және клапан мен піспектің сырықпен саңлаусыздығынан газдың λ_г=0,95÷0,98 еселеуішіндей кемуі болады.

Сондықтан сығымдағышпен сорылатын нақты көлем келесідей болады V_cн 



_т



_гV_c 



_т



_г



₀V_ж 



V_ж 



_т



_г[1a(



^1/n 1)]V_ж. _(2.27) Сонымен бір сырықты және бір бағытты әрекетті сығымдағыштың берісі піспектің (поршень) әр минуттағы қос жүрістерінің z санына көбейтіліп, анықталады

V_б V_cнz 



_т



_г[1a(



^1/n 1)]V_ж. _(2.28) Мұнан сырықтың (піспек ауданының S жүрісіне көбейтілген) V_ж = πD²S/4 – жұмыс көлемі сығымдағыш берісінің басты негізгі ықпалы (факторы) екенін көреміз.

Зиянды көлемді салыстырмалы ұлғайтып, (2.28)-дегі а(ε^1/n-1)=1 қылсақ, V_б=0 болып, яғни 2.1 суреттегі сығу мен кеңею (1-3, 3-1 үзілікті) сызықтары сай келіп (совпадает), сығымдағыштың соруы мен берісі болмайды. Қысым өскенде берістің азаюы да (2.28)-ден және 2.1 суреттен де (өйткені р₂ өсе 3-2- нің арасы азаяды) көрінеді [1].

2.3 Екі сатылы бір ағынды шыққылы піспекті сығымдағыштың құрылысы мен pv-сызбағы

Көп сатылы сығымдағыш негізінде екі түрлі болады: а) бірнеше сатылы (қосөрелі) шаққылы піспекті бір сырықта;

б) сатылы қысымды әр сырықта.

Мысалы, зерттелетін сығымдағыштың 2.2 суреттегі екі сатылы бір ағынды (прямоточного типа) шаққылы піспекті қысымдық сатылары шаққылы піспектің екі жағында орналасқан. Оның жұмыс әдісі қатар істейтін екі сатысына сызбақты 2.3 суретте [9] көрсетілген. Онда піспектің оңға қарай

14

жылжуымен ауа сырттан сорылады десек, бірінші (І) сатыдағы сору сызығы 4’1 атмосфералық р1 қысымынан сәл төмен өтеді. Мұнымен қатар (бірге) екінші (ІІ) сатыда газ 3’2” cызығымен сығылып, 2”3” сызығында итеріліп шығарылады.

Піспек солға жылжи бастағанда, бірінші сатыда газ 1-2’ бойымен сығылады, ал екінші сатыда газ 3”4” бойымен кеңейіп, 4” нүктеде аралық р₂’ қысымына р₂-ден төмендейді. Бұл кезде екінші сатының сору клапаны ашылып, піспек солға жылжи беріп, газ тұйық салқындатқыштан сорылады.

Сонымен, қысым төмендей, піспек 2’ нүктеге жеткенде, бірінші сатының итеру (напорный) клапаны ашылып, газ одан салқындатқышты өтіп, екінші сатыда 2’3’ бойымен сорылады [1].

Піспектің оңға қарай жылжуымен, газ бірінші сатыда 3’4’ бойымен көп жолды (политропно) кеңейеді де, сатылардағы, айтылғандай айналымдар басталады.

Қаралған екі сатыларда қысымның сорылу мен сығылу құбылыстары піспектің қарама-қарсы жылжуларында өтетіндіктен жұмыс жүктемесі біркелкі болады [9].

2.4 Тәжірибелік қондырғының сұлбасы мен жұмыстың орындау реті

Тәжірибелік қуаты 1,5 кВт қондырғы 220 В айнымалы электр ағынды жетегімен екі сатылы піспекті сығымдағыштан көлемі 24 л жинау ыдысынан (ресивер) және оның шығысында берілген қысымды орнататын шегергіштен тұрады. Жинау ыдысындағы ауаның қысымын өлшеу үшін қысымөлшермен, сонымен қатар, сығылған ауа температурасын өлшеу үшін хромель-алюмель (ХА) ыстықжұппен қамтылған. Айналым саны n = 2900 айналым/мин болған кезде, сығымдағыштың да бір минуттағы айналым саны (сору, сығу, жинау ыдысындағы қысымдау) сол санға тең болады (2.4 сурет) [1].

Ескерту! Қондырғыларды қосу, ажырату және басқа тәртіпке өткізу тек оқытушының рұқсатымен және бақылауымен жүргізіледі!

2.5 Жұмыстың орындауы мен тәжірибе нәтижесін өңдеу реті

1) Қысымды жылдам азайту қақпақшасының көмегімен жинау ыдысында (ресивер, тыныштандырғышта) атмосфералық р₁ қысымын орнату.

2) Тыныштандырғыштағы бастапқы t₁ температураны өлшеу.

3) Шегергіштің (редуктордың) шығыс реттегішін жабу және электр қозғалтқышты қосу. Мұнымен бірге секундомерді қосу.

15

4) Тыныштандырғыштағы қысым р2 = 8 бар болған кезде, сығымдағыш өздігінен ажыратылады.

Сығымдағыштың жұмыс істеу τ, с уақытын, ыстықжұптың ε2, мВ (t2,

0С) мен электр ағын I, А және кернеу U, В мәндерін 2.1 кестеге жазып алу керек.

Әрбір 10÷15 минут аралығымен тәжірибе 3 рет жүргізіліп, есепке орташа қорытынды мәндері алынады.

5) Температура (дәлдігі 2,5 ⁰С, 0,1 мВ) мультиметрмен не (дәлдігі 0,25

0С, 0,01 мВ) Щ4316 аспабымен тікелей өлшенбей, милливольтті хромель- алюмель жұптерімен анықталса, көрсетуі (ε - ЭҚК – электр қозғаушы күші)

0С-ге келесі теңесынау кейіптемесімен (0 ÷ 320 ⁰С аралығында) аударылады (1 - бөлме)

t = 24,7(⁰С/мВ)ε(мВ) + t1 = 24,7ε + t1 , ⁰С. (2.29)

Тәжірибе нәтижесі тапсырма және 3.1 кесте бойынша өңделеді.

Тұрақты температуралы құбылысты сығымдағыштың η_сТ^іс (2.7) бен η_сТ^ж (2.16) және η_сТ^м (2.19) ПЖЕ-н тәжірибелік анықтап өзара салыстыру [1].

2.1 к е с т е - Мәліметті бақылау және өңдеу. р1 = Па, t1 = ⁰C, V2= 24 л

№ W, Вт

р₂, бар

τ, с t2,

0С n (6.9)

m (6.18)

η_сk^ic (6.8)

lсkt

(6.3)

η_сk^ж (6.17)

η_сТ^ж (6.16)

η_сk^м (6.20) 1

2 3

Мысалы, (6.5) жетек жұмысын анықтаудың салыстырмалы қателігі

 L

_ж

  I   U   .

(2.30)

Бақылау сұрақтары

1 Екі сатылы көп жолды сығылу құбылысы pv-сызбағында қалай өтеді?

2 Екі сатылы көп жолды сығылу құбылысы Ts-сызбағында қалай өтеді?

3 Мәліметтерді өңдеуге қатысты кейіптемелерді түсіндіре біліңіз.

4 Зерттелетін қондырғының қағидалы сүлбесі (схемасы) қандай?

16

5 Cығымдағыш ПЖЕ-лерінің ұғымы қандай?

6 Мүлтіксіз газдардың көп жолдық күй теңдеуі қалай жазылады?

7 Осы жұмыстың жасалу реті қандай?

3 № 3 Зерттеу жұмысы. Бу сығулы тоңазытқыштың айналымын зерттеу

Жұмыстың мақсаты: істегі тоңазытқыштың құрылымы және жұмысымен танысу, жылуқозғалымдық айналымын игеру, оның тоңазыту еселеуіші мен салқын өнімін анықтау, зерттеу жұмысына дағдылану.

Тапсырма: бу сығулы тоңазытқыштың (БСҚ) тоңазыту ε еселеуіші мен салқын q2 өнімін анықтау, ε-ді Карноның қайтымды кері айналымының тоңазыту ε_к еселеуішімен салыстыру ([1, 2], [7], 82 ÷ 89 c.).

3.1 Тоңазытқыштың айналымын зерттеу сипаттамасы

Денелердің температурасын қоршаған ортаның температурасынан төмендетіп ұстайтын қондырғыларды тоңазытқыштар дейді (3.1 сурет). Олар бу сығулы, бу ілестіргішті, ауалы, бойына сіңірулі (абсорбция) түрлі болады.

Тоңазытқыштың жылуқозғалымдық айналымы сағат тілінің жүрісіне кері бағытты болады.

1-4 айналымның түйінді нүктелері; 5 - сығымдағыш; 6 - шықтағыш; 7 - дроссель; 8 - буландырғыш; 9 - электрлі жетек; 10 мен 11 - манометрлер; А- аумалы нүкте.

17

3.2 сурет - Тоңазытқыштың жылулық сұлбасы (а) мен Ts - көрнек сызбағындағы айналымы (б)

Жылуқозғалымның екінші заңы бойын-ша кері айналымға сырттан l жұмысы берілу арқылы сал-қын көзінен (құ-тыдан) q₂ жылылығы алынып, қоршаған ортаға q₁ = l + q₂ жылылығы беріледі. Сонда тоңазытқыш-тың тоңазыту ε есе-леуіші (холодильный коэффициент) мен жылулық сорғының жылыту χ еселеуіші келесілер болады [1]

,

2 1

2 2

q q

q l

q

 

 

_(3.1)

^{1 2}   1.









l

l q l q

(3.2)

Зерттеулі қондырғы ретінде тұрмыстық тоңазытқыш алынған. Оның жылулық сұлбасы мен жылуқозғалымдық айналымы 3.2 суретте көрсетілген.

Тоңазытқыштың жұмыс денесі жеңіл қайнайтын фреон-12-нің буы 1-2 жылуалмасусыз құбылысында әдетті құрғақ қанығу күйіне дейін сығымдағыш 5-те сығылып, жылуалмастырғыш 6-да q₁ жылылығы қоршаған ортаға (ал жылулық сорғыда тұтынушыға) беріліп, қысымы мен температурасы тұрақы 2-3 құбылысында фреон-12 шықтанады.

Фреон-12 қайнаған күйінде дроссель 7-де кедергіленіп, h3 = h4 = тұрақты қажырлы 3-4 құбылысында қанығу температурасы мен қысымы төмендеп, температурасы құтыдағы ауаның температурасынан кем болып, ауаның q2

жылылығын алып, 4-1 тұрақты температура пен қысым құбылысында фреон буланады. Бұл 8 жылуалмастырғыш сондықтан буландырғыш деп те аталады [1].

Сығымдағыштың алдында және одан кейін фреонның қысымы 10 мен 11 манометрлермен қадағалануы мүмкін. Фреонның қажырын айналымның түйінді нүктелеріндегі температуралары арқылы (Д қосымша кестесі бойынша) алып, тоңазыту (3.1) мен жылулық сорғының жылыту (3.2) еселеуіштерін келесідей анықтуға болады

| | ,

)

(

_{2 1}

4 1 4

3 4

1 3

2

4 1 2

1 2 2

h h

h h h

h h h h

h

h h q

q q l

q



 



 





 

 

 

(3.3)

1 1 .

1 2

4 2 1

2 4 1 2

1

h h

h h h

h h h l

l q l q



 

 

 



 









_(3.4)

Шекаралық сызықтардағы мұндағы құрғақтық дәрежелері x2 = 1-дегі h2

= h₂^” мен x₂ = 0-дегі h₃ = h₃^’ және h₄ = h₃ қажырлардың мәндері фреон-12-нің [8]-дің (347÷349 б.) 25-ші кестесінен тікелей анықталады. Ал, фреон-12-нің қаныққан ылғалды бу көлемінің 1-ші түйінді нүктесіндегі h₁ қажырдың мәні Т₁ температурасы мен жергілікті құрғақтық дәрежесі x1-ге тәуелді. Бұл екі белгісіз h₁ мен x₁-ді келесі екі теңдеулерден табамыз (3.2 б суретті қараңыз)

18

h₁  (h_b h_a)xh_a, _(3.5) s₁ (s_b s_a)xs_a, _(3.6)

^{1 2} ,

a b

a a

b a

s s

s s s s

s x s



 



  _(3.7)

₁ ( ) ¹ _a.

a b

a a

b h

s s

s h s

h

h 



 

 _(3.8)

Сонымен, тоңазыту (7.3) мен жылулық сорғының жылыту (7.4) еселеу- іштер құраушылары түгел белгілі болады. Бұлар арқылы тоңазытқышта өндірілген салқынның меншікті мәні де келесідей анықталады

q₂  h₁ h₄, Дж/кг. (3.9) Тоңазытқыш айналымы температураларының аралығындағы Карноның қайтымды кері айналымының тоңазыту еселеуіші (3.1) келесідей анықталады (3.2 сурет)

.

1 2

1 1

2 1 1

2 1 2

1 2 2

t t

T T

T T s

T s T

s T q

q q l

q

k

 

 







 

 

 

(3.10)

мұндағы T₁ = t₁ + 273 – толық температура, К.

Зерттеу мәліметтері мен олардың өңдеу кестелерін және істелген жұмыстың есептігін студенттер өздігінен жасайды [1].

Бақылау сұрақтары

1 Қандай айналымды теріс айналым дейді? Неге ол тоңазыту деп аталады?

2 Тоңазыту еселеуіші дегеніміз не? Оның ПЖЕ-мен байланысы?

3 Ауалық, бу тығызды, бу эжекторлы тоңазытқыш қондырғылардың айналымдарын суреттеп, түсіндіріп беріңіздер.

4 Жылулық соғының (тепловой насос) жұмыс істеу қағидасын түсіндіріңіздер.

5 БСҚ айналымын T,S- диаграммада суреттеп, түсіндіріп беріңіздер.

6 БСҚ-ның сүлбесі мен негізгі бөлшектері.

7 БСҚ айналымының параметрлері қалай есептеледі?

4 № 4 Зерттеу жұмысы. Дененің жылуөткізгіштік еселеуішін сырықтық әдісімен анықтау

Жұмыстың мақсаты: сырықтық әдісімен дененің жылуөткізгіштік еселеуішін анықтау және оған жаттығу ([5], [8], с. 3 ÷ 10).

Тапсырма: алебастырдың берілген күйіндегі (температурасындағы) жылуөткізгіштік еселеуішін сырықтық (цилиндр) әдісімен анықтау.

4.1 Әдістің маңызы

19

Жылуөткізгіштік еселеуіші, негізінде, температураға, заттың тегі мен құрылымына тәуелді физикалық шама. Ол санды тікмегземі бірге тең жылу ағын тығыздығына тең (



 q/t). Жылуөткізгіштік еселеуіші қалыптасқан жылуөткізгіштік не Фурье заңының шаққылық теңдеулерінің сырықтық шешімімен келесідей анықталады [4, 5]

, ,

) (

2

) / ln(

2 1

1 2

К м

Вт t

t l

d d Q



 

 

(4.1) мұндағы Q – жылу ағыны (жылылық), Вт;

t1 мен t₂ – диаметрлері d₁ мен d2 сырық дененің ішкі мен сыртқы беттерінің тұрақты температуралары (4.1 суретті қараңыз).

Тәжірибелік дене кеуектігі 40 % құрылыс алебастрінен жасалған. Оның сырықты 1 қабатының өлшемдері: d1 = 0,018, d2 = 0,037, ℓ = 1,06 м (∆ℓ = 0,01 м). Есеп бір өлшемді болу үшін дененің ұзындығы оның диаметрінен өте көп (ℓ >> d) алынған және шеткі кесіктері жылулық оқшауланған 2, ал сырықтың бет температуралары тегістелу үшін белдік электрлі қыздырғышы 9 (жылуөткізгіштік еселеуіші өте жоғары) мыс құбыры 3-тің ішіне салынған [6].

Сырықты қабаттың температура t₁ - t2 арынын анықтауға хромель