лабораторная установка для проведения учебных занятий по термодинамике

Формула изобретения

Лабораторная установка для проведения учебных занятий по термодинамике, включающая корпус, размещенные в корпусе электронагреватель, увлажнитель, термопары для контроля температуры потока воздуха и температуры мокрого термометра, патрубки для измерения скорости потока, кювету, заполненную водой со льдом и смонтированную на внешней поверхности корпуса, теплоизоляцию, нанесенную на внешнюю поверхность корпуса, отличающаяся тем, что корпус выполнен Y-образным, установлен в вертикальной плоскости и включает имеющие сужение участки горячего потока и холодного потока, расположенные наклонно, а также участок общего потока, расположенный горизонтально, при этом электронагреватель, увлажнитель и термопара для контроля температуры мокрого термометра размещены на участке горячего потока, а термопары для контроля температуры потока воздуха и патрубки для измерения скорости потока размещены на каждом из указанных участков, кювета, заполненная водой со льдом, смонтирована на внешней поверхности участка холодного потока.

Описание изобретения к патенту

Лабораторная установка по термодинамике предназначена для проведения учебных занятий по дисциплинам «Техническая термодинамика» и «Теплотехника», разделу «Влажный воздух».

Известна лабораторная установка для изучения процессов охлаждения и осушки влажного воздуха (см. патент №2243025 от 27 декабря 2004 г., БИ №36), содержащая опытный участок, выполненный в виде стеклянной вертикальной трубки, у которой выходной патрубок суживается на корпусе. Опытный участок представляет собой круглую стеклянную трубку, установленную вертикально в кювете, заполненной водой со льдом, по высоте стеклянной трубки выполнены два суживающихся сечения для смешения потока. Увлажнение воздуха перед установкой производится паром из реторты, установленной на электронагревателе.

Недостатком установки является невозможность исследования смешения двух потоков влажного воздуха, так как изучается только один поток.

Наиболее близким решением, взятым за прототип, является установка по термодинамике (см. патент №2126175, 10.02.99, БИ №4), включающая корпус, размещенные в корпусе электронагреватель, увлажнитель, термопары для контроля температуры потока воздуха и температуры мокрого термометра, патрубки для измерения скорости потока, кювету, заполненную водой со льдом и смонтированную на внешней поверхности корпуса, теплоизоляцию, нанесенную на внешнюю поверхность корпуса.

Недостатком установки является невозможность изучения процессов смешения двух потоков влажного воздуха, т.к. изучается только один поток.

Целью изобретения является создание установки для исследования в лабораторных условиях процесса смешения двух потоков воздуха.

Цель достигается тем, что в лабораторной установке для проведения учебных занятий по термодинамике, включающей корпус, размещенные в корпусе электронагреватель, увлажнитель, термопары для контроля температуры потока воздуха и температуры мокрого термометра, патрубки для измерения скорости потока, кювету, заполненную водой со льдом и смонтированную на внешней поверхности корпуса, теплоизоляцию, нанесенную на внешнюю поверхность корпуса, корпус выполнен Y-образным, установлен в вертикальной плоскости и включает имеющие сужение участки горячего потока и холодного потока, расположенные наклонно, а также участок общего потока, расположенный горизонтально, при этом электронагреватель, увлажнитель и термопара для контроля температуры мокрого термометра размещены на участке горячего потока, а термопары для контроля температуры потока воздуха и патрубки для измерения скорости потока размещены на каждом из указанных участков, кювета, заполненная водой со льдом, смонтирована на внешней поверхности участка холодного потока.

Данная установка позволяет исследовать в лабораторных условиях процесс смешения двух потоков воздуха за счет выполнения корпуса Y-образным, причем корпус включает имеющие сужение участки горячего и холодного потока, расположенные наклонно. Участок общего потока расположен горизонтально, причем каждый участок снабжен патрубками для измерения скоростей потоков.

Схема лабораторной установки по изучению процессов смешения потоков влажного воздуха представлена на фиг.1. Фиг.2 - процессы во влажном воздухе.

Схема лабораторной установки по изучению процессов смешения потоков влажного воздуха представлена на фиг.1.

Установка состоит из трех участков: участка I горячего потока, участка II холодного потока и общего участка III. Состояние воздуха, поступающего в установку, - температура t₁ и относительная влажность ₁ находятся с помощью психрометра. Корпус лабораторной установки выполнен Y-образным, расположен в вертикальной плоскости.

Внутри участка I горячего потока смонтирован электронагреватель 3 и увлажнитель воздуха 5. Электронагреватель 3 выполнен из нихромовой проволоки. Мощность электронагревателя регулируется лабораторным автотрансформатором 1 и измеряется ваттмером 2. Увлажнитель 5 представляет собой проволочный каркас, обтянутый хлопчатобумажной тканью. Вода к увлажнителю 5 периодически подается из сосуда 6.

Для выравнивания температуры нагретого увлажненного воздуха на корпусе участка I, расположенного наклонно, выполнено сужение 7 сечения трубки, за которым установлены термопары, служащие для контроля температуры потока t₂ и температуры мокрого термометра t_2м. Массовый расход горячего потока вычисляют по значению скорости потока, измеряемой электронным анемометром. Для этого датчик анемометра вводят через патрубок 4, который после измерения закрывают пробкой.

Участок II холодного потока, расположенный наклонно, имеет на внешней поверхности кювету 9, изготовленную из оргстекла. Кювету заполняют водой со льдом. Слив воды производят через кран 8.

С целью выравнивания температуры потока перед измерением сделано сужение 11 сечения трубки. За ним установлена термопара, измеряющая температуру холодного потока t₃ . Патрубок 10 предназначен для установки датчика электронного анемометра, с помощью которого находят скорость холодного потока. После измерения патрубок 10 закрывают пробкой.

Участок III общего потока располагается горизонтально. Для выравнивания температуры смешанного потока служит сужение 12 сечения трубки. Температура потока t₄ измеряется термопарой. Для измерения скорости общего потока служит патрубок 13, в который помещают датчик анемометра. Лабораторная установка с внешней стороны имеет съемную тепловую изоляцию 14.

Процессы во влажном воздухе изображены на фиг.2. В диаграмме h-d, где h - энтальпия влажного воздуха, кДж/кг с.в., d - влагосодержание, г/кг с.в., процессы изображены в области выше кривой - относительной влажности воздуха, %. Здесь т.1 характеризует состояние воздуха, поступающего в установку. В участке I горячего потока воздух нагревается и увлажняется (на фиг.2 процессы не показаны) и выходит в состоянии т.2. В участке II холодного потока воздух охлаждается и переходит в состояние т.3. Смешение горячего и холодного потоков происходит по линии 2-3. Точка 4 характеризует состояние воздуха после процесса смешения.

Установка работает следующим образом.

Из сосуда 6 подают воду на увлажнитель воздуха 5. Заполняют кювету 9 водой со льдом. Включают в сеть электронагреватель 3. Мощность электронагревателя устанавливают с помощью лабораторного автотрансформатора 1 по ваттметру 2. С помощью термопар следят за наступлением стационарного режима, после чего выполняют все измерения.

Массовый расход горячего потока вычисляют по значению скорости потока, измеряемой электронным анемометром.

Данная конструкция лабораторной установки создает возможность исследовать процесс смешения горячего и холодного потоков влажного воздуха. Установка проста в изготовлении, компактна и легко может быть выполнена в учебной лаборатории. В ней не используется вентилятор, так как движение потоков осуществляется за счет свободной конвенции. Стационарный режим устанавливается быстро, причем температуру общего потока можно регулировать, изменяя температуру и относительную влажность горячего потока.