Работа 1. Первый закон термодинамики
1. Цели работы
Определение с помощью уравнения первого закона термодинамики количества теплоты, подведенного к рабочему телу (воздуху) в условиях лабораторной установки; определение адиабатного кпд компрессора.
2. Основные положения
Математическое выражение первого закона термодинамики для потока рабочего тела для данной лабораторной установки в расчете на 1 кг рабочего тела имеет вид
, (1)
где
– означают соответственно изменение
энтальпии, кинетической и потенциальной
энергии потока; q
и lт
– означают соответственно теплоту и
техническую работу на рассматриваемом
участке.
Адиабатным коэффициентом полезного действия (ηк) называется отношение мощности, расходуемой на изоэнтропное сжатие (Nо), к мощности, сообщаемой компрессору (Nк):
(2)
или отношение теоретической работы при адиабатном сжатии (lообр) к действительной работе (технической), затрачиваемой на привод компрессора (lт):
. (3)
Тогда мощность, затраченная на изоэнтропное сжатие(Nо) при известном расходе рабочего тела (G), находится по формуле
.
Мощность, подведенная к компрессору (Nк), расходуется на изоэнтропное сжатие (Nо) и на преодоление потерь (Nп) , сопровождающих процесс сжатия, т.е.
.
Численное значение мощности, подведенной к компрессору (Nк), можно определить через мощность (Nэ), потребляемую электродвигателем компрессора, и коэффициент полезного действия привода компрессора (ηпр):
, (4)
где ηпр – коэффициент полезного действия привода компрессора, учитывающий потери в электродвигателе (ηэ), механические потери (ηм) и передачу тепла потоку рабочего тела при охлаждении электродвигателя, за счет обтекания его потоком рабочего тела. Численное значение ηпр находится специальными опытами и в данном случае равно значению 0,51 (51%); Nэ – мощность, подведенная к электродвигателю компрессора.
3. Схема и описание установки
Рабочее тело – воздух – компрессором 1 (рис. 1) забирается из окружающей среды, сжимается и поступает в горизонтальный участок трубы 5. Воздух на пути из окружающей среды в компрессор проходит через воздухомерное устройство 3 типа «труба Вентури». Количество воздуха, проходящего через установку, может изменяться с помощью заслонки 6. Параметры окружающей среды измеряются приборами, расположенными на панели 9 «Окружающая среда» (ртутный, чашечный барометр и жидкостно-стеклянный термометр). На панели 4 «Статические напоры» расположены три U-образных манометра для измерения статических давлений в сечениях: «горло» воздухомера (Н), на входе в компрессор (Нв) и за компрессором (Нн). В результате подведенного к трубе 5 тепла, воздух, проходя от сечения I–I, где его температура равна температуре окружающей среды, нагревается до температуры tвII, которая измеряется термопарой 7 в комплекте с вторичным прибором.
Рис. 1. Схема установки
Для определения мощности, подведенной к электродвигателю 2 компрессора служит панель 8 «Работа компрессора», с размещенными на ней амперметром и вольтметром. Индикатор 10 фиксирует удлинение трубы при её нагреве, которое прекращается в момент установления стационарного режима.