فایلکده برتر( برترین مرجع فایل های تخصصی آموزشی )

دستور کارهای آزمایشگاه ترمودینامیک

 

مشخصات فایل:

فرمت فایل دستور کارها: Word وورد، تایپ شده( قابل ويرايش و آماده پرينت )

عنوان و مشخصات دستور کارها:

1- آزمایش پمپ حرارتي(هوا به آب)            9 صفحه

2-آزمایش تست موتور بنزينی تک سيلندر  3 صفحه

3-آزمايش سيكل استرلينگ                     5 صفحه 

4- آزمایش سيستمهاي حلقه بسته (دو سطحي)   9 صفحه

5- آزمایش دستگاه معادل مکانيکي حرارت               6 صفحه

6-آزمایش بمب كالريمتر      4 صفحه 

7-آزمايش تست نازل          6 صفحه 

8-آزمایش دستگاه تهويه مطبوع   11 صفحه

9-آزمایش ديگ مارست              7 صفحه

 

دستور کار، وسایل و مواد مورد نیاز، محاسبات، معادلات مورد نیاز، واکنش ها، فرمول ها و روش انجام همه آزمایش ها به صورت جامع و کامل  جهت استفاده اساتید دانشگاه و دانشجویان آماده شده است.

قسمتی از متن دستور کارها:

• اهداف :

- آشنايي با اجزاي اصلي يک پمپ حرارتي صنعتي.

- تعيين ضريب عملکرد پمپ حرارتي.

- شناخت پارامترهاي تاثيرگذار بر روي ضريب عملکرد.

- بررسي سيکل بر روي نمودارهاي ترموديناميکي و مقايسه سيکل واقعي و ايده‌آل.

• مقدمه :

همان‌طور که در بالا ذکر گشت در اين آزمايش به شناخت پارامترهاي مختلف تاثيرگذار بر روي پمپ حرارتي و يا سيکل تبريد تراکمي پرداخته مي‌شود. اين سيستم داراي اجزاي اصلي يک پمپ حرارتي صنعتي و يا سيکل معکوس آن يعني تبريد تراکمي صنعتي است. که با توجه به قابليت هواسازي راحت‌تر و مناسب‌تر با کمک اين سيکل‌ها ، امروزه کاربرد بيشتري يافته‌اند.

با شناخت پارامترهاي مختلف مي‌توان با در نظر گرفتن تمامي مشکلات و محدوديت‌ها بهترين شرايط کاري براي يک سيکل تبريد و يا پمپ حرارتي بدست آورد.

هم‌چنين با توجه به اين که مبدل‌ها از اجزاي اصلي مربوط مسائل انتقال حرارت مي‌باشند. اين دستگاه هم شامل دو مبدل مايع ـ هوا و مايع ـ مايع مي‌باشد.که در اينجا به طور کامل مبدل مايع ـ مايع (لوله و پوسته) مورد بررسي قرار مي‌گيرد. از آنجا که در اين پمپ گرما از هوا به آب داده مي‌شود ،‌ پمپ حرارتي هوا به آب ناميده مي‌شود.

• تئوري :

سيکل تبريد تراکمي :

شکل 1 سيکل آيده‌آل تبريد تراکمي را نشان مي‌دهد (1-4-3-2-1). بخار اشباع با فشار کم وارد کمپرسور مي‌شود در يک فرآيند برگشت‌پذير و آدياباتيک فشار افزايش مي‌يابد (فرآيند 2-1) سپس در يک فرآيند فشار ثابت درون کندانسور گرما از دست مي‌دهد (فرآيند 3-2) و به‌صورت مايع اشباع کندانسور را ترک مي‌کند. مايع اشباع در يک فرآيند آنتالپي ثابت () منبسط مي‌شود مخلوط مايع و بخار در اوپراتور در يک فرآيند فشار ثابت تبديل به بخار اشباع مي‌شود (فرآيند 1-4).

 

ضريب عملکرد :

ضريب عملکرد يک سيکل تبريد عبارت است از نسبت ظرفيت تبريد به کار کمپرسور.

اگر سيکل براي يک پمپ حرارتي بکار رود ضريب عملکرد عبارتست از نسبت حرارات دفع شده به کار کمپرسور.

که در اين روابط :

گرماي تبادل شده در اوپراتور بر واحد جرم

گرماي تبادل شده در کندانسور بر واحد جرم

کار ورودي به کمپرسور بر واحد جرم

بنابراين ضريب عملکرد يک پمپ حرارتي عبارتست از :

و ضريب عملکرد يک سيکل تبريد هم از اين رابطه به دست مي‌آيد:

تاثير دمای (يا فشار اشباع هم‌ارز اين دما) کندانسور و اوپراتور بر روي ضريب عملکرد در سيکل ايده‌آل پمپ حرارتي در شکل 2 نشان داده شده است.

براي محاسبه دبي مبرد در صورت لزوم مي‌توان از موازنه انرژي در کندانسور استفاده نمود. (در هنگام محاسبه تغيير آنتالپي مبرد دقت به تغيير فاز مبرد داشته باشيد).

• شرح دستگاه :

سيال عامل در اين پمپ حرارتي(R12 ) مي‌باشد. منبع با دماي پايين در اوپراتور هواي اتمسفر است ، بدين معني که در اواپراتور حرارت از هواي اتمسفر به R12 منتقل مي‌شود و R12 تبخير مي‌گردد. در کندانسور بخار داغ R12 گرماي نهان خود را به آب منتقل مي‌کند و تقطير مي‌گردد.

سيکلي که R12 در اين دستگاه طي مي‌کند همان سيکل تبريد تراکمي است که در بخشهاي قبل توضيح داده شد.

شير انبساط از نوع ترمو استاتيکي است. دماسنج‌ها ، دماسنج ديجيتال هستند و دبي آب توسط روتامتر اندازه‌گيري مي‌شود. اگر بار کمپرسور از حد مجاز بيشتر شود ، توسط سيستمهاي حفاظتي کمپرسور خاموش مي‌شود و در صورت رفع اشکال دوباره بکار مي‌افتد. مطلب قابل توجه اين است که بخار ورودي به کمپرسور بايد تقريبا به ميزان 5-10 kسوپرهيت (فوق داغ) باشد. يعني دماي R12 در ورود به کمپرسور ، بايد 5-10 k بالاتر از دماي اشباع در فشار اواپراتور باشد. (اين امر هم به اين خاطر است که ورودي به کمپرسور فاز گازي باشد).

دستگاه از اجزاي مختلفي شامل :

- کمپرسور

- اواپراتور(هوايي)

- کندانسور (پوسته و لوله)

- روتامتر براي اندازه‌گيري دبي آب

- دراير

- وات ـ ساعت متر

- فشار سنج

- ترمومترهاي ديجيتالي

- و . . .

تشکيل شده است.

• آزمايشها :

طريقه روشن کردن دستگاه :

1. شير ورودي آب را به مقدار زيادي باز کنيد.
2. کليد اصلي را روشن کنيد.

بعد از اينکه نشان دهنده‌هاي درجه حرارت و فشار اعداد ثابتي را نشان دادند مي‌توان آزمايش را شروع کرد.

طريقه خاموش کردن دستگاه :

قبل از خاموش کردن دستگاه دبي آب کندانسور را به مدت 2 تا 3 دقيقه افزايش دهيد. سپس دستگاه را خاموش کنيد و پس از چند دقيقه شير آب کندانسور را ببنديد.

¨ در تمام آزمايش‌ها به خاطر داشته باشيد که براي حفاظت دستگاه ، ابتدا شير آب کندانسور را باز نماييد تا آب خنک کننده کندانسور جريان داشته باشد سپس کمپرسور روشن شود.

آزمايش اول :

هدف آزمايش : شناخت پارامترهاي تاثيرگذار بر روي ضريب عملکرد.

روش آزمايش :

- مطابق دستورالعمل فوق دستگاه را روشن نماييد.

- وابسته به شرايط هوايي محل آزمايش ، دبي آب کندانسور را به حدي باز نماييد که اختلاف دماي آب ورودي () و خروجي () از کندانسور حداقل 1 درجه باشد.

- صبر کنيد تا دستگاه به شرايط دائم برسد ، سپس و دماي مبردو همچنين فشار کندانسور و اواپراتور را در جدول زير يادداشت نماييد.

- در هر مرحله دبي آب را 1 Lit/min کاهش دهيد و مراحل فوق را تکرار نماييد.

اندازه‌‌گيري قدرت ورودي به کمپرسور و فن توسط وات ـ ساعت‌متر :

وات ـ ساعت‌متر داراي يک ديسک است که به ميزان مصرف انرژي مي‌چرخد و تعداد دورهايي که متناظر با kwh است ، روي آن نوشته شده است. برايV 220 مي‌دانيم که براي مصرف1kwh، 375 دور مي‌زند. بنابراين براي محاسبه قدرت ورودي مي‌توان به طريق زير عمل کرد.

بنابراين در هر دور انرژي مصرف مي‌شود. اگر x زماني باشد که ديسک يک دور مي‌زند ، قدرت ورودي از رابطه زير بدست مي‌آيد.

براي افزايش دقت اندازه‌گيري ، مدت زمان 10 دور را اندازه‌گيري نماييد.

 

3-1-3) خواسته آزمايش :

1) در تمام دبي‌هاي جدول فوق ، قدرت ورودي به کمپرسور و فن ، گرماي خروجي و ضريب عملکرد را محاسبه نمايند. راهنمايي : گرماي خروجي از مبرد در کندانسور با صرف نظر از افت‌ها معادل گرماي داده شده به آب سرد کن کندانسور مي باشد.

2) با تغيير دبي آب ورودي به محفظه کندانسور ، سيکل مبرد دچار تغييراتي مي‌شود ، علت اين تغييرات را ذکر کنيد. همچنين پارامترهايي را که از اين تغيير تاثير مي‌پذيرند را با دقت در اعدادي که در جدول فوق ثبت کرده ايد ذکر نماييد.

3) تغيير دبي آب ورودي به محفظه کندانسور چه تاثيري بر فشار عملکردي اواپراتور و کندانسور دارد؟

آزمايش دوم :

هدف آزمايش : مقايسه سيکلهاي واقعي و ايده‌آل.

روش انجام آزمايش :

- دبي آب کندانسور را در يکي از حالت‌هاي متوسط قرار دهيد. (حدود 4 ليتر بر دقيقه)

- کمپرسور و فن را روشن کنيد.

- چند دقيقه صبر کنيد تا شرايط دائم بر دستگاه حاکم شود. (حدودا" 10 دقيقه)

- دماها و فشارهاي مربوط به مبرد (دماهاي و هر دو فشار کندانسور و اواپراتور) ، موجود بر روي دستگاه را يادداشت نماييد.

- مراحل زير را در يکي از دبي‌هاي مياني انجام دهيد. در اين مورد فرضهاي زير انجام مي‌شود:

الف) کاهش فشار در کندانسور قابل چشم‌پوشي است.

ب) فرآيند انبساط يک فرايند آدياباتيک است.

براي مقايسه بين سيکل ايده‌آل و سيکل واقعي در يک دياگرام P-h يک کپي ازاين نمودار تهيه نماييد و نقاط زير را روي آن مشخص کنيد:

نقطه 1) تقاطع بين و : 101.3= gauge + abs

نقطه 2 ) تقاطع بين و : gauge + 101.3 = abs

نقطه s 2) روي خط آنتروپي ثابت از نقطه 1 تا فشار حرکت کنيد.

نقطه 3) تقاطع و (در کندانسور فرآيند فشار ثابت است) .

نقطه 4) روي خط آنتالپي ثابت از نقطه 3 تا دماي حرکت کنيد.

نقاط 4 ، 3 ، 2 ، 1 و همچنين 4 ، 3 و s 2 را به هم متصل نماييد.

فرآيند 3-2 :

در اين فرآيند ابتدا بخارSuper Heat و سپس به ترتيب تقطير و sub cooled مي‌شود. در اينجا مقدار گرما بر واحد جرم از مبرد به آب منتقل مي‌شود که اين خروجي قابل استفاده پمپ حرارتي است.

فرآيند 4-3 :

فرآيند آنتالپي ثابت است البته بدليل انتقال حرارت در شير انبساط ، مقدار کمي بيشتر از مقدار است که از اين تفاوت صرف‌نظر مي‌نماييم. در فرآيند انبساط (4-3) R12 از مايع فشار بالا تبديل به مايع اشباع فشار پايين با درصدي از بخار مي‌شود.

فرآيند 1-4 :

با انتقال حرارت از محيط به R12 در اوپراتور ، آنتالپي R12 از بهتبديل مي‌شود و سوپرهيت (فوق داغ) مي‌گردد. حرارت تبادل شده (بر واحد جرم) مساوي است. دقت کنيد که افت فشار در لوله‌ها ومسير اواپراتور وجود دارد ، در ادامه به عنوان يکي از خواسته‌هاي آزمايش از شما خواسته مي‌شود ميزان اين افت فشار را به دست آوريد.

خواسته‌ها:

- بر روي يک کپي از منحني P-h‌ نقاط مربوط به عملکرد سيکل را مشخص نماييد و آن را با سيکل ايده‌آلي که بين فشار کندانسور و اواپراتور سيکل واقعي کار مي‌کند ، مقايسه نماييد ، علت اختلاف‌هاي موجود را توضيح دهيد.

- تغييرات فشار در طول اواپراتور را در صورت وجود مشخص نماييد ، علت آن را توضيح دهيد.

ديگ مارست

TE01

 

1 - مقدمه :

هدف از كار با اين دستگاه بررسي تبديل حالت مايع به بخار (تغيير فاز) و كاربرد معادله كلاپرون است.

2 – تئوري :

اگر مايعي را در فشار ثابت حرارت دهيم حجم آن به مقدار ناچيز و دماي آن به شدت تغيير مي‌كند و در دماي معيني (ts = دماي جوش) درجه حرارت ثابت مانده ولي تغييرات حجم شديد مي‌شود تا اينكه تمام مايع داخل ظرف تبديل به بخار گردد. سپس در اثر ادامه حرارت دما و حجم هر دو تغيير خواهند كرد. دياگرام TVPV, TS, .

در شكل (1) و (2) فاصله AB را مايع سرد يا كمپرس شده نامند. نقطه B شروع جوش و C پايان جوش است. فاصله BC را بخار مرطوب (اشباع) و فاصله CD را بخار داغ نامند ‍C معرف بخار خشك (اشباع) و نقطه B معرف آّب‌جوش است دماي جوش (ts)تابع فشار آزمايش (Ps)است. و با افزايش فشار (Ps)دماي جوش افزايش مي‌يابد.

مشخصات مختلف مايع و بخار در جداول موجود است (جداول A.Iدر وان وايلن) فقط براي محاسبه مشخصات ناحيه دو فازي (BC)بايد از رابطه استفاده نمود (براي كسب اطلاعات بيشتر به كتاب وان وايلن فصل سوم و فصل دهم مراجعه شود).

بطور كلي منظور از اين آزمايش بدست آوردن مقادير عملي و مقايسه آن با مقاديري است كه در جداول كتب ترموديناميك موجود است اين مقادير عبارتند از ts=f(Ps) و گرماي نهان تبخير (hfg)و تغييرات آنتروپي (Sfg) براي مشخص نمودن فازهاي مختلف ماده مي‌توان از دياگرام مقابل استفاده كرد.

3- وسايل آماده كردن دستگاه براي آزمايش :

مخزن صلب فولادي _ فشارسنج _ ترمومتر _ شير اطمينان.

انرژي الكتريكي دستگاه توسط يك كليد از برق شهر با فركانس 50Hz و يك فاز تامين مي‌شود. المان گرم‌كننده داراي قدرت 2Kw است جريان برق 220 تا 240 ولت توسط يك كابل مقاوم 10 آمپر صورت مي‌گيرد.

4- ديگ مارست :

ديگ مارست مخزني است استوانه‌اي به حجم 4 ليتر با ضخامت ورق زياد تا بتواند در فشارهاي بالا مقاومت كند بدنه ديگ با ورق آهن نازك پوشيده شده در نتيجه فاصله هوائي ايجاد شده كه يك نوع عايق مي‌باشد اين ديگ داراي يك فشارسنج ، بالاي ديگ مي‌باشد ، كه فشار مخزن را نشان مي دهد. يك بوشن مهره‌دار درون ديگ رفته و انتهاي بوشن بسته است. درون بوشن پر شده از روغن معمولي (تا فاصله هوائي كه بين ترمومتر و بوشن وجود دارد توسط روغن از بين برده شود). حدود ديگ پر از آب مي‌باشد و خالي است براي پر كردن ديگ از آب مقطر ابتدا مهره بوشن را بسته و دورن بوشن روغن اضافه كرده و ترمومتر را سر جاي خود قرار مي‌دهيم.

 

(شير حدود از بالاي ديگ نصب شده كه آب اضافه از طريق شير خارج مي‌شود. هميشه فضاي ديگ بدون آب مي‌باشد).

5 - روش آزمايش :

در حاليكه مخزن حاوي مقدار معيني آب است شير را باز كرده و هيتر را روشن مي‌كنيم تا اينكه در اثر حرارت آب داخل ديگ به جوش آيد ، آنگاه شير را بسته و كرنومتر را بكار مي‌اندازيم در جدول مناسبي به‌ازاء تغييرات هر 1bar فشار ، دما و زمان مربوط را يادداشت كرده تا اينكه فشار به 10bar برسد آنگاه هيتر را خاموش نموده كه در نتيجه فشار و دما كاهش مي‌يابند مجددا" تغييرات دما را بر حسب هر 1bar كاهش فشار و زمان يادداشت مي‌كنيم.

6- خواسته‌ها :

1- ميانگين دماي رفت و برگشت را به‌ازاء فشارهاي مختلف بدست آورده و در دياگرام ts=f(Ps)منحني تغييراتدماي رفت – دماي برگشت – دماي تئوري (از كتاب وان ويلن) را رسم نمائيد.

2 – منحني را به‌ازاء فشارهاي مختلف براي دماي ميانگين و دماي تئوري رسم نمائيد.

3 – گرماي نهان تبخير hfgو تغييرات آنتروپيرا در ناحيه دو فازي (بخار مرطوب) به كمك معادلةكلاپرون (فصل ده وان وايلن) يعني از رابطه بدست اوريد.

(Vg-Vf=Vfg را مي‌توان به‌ازاء دماي دلخواه از جدول 1.1A وان وايلن بدست آورد).

رسم منحني hfgو Sfgبه‌ازاء فشارهاي مختلف براي مقادير بدست آمده از آزمايش و مقاديري كه به كمك رابطة كلاپيرون از جدول بدست مي‌آيد.

4- محاسبه دماي جوش به كمك معادله كلاپرون به‌ازاء فشارهاي مختلف و مقايسه آن با مقادير تئوري.

(رسم منحني ts=f(Ps) که توسط معادله کلاپرون بدست‌آمده و مقايسه آن با منحني تئوري)

5- معادله براي P(S)=f(ts) که با اعداد بدست آمده در آزمايش مطابقت داشته باشد پيشنهاد کنيد.

6- ذکر منابع خطا و تاثير آنها بر روي نتايج آزمايش بيان کنيد.

7- بحث و نتيجه‌گيري کامل از نمودارهاي فوق.

8- رسم تحول طي شده از ابتدا تا انتهاي آزمايش در دياگرام PV و تاثير بستن شير زودتر يا ديرتر از زمان مورد‌نظز.

9- منحني تغييرات درجه حرارات و فشار بر حسب زمان.

7- سئوالات :

1. علت حلقوي بودن لوله ارتباطي فشارسنج به ديگ ؟
2. دليل تخليه بخار از ديگ قبل از انجام آزمايش ؟
3. هنگاميکه فشار ديگ به ماکزيمم خود رسيد و آن‌را خاموش گرديد مشاهده مي‌شود که براي زمان کوتاهي فشار ثابت يا کم شده ولي دما افزايش مي‌يابد علت اين پديده را بيان کنيد ؟
4. آيا بدنه ديگ عايق است يا خير ، چرا ؟
5. آيا در طول آزمايش پديده جوش رخ مي‌دهد يا خير ؟
6. بيان علت حلقوي بودن لوله مسير اتصال فشارسنج به ديگ ؟
7. بحث در مورد تاثيرات دماي اوليه آب روي نتايج آزمايش ؟
8. چگونه مي‌توان اطمينان يافت که آب ديگ به‌جوش آمده است ؟
9. بررسي نوع تحويل در ديگ ؟

1. آيا بدنه ديگ عايق شده است يا خير ، چرا ؟
2. آيا در طول آزمايش پديده جوش رخ مي‌دهد يا خير ، چرا ؟
3. تغييرات حجم آب داخل ديگ در مرحله برگشت به چه صورتي است ؟
4. علت اختلاف در فاصله درجه‌بندي بين صفر تا يک يا ساير مقياس در فشارسنج چيست ؟
5. علت بالا واقع شدن منحني دما نسبت به فشار در مرحله رفت نسبت به برگشت چيست ؟
6. آيا هر دو منحني رفت و برگشت (دما نسبت به فشار) که در آزمايشگاه بدست آورده‌ايم زير منحني تئوريک قرار مي‌گيرند ، چرا ؟
7. همانطور که ملاظه گرديد فاصله زماني طي شده در هنگام تغييرات فشار متفاوت است توضيح دهيد ؟
8. به چند طريق مي‌توان شيب منحني T بر حسب (dt.dp)pرا بدست آورده کداميک از طرق پيشنهادي دقيق‌تر است ، چرا ؟
9. Vg را چگونه محاسبه مي‌کنيم و تا چه حد مرتکب خطا مي‌شويم علل آن‌را شرح دهيد ؟
10. چند نمونه از کاربرد (تئوريک و عملي) رابطه کلاپيرون را بنويسيد ؟
11. پديده جوش را تعريف کنيد. دماي اشباع و فشار اشباع را تعريف کنيد ؟
12. آيا ترموتر تهيه شده بر روي ديگ دماي واقعي را نشان مي‌دهد ؟
13. فشارسنج فشار چه نقطه‌اي را نشان مي‌دهد ؟
14. آيا به کمک دو مشخصه فشار و دما مي‌توان حالت يک ماده خالص را معين نمود ؟
15. آيا ماده مورد آزمايش خالص بود ؟ (چرا بايد ماده مورد آزمايش باشد).
16. دليل تخليه هوا را قبل از شروع آزمايش بيان کنيد.
17. منحني‌هاي بدست آمده از نتايج آزمايش را با منحني‌هاي بدست آمده از طريق اطلاعات جدول مقايسه کنيد.
18. منابع احتمالي خطا را بررسي کنيد.
19. خواص مايع و بخارش را با توجه به اين آزمايش مورد بحث قرار داده و نمونه صنعتي و عملي که در آنها موثر است بيان کنيد.

تمرين :

1- گرماي نهان تبخير بخار آب را در دماي 25Cº به کمک معادله کلاپرون بدست آوريد.

حل :‌

به کمک جدول بخار آب به ازاء 25Cºt= مقادير مربوطه

	KP ‚

عبارتند از :

که در مقايسه با مقدار تئوري از جدول hfg th =2442 مقدار 0.4درصد اختلاف دارد.

2- مطلوب است فشار تصعيد بخار آب در دماي -60Cº

حل : در جدول بخار فشار تصعيد فقط تا دماي -40Cº داده شده است. در اين دما مشخصات عبارتند از :

گرماي نهان تصعيد hig=2838.9 و Ps=0.0129 KPاگر R=0.461باشد.

از رابطه دوم کلاپرون براي فشارهاي کم :‌

3- بررسي معادله کلاپرون

معادله کلاپرون در چه مواردي داراي جوابهاي نسبتا صحيح بوده و در چه مواردي جوابهايش دقيق نيست.

آزمايش ديگ مارست

 

محيط فشار محيط تاريخ :‌

شيب محاسبه شده TVg/hfg	شيب اندازه‌گيري شده dT/dp				فشارمطلق (bar)	فشار نسبي (bar)
						1
						2
						3
						4
						5
						6
						7
						8
						9
						10
						11
						12

 

ادامه ...

تهیه شده توسط سایت فایلکده برتر