Исследование процессов в рабочих веществах энергетики

Знание термодинамических свойств рабочих веществ энергетики и холодильной техники необходимо при проектировании различных энергетических установок и агрегатов, применяемых в теплотехнике. Лабораторные исследования, проводимые студентами в лаборатории технической термодинамики, обеспечивают возможность овладевания ими основными исследовательскими навыками измерений термодинамических параметров и функций рабочих веществ энергетики. К таким веществам в первую очередь следует отнести идеальные газы, в частности воздух, воду и водяной пар, а также фреоны. В настоящей главе представлены лабораторные работы, обеспечивающие проведение таких исследований, а также их виртуальные аналоги с использованием компьютерных моделей.

Лабораторные стенды оснащены современным измерительным оборудованием, используемым в практических измерениях в промышленности и лабораторной практике.

5.1 Исследование процесса изотермического сжатия гексафторида серы

Назначение работы

Целью работы является изучение процесса изотермического сжатия реального газа на примере гексафторида серы (SF₆). Работа может быть выполнена, как на лабораторном стенде в лаборатории технической термодинамики, так и в виртуальном варианте, устанавливаемом в электронной таблице Excel 2010 ÷ 2016.

По результатам проведённых измерений, включающих две изотермы с температурами: А) ниже критической; Б) выше критической, согласно описанию работы, необходимо провести графическую и аналитическую обработку экспериментальных данных.

Таблица 5.1.1

Термодинамические свойства sf6

Хим. Фор-мула	Молярная масса µ, кг/кмоль	Темпера-тура нормально-го кипения, °С	Критичес-кая температура (Тс), К	Критичес-кое давление (рс), Па	Критичес-кий Объём м3/кг
SF6	146,06	-68,25	318,72	3,755·106	1,347·10-3

Экспериментальный стенд

На рис. 5.1.1 изображена общая схема экспериментальной установки.

Рис. 5.1.1. Схема экспериментальной установки
Маховик вращения винта Перемещающий винт Гайка винтовой пары Плунжер Термостатирующий блок	Смотровой участок Термостатирующая колба Датчик давления ОВЕН Микропроцессорный измеритель-регулятор ОВЕН

В исходном состоянии (перегретый пар) исследуемое вещество находится внутри цилиндрической части медного термостатирующего блока (5) и внутри смотрового участка (6), составляющих рабочий объём, а также внутри датчика давления (8) и капиллярных коммуникаций, составляющих балластный объём.

Для обеспечения плавного изменения объёма исследуемого вещества служит плунжер (4), вводимый в цилиндр по широкоходовой посадке через уплотнение. Перемещение плунжера обеспечивается винтовым механизмом (2,3), вращением маховика (1). При достижении объёма рабочего вещества, соответствующего началу фазового перехода, внутри смотрового участка, представляющего собой стеклянную трубку, начинает выпадать жидкая фаза, наблюдаемая студентами, выполняющими работу. Смотровой участок помещён в прозрачную колбу (7) с термостатирующей жидкостью (водой).

Термостатирование смотрового участка (7) и медного блока (5) обеспечивается внешним жидкостным термостатом. Для измерения давления в исследуемой среде использован датчик давления ПД-100 ОВЕН (8), работающий в комплекте с микропроцессорным измерителем-регулятором ТРМ-202 ОВЕН (9). Одновременно второй индикатор ТРМ-202 показывает температуру в термостатирующем блоке.

Каждый лабораторный стенд заправлен индивидуальной массой вещества. В виртуальных работах также в каждой программе-симуляторе указана своя заправочная масса.