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文檔簡介

1、I低溫魏源Qd件功實驗五模擬電冰箱制冷系數(shù)的測實驗目的1、培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際,學用結(jié)合的實際工作能力;2、學習電冰箱的制冷原理,加深對熱學基本知識的理解;3、測定電冰箱的制冷系數(shù)。1、電冰箱制冷的理論基礎(chǔ)二、電冰箱的制冷原理熱力學第二定律的克勞修斯說法是:不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起外界的變化。因此,只能通過某種逆向熱力學循環(huán), 外界對系統(tǒng)作一定的功,使熱量從低溫物體(冷 端)傳到高溫物體(熱端),如圖5 l所示。Q是系統(tǒng)向高溫熱源放出的熱量,Q是系統(tǒng)從低溫熱源吸收的熱量,W是外界對系統(tǒng)所做的功,那么:(5-1)Q=Q-W電冰箱就是通過逆向熱力學循環(huán)對循環(huán)系統(tǒng)冷端的利用,稱為制

2、冷機。2、制冷的方式制冷可利用熔解熱、升華熱、蒸發(fā)熱、珀爾貼效應等方式。電冰箱則是用氟里昂作制冷劑,當液體氟里昂在蒸發(fā)器里大量蒸發(fā)(實際是沸騰,但在制冷技術(shù)中習慣稱為蒸發(fā))時,帶走低溫處的熱量,從而達到制冷的目的。因此,電冰箱是一種利用蒸發(fā)熱方式制冷的機器。Wg3、制冷劑氟里昂 氟里昂是飽和* 碳氫化合物的氟、氯、溴衍生物的統(tǒng)稱。本實驗中使用的氟里昂12的分子式為CCLF2,國際統(tǒng)一符號為 R12。R12無色、無 味、無臭、無毒、對金屬材料無腐蝕性。當氟里昂容積濃度不超過10%左右時,人沒有任何不適的感覺,但當氟里昂容積濃度達到80%人有窒息的危險。R12不燃燒、R12的幾個有關(guān)參數(shù)如下:不爆

3、炸,但其蒸汽遇到800C以上的明火時,會分解產(chǎn)生對人體有害的毒氣。沸點(latm)-29.8 C凝固點(latm) -155 C臨界溫度112C臨界壓力4.06 Mpa其P-V圖如圖5-2所示。從圖5-2中可見,真實氣體的等溫線并非都是等軸雙曲線。如在Im部分,真實氣體的等溫線與理想氣體的等溫線相似;在m點氣體開始液化,在 m至n點這段氣體的液化過程中,氣體體積雖在減少,4、真實氣體的等溫線制冷劑在循環(huán)過程中的狀態(tài)變化,遵循真實氣體的狀態(tài)變化規(guī)律,但氣體壓力保持不變,因此該過程是等壓過程,我們稱其壓力為飽和蒸汽壓;至n點氣體完全液化。等溫線的mn部分為飽和蒸汽和飽和液體共存的范圍,但在no部分

4、,曲線幾乎與壓力軸平行,這反映了液體的不易壓縮性。隨著溫度的升高,氣液體共存狀態(tài)的范圍從mn線段縮小為溫度繼續(xù)升高,等溫線的平直部分縮成一點,在 PV圖上出現(xiàn)一個拐點m n線段,而飽和蒸汽壓增高。K,稱臨界點。通過臨界點的等溫線稱臨界等溫線。在臨界等溫線以上,壓力無論怎樣加大,氣體不可能再液化。在p-V圖上,不同等溫線上開始液化和液化終了的各點可以連成曲線nK線稱溫飽和液體線,以干度 X=0表示。曲線mK的右邊完全是氣體狀態(tài),mKn曲線nK的左邊完全是液體, mK線稱干飽和蒸汽線,以干度X=1表示(干度X表示氣液體共存區(qū)里飽和蒸汽所占的比例。例如干度X=0.3時,表示飽和蒸汽占30%飽和液體占

5、70%。電冰箱的制冷循環(huán)如圖 5 3、圖54所示,其中圖53為循環(huán)示意圖, 圖54表示在PV圖上的制冷循環(huán)過程。5、電冰箱的制冷循環(huán)圖電冰箱的制冷循環(huán)主要有四個過程:壓縮機壓縮R12蒸汽,使它的壓力由低增高成高溫高壓蒸汽;冷凝器(散熱器)使高溫高壓蒸汽放熱冷凝為中溫高壓液體;毛細管使中溫高壓液體節(jié)流膨脹為低溫低壓汽液混合體,并不斷供向蒸發(fā)器;蒸發(fā)器使R12液體吸熱成低溫低壓蒸汽,從而達到制冷循環(huán)的目的。四個過程的具體情況如下:(I)壓縮過程(絕熱過程)在壓縮過程中,由于壓縮機活塞的運動速度很快,可近似地將此過程看作是與外界沒有熱量交換的絕熱壓縮。在P-V圖中為一條絕熱線。絕熱線下的面積即為壓縮

6、機對系統(tǒng)所做的功W(2)冷凝過程(等壓過程)從壓縮機排出的制冷劑剛進入冷凝器時是過熱蒸汽,它被空氣冷卻成干飽和蒸汽,并進一步冷卻成中溫飽和液體,再進一步冷卻成過冷液體。一般情況下,進入毛細管之前的制 冷劑是過冷液體,這是等壓過程,為冷疑壓力Pi,在P-V圖中為一條水平線,在此過程中制冷劑放出熱量.(3) 減壓過程(絕熱過程)制冷劑通過毛細管狹窄的通路時,由于摩擦和紊流,在流動方向產(chǎn)生壓力下降,此即焦耳一湯姆孫節(jié)流過程,在P-V圖中為一條絕熱線。(4)蒸發(fā)過程(等壓過程)從毛細管出口經(jīng)過蒸發(fā)器進入壓縮機吸入口為止的制冷劑,狀態(tài)盡管有在P-V圖中為一條水平線,變化,其壓力是不變的,都是蒸發(fā)壓力P2

7、 o進入蒸發(fā)器的制冷劑是汽液混合體,制冷劑在通過蒸發(fā)器的過程中從周圍吸收熱量, 蒸發(fā)成干飽和蒸汽, 再進一步成過熱蒸汽被壓縮機吸入,在此過程中制冷劑吸收熱量Qo以上四個過程,構(gòu)成電冰箱的制冷循環(huán)過程。6、制冷系數(shù)根據(jù)熱力學第二定律,制冷機的制冷系數(shù)為:(5-2)從上式可以看出,壓縮機對系統(tǒng)所作的功W越小,自低溫熱源吸取的熱量Q越多,則制冷系數(shù)越大,系統(tǒng)工作越經(jīng)濟。制冷系數(shù)是反映制冷機制冷特性的一個參數(shù),它可以大于1,也可以小于1 o如把制冷機看作逆向卡諾循環(huán)機,則制冷系數(shù)為:JL =石(5-3)由此式可見,Ti、T2越接近,即冷凍室的溫度與室溫越接近時,制冷系數(shù)的功率,可以從低溫熱源吸取較多的

8、熱量,從而獲得較好的制冷效果。當冰箱里沒有需要深度冷凍的物品越大,也就是說消耗同樣時,不必將冷凍室的溫度調(diào)得很低,一般保持在-5 C左右即可,這樣可以省電。s25?三、實驗裝置本實驗所用的裝置主要有:模擬電冰箱制冷系數(shù)測定裝置(MB- W型),功率因數(shù)表。學生可以根據(jù)圖55所示實驗裝置了解上述電冰箱的制冷原理,對照實物,搞清實驗中裝置各部分的作用。l、冷凍室其組成是在杜瓦瓶中盛三分之二深度的含水酒精作冷凍物;用蛇形管蒸發(fā)制冷劑吸熱;用加熱器平衡制冷劑蒸發(fā)時的吸熱,并用馬達帶動攪拌器使冷凍室內(nèi)溫度均勻。溫度計to用于讀出冷凍室內(nèi)含水酒精的溫度,以判定冷凍室是否已達到了熱平衡。2、冷凝器即散熱器,

9、在實驗裝置的背后,接 -冷凝汽入口 B和冷凝器出口 E。3、干燥管和毛細管干燥管內(nèi)裝有吸濕劑,用于濾除制冷劑中可能存在的微量水分和雜質(zhì),防止在毛細管中產(chǎn)生冰堵塞或臟堵塞。內(nèi)徑小于0.2毫米的毛細管用于制冷劑節(jié)流膨脹,產(chǎn)生焦耳一湯姆孫效應。4、壓縮機和電流表壓縮機壓縮制冷劑使其壓力由低變高。電流表用于監(jiān)測壓縮機的工作電流,當電流大于1安培時,制冷系統(tǒng)可能有堵塞情況發(fā)生。電流表后裝有通電延時器,以防壓縮機啟動時電流過載。小型電冰箱壓縮機的內(nèi)部包括壓縮機和電動機兩部分,由電動機拖動壓縮機做功。 電動機因種種損耗,n電-0.8 ;壓縮機也因種種損耗,用于壓縮汽體輸向壓縮機的功率小于輸入電動機的電功率P

10、電,其效率的功率小于電動機輸向壓縮機的功率,其效率n壓-0.65。因此壓縮機對制冷劑作功的功率P(簡稱壓縮機功率)。P= n P電=n電n壓P電=0.52P電55圖 5 65、接線柱 I 、U、* 和調(diào)壓變壓器加、U加、接線柱共兩組,I加、U加、*組用于接測量加熱功率的功率計:I電、U電、 *組用于接測量壓縮機電功率的功率計。 如不用功率計測量,也可用交流電流表 (串接在 I 、 *接線柱間)或交流電壓表 (I 、 * 接線柱短接 ),但事前需作出電流功率或電壓功率定標曲線。實驗時根據(jù)測得的電 流值或電壓值,查得實際的功率值。調(diào)壓變壓器用于調(diào)節(jié)加熱器電壓 U,以改變加熱功率。6、開關(guān)K為壓縮機

11、電源開關(guān),K2為加熱器電源開關(guān)。四、實驗內(nèi)容1、對照講義和實物,認清儀器的各個部分,搞清楚它們的作用。2、連接功率因數(shù)表,方法如下:功率因數(shù)表后面有六個接線插孔,分別標為左邊上、中、下和右邊上、中、下。旋下主機中部下方的 6 個功率測量接線柱旋鈕,去掉連接上、中接線柱的導線,按上、中、下的順序分別與功率因數(shù)表的對應孔相接,如圖 5 6。3 、合上右側(cè)制冷開關(guān),冰箱壓縮機組開始工作。觀察壓縮機的電壓、電流是否正常(正常電壓約220V,正常電流約1A),工作正常后高壓壓力表讀數(shù)應逐漸上升至0.9MPa左右,低壓壓力表讀數(shù)一般小于0.1MPa。4 、先將加熱器的調(diào)壓變壓器手柄逆時針旋到底,即輸出電壓

12、為0 伏,再合上左側(cè)電源開關(guān)。能聽到電動攪拌器開始工作,冷凍室伴有輕微振動。同時,數(shù)顯溫控儀也開始工作,連續(xù)測量顯示冷凍室溫度,精度為0.1 Co (可設(shè)定溫控上限,加熱時一旦超限會自動斷開加熱器電源,以保安全。)5、測量制冷系數(shù):制冷數(shù)分鐘后,可觀察到冷凍室溫度逐漸下降。在達到一定溫度后(如0C以下),順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)壓變壓器手柄,開始加熱。調(diào)節(jié)時注意觀察電壓、電流表的指示。加熱后,冷凍室的溫度下降速度開始變慢,改變加熱功率,可使冷凍室溫度在某一個溫度時保持穩(wěn)定不變,此時,加熱器的放熱量與蒸發(fā)器的吸熱量達到平衡(忽略次要因素)。記下此時的冷凍室溫度t、壓縮機電壓V壓、電流I壓、功率因數(shù) n 壓、

13、加熱器電壓V 加、電流 I 加、功率因數(shù) n 加,按下式計算:壓縮機輸入功率P壓=耳壓V壓I壓壓縮機制冷功率P=0.52P 壓因溫度達到平衡,說明蒸發(fā)器吸熱功率等于加熱器發(fā)熱功率,即:Q=P加=n加V加I此溫度下的制冷系數(shù)為改變加熱功率,平衡溫度將發(fā)生變化,可測出下一個溫度下的制冷系數(shù)。一般可間隔4、5度測一個點, 共測4、5個點,作出t曲線。6、取數(shù)據(jù)點的方法有兩種:1 )取等間隔的整數(shù)溫度值,如 0C、-5 C、-10 C此法得到的溫度值整齊美觀,作圖時容易取點。 但實際操作時,要調(diào)加熱功率恰好使溫度穩(wěn)定在某一個整數(shù)比較困難,需反復調(diào)整,很花時間。2)調(diào)整加熱功率,使溫度穩(wěn)定在適當?shù)闹导纯?,不一定取整?shù)和嚴格的等間隔。此法測量速度較快,效果同樣,建議采用。7、分析討論本實驗的系統(tǒng)誤差。五、注意事項1.加熱器絕對不能干燒。2.壓縮機工作時注意經(jīng)常觀察工作電流,正常值為1A左

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