МИНОБРНАУКИ РОСССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТУРИЗМА И СЕРВИСА»

ФГОУВПО «РГУТиС»

Факультет______________________сервиса_________________________

(название факультета)

Кафедра__________________«Бытовая техника»_____________________

(название кафедры)

УТВЕРЖДАЮ

Проректор,

к.и.н., доцент

_____________Юрчикова Е.В.

«____»_____________2011 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Дисциплина СД.02 «Теоретические процессы бытовых машин и приборов»

(название дисциплины)

Специальность 150408.65 «Бытовые машины и приборы»

(название специальности)

Москва 2011 г.

Методические указания по выполнению лабораторных работ составлены на основании рабочей программы дисциплины СД.02

«Теоретические процессы бытовых машин и приборов»

Методические указания по выполнению лабораторных работ рассмотрены и утверждены на заседании кафедры «Бытовая техника»

Протокол №_4_ «28» _марта_2011 г.

Зав. кафедрой

к.т.н., доцент ____________Сумзина Л.В.

Методические указания по выполнению лабораторных работ рекомендованы Научно-методической секцией Факультета сервиса

Протокол №_9_ «26» _апреля_2011 г.

Председатель

Научно-методической секции

к.т.н., доцент __________Сумзина Л.В.

Методические указания по выполнению лабораторных работ одобрены Научно-методическим советом ФГОУВПО «РГУТиС»

Протокол №_____ «_____»______________________2011 г.

Ученый секретарь

Научно-методического совета

к.с.н. _____________Артамонова М. В.

Методические указания по выполнению лабораторных работ разработали:

преподаватели кафедры «Бытовая техника»

к.т.н., доцент _________________Сумзина Л.В.

ст. преподаватель _________________Кочетков А.С.

№ лабора-торной работы	Название лабораторной работы	Количество часов	Приме-чание
	Исследование процесса теплопередачи через теплоизоляцию бытовых холодильников.	6
	Исследование процесса теплопроводности в трубопроводах бытовых холодильников при течении жидкого и парообразного холодильного агента	4
	Исследование процесса теплообмена при кипении холодильного агента в испарителе бытового холодильника	4
	Исследование процесса теплообмена при конденсации холодильного агента в конденсаторе бытового холодильника	4
	Исследование теоретического цикла холодильной машины с регулирующим вентилем и регенеративным теплообменником	4
	Исследование теоретических циклов холодильных агрегатов бытовых компрессионных холодильников	8
	Теоретический цикл бытового абсорбционного холодильника в i -  диаграмме	8
	Процессы перемещения изделий из тканей во вращающемся барабане бытовой стиральной машины	9
	Требования к студентам по оформлению лабораторных работ Отчет по работе должен содержать: 1 Название, цель и задачи работы 2 Перечень оборудования и измерительных приборов 3 Краткое описание методики измерений и расчетов 4 Таблицу результатов измерений 5 Расчеты требуемых величин 6 Таблицу результатов вычислений 7 Выводы
	Литература: 1. Китаев, Юрий Васильевич. Теория процессов в бытовых машинах и приборах: учеб. пособие. М-во образования Рос. Федерации, Тул. гос. ун-т. Тула: Тул. гос. ун-т, 2000 2. Стефанов Е. В. Вентиляция и кондиционирование воздуха. М.: Авок Северо-Запад, 2005 3. Набережных А.И., Ярабаев В.В. Бытовые приборы времени: Учеб. пособие. – М.: Альфа-М:Инфра-М, 2008

Лабораторная работа №1

«Исследование процесса теплопередачи через теплоизоляцию бытовых холодильников»

1. Цель и задачи лабораторной работы

1.1. Ознакомиться с конструктивными особенностями шкафа двухкамерного холодильника «Минск-22».

1.2. Изучить методы расчета коэффициентов теплопередачи теплопередающих поверхностей бытового холодильника.

1.3. Освоить методику и приобрести исследовательские навыки по измерению температуры с помощью измерителя – регулятора универсального ТРМ 138.

1.4. Произвести расчеты коэффициентов теплопередачи и теплопритоков из окружающей среды для холодильника «Минск-22».

2. Оборудование и измерительные приборы

Контрольно-измерительный комплекс предназначен для определения следующих параметров качества компрессионных холодильников:

• измерения температуры воздуха в шкафу и в основных термодинамических точках холодильного агрегата;

• потребляемой компрессором мощности и силы тока;

• давления на стороне всасывания и нагнетания.

2.1. В качестве датчиков температуры применены хромель-копелевые термопары, показания которых автоматически регистрируются универсальным восьмиканальным измерителем – ТРМ 138. Интервал измеряемых температур: от -50 С до 300 С. Запись температур – дискретная, через 5 или 20 секунд.

2.2. Измерительный комплекс К-505, позволяет измерять подаваемое напряжение, потребляемую компрессором мощность и силу тока. В электрической схеме стенда установлен ЛАТР, позволяющий корректировать величину подаваемого напряжения.

3. Методика расчета теплопритоков из окружающей среды в шкаф бытовых холодильников

При проведении теплового расчета холодильных машин бытового назначения общую тепловую нагрузку (Q) разбивают на ряд составляющих: теплопритоки из окружающей среды через стены и теплоизоляцию (Q_ос), теплопритоки от воздухообмена (Q_пр), дополнительные теплопритоки (Q_д).

Q

(1)

= Q_ос + Q_в + Q_пр + Q_д

Теплопритоки из окружающей среды составляют значительную часть общей тепловой нагрузки холодильной установки. Тепловой поток из окружающего воздуха постоянно проникает в камеры холодильника за счет теплопроводности.

К оличество теплоты, передаваемой через поверхности наружного, внутреннего шкафа и слой теплоизоляции в камеры холодильника (Q_1i), является функцией трех факторов: коэффициента теплопередачи (К_i), площади соответствующей наружной поверхности (F_i) и разности температур окружающего воздуха и воздуха внутри соответствующей камеры (t_i):

(2)

где n – количество теплопередающих поверхностей холодильной установки.

(3)

Расчет коэффициента теплопередачи производится по формуле (4):

(4)

где

α1i, α5i	-	коэффициенты теплоотдачи соответственно внешней и внутренней стенки i-ой теплопередающей поверхности;
δ2i, δ4i	-	толщина стенки соответственно наружного и внутреннего шкафа холодильника;
λ2i, λ4i	-	коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлен наружный и внутренний шкаф холодильника;
δ3i	-	толщина слоя теплоизоляционного материала;
λ3i	-	коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала.

Знаменатель формулы (4) представляет собой сумму термических сопротивлений плоской многослойной стенки, включая сопротивление тонкого слоя воздух, непосредственно прилегающего к наружной и внутренней поверхности. Термическое сопротивление отдельного материала равно отношению δ/λ, а сопротивление слоя воздуха на обеих сторонах теплопередающей поверхности представляет собой отношение 1/α.

Расчет термических сопротивлений стен наружного и внутреннего шкафа холодильника производится с учетом теплофизических свойств материалов, из которого они изготовлены.

Наружные шкафы бытовых холодильников изготавливают в основном из листовой стали толщиной 0,8…1 мм. Двери наружных шкафов изготавливаются из стального листа толщиной 0,8 мм. Коэффициент теплопроводности для стали в расчетах можно принять равным 20 Вт/мК, для полистирола – 0,038 Вт/мК.

Внутренние шкафы холодильников в настоящее время изготавливают в основном из ударопрочного полистирола методом вакуумного формования, толщина листа составляет 2…3 мм, коэффициент теплопроводности – 0,0038 Вт/мК. В некоторых моделях бытовых холодильников применяют металлические внутренние шкафы из стального листа толщиной 0,7…0,9 мм.

Термическое сопротивление изоляции рассчитывается на основе заданной толщины слоя теплоизоляции соответствующей теплопередающей поверхности и свойств применяемого теплоизоляционного материала. В качестве теплоизоляционного материала наиболее широко применяется пенополиуретан с коэффициентом теплопроводности, равным 0,029…0,035 Вт/мК.

Расчет коэффициентов теплоотдачи наружных и внутренних стенок теплопередающих поверхностей холодильника производится на основе уравнения теплового баланса:

(5)

где

t1i	-	температура окружающего воздуха на расстоянии 5…10 мм от i-ой теплопередающей поверхности;
t1i	-	температура наружной стенки i-ой теплопередающей поверхности;
t5i	-	температура воздуха внутри соответствующей камеры на расстоянии 5…10 мм от внутренней стенки i-ой поверхности;
t5i	-	температура внутренней стенки i-ой теплопередающей поверхности;
qi	-	плотность теплового потока через i-ую теплопередающую поверхность.

Рис. 1 – Схема для расчета теплопритоков из окружающей среды через i-ю теплопередающую поверхность в шкаф бытового холодильника:

1. – слой окружающего наружного воздуха, прилегающего к i-й теплопередающей поверхности;

2. – наружная металлическая обечайка холодильника;

3. – слой теплоизоляции;

4. – внутренний шкаф холодильника;

5. – слой воздуха внутри камеры, прилегающей к i-й теплопередающей поверхности.

При проведении экспериментальной части работы измеряется температура окружающей среды t_ос, температуры наружных и внутренних стенок шкафа t_1i и t_5i, а также температуры воздуха в геометрическом центре низкотемпературной и холодильной камер холодильника t_нтк и t_хк.

При проведении расчетов температура t_1i принимается равной заданной температуре окружающей среды (t_ос), для большинства теплопередающих поверхностей бытового холодильника.

В случае расположения конденсатора вдоль задней стенки холодильника при применении естественной циркуляции охлажденного воздуха в камерах значение температуры t_1i для данной поверхности следует принимать, в среднем, на 3 градуса выше значения t_ос.

Для компрессионного отделения принимаемое значение t_1i, в среднем на 4 градуса выше температуры окружающей среды. При расчетах поверхности дна холодильника температура t_1i задается на 3…4 градуса выше температуры t_ос.

Значение температуры воздуха внутри соответствующей камеры t_5i при расчетах большинства теплопередающих поверхностей принимается равным измеренным температурам внутри соответствующих камер (t_нтк, t_хк). Для задней стенки холодильной камеры значение t_5i принимается на 1,5…2 градуса ниже температуры t_хк. Для поверхности двери холодильной камеры t_5i принимается на 1,5 градуса выше t_хк. Для поверхностей компрессионного отделения и дна холодильной камеры значение t_5i на 2 градуса выше температуры t_хк.

После измерения температур t_1i и t_5i, по уравнению теплового баланса (5) рассчитывается плотность теплового потока i-ой теплопередающей поверхности:

(6)

Значения коэффициентов теплоотдачи наружной и внутренней стенок i-ой теплопередающей поверхности также вычисляется из уравнения теплового баланса:

(7)

На основе полученных значений коэффициентов теплоотдачи α_1i, α_5i с помощью уравнения (4) рассчитываются значения коэффициента теплопередачи для i-ой поверхности К_i.

Площади наружных стенок теплопередающих поверхностей F_i в уравнении (3) вычисляются после измерения геометрических размеров теплопередающих поверхностей наружного шкафа холодильника.

Значения разности температур t_i в уравнении (3) определяются по соотношению (8):



(8)

t_i = t_1i – t_5i

После вычисления составляющих уравнения (3) рассчитываются значения теплопритоков Q_осi для каждой теплопередающей поверхности холодильника и по соотношению (2) определяется суммарные теплопритоки Q_ос из окружающей среды.