ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ПО ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКЕ
LABORATORY UNIT FOR ENGINEERING THERMODYNAMICS

Лабораторная установка по термодинамике предназначена для проведения учебных занятий по дисциплинам «Техническая термодинамика» и «Теплотехника».
Известна лабораторная установка по термодинамике, содержащая корпус в виде вертикально установленной трубы с установленным в нем электронагревателем, смесителем потока, установленным за нагревателем, автотрансформатором и ваттметром, на корпусе со стороны его внешней поверхности нанесена тепловая изоляция, труба корпуса в средней части и выходной патрубок выполнены сужающимися (патент №2202107, С2, дата приоритета 04.06.2001, дата публикации 10.04.2003, авторы Енютина Т.А. и др., RU БИ №10, 2003).
Недостатком установки является низкая эффективность процесса теплообмена между потоком воздуха и поверхностью электронагревателя вследствие малой площади контакта.
Наиболее близким техническим решением, является лабораторная установка по теплопередаче, у которой вертикальный цилиндрический корпус выполнен из латуни, содержит внутреннюю и наружную трубы, помещенные одна в одну, внутренняя труба открыта с обеих сторон и содержит установленные в нижней части электронагреватель, присоединенный к находящимся снаружи ваттметру и ЛАТРу, в верхней и нижней части установлены нижний и верхний смесители воздуха, нижний и верхний патрубки для ввода термопар (заявка №2006138755/06/042266, прототип).
Недостатком прототипа является невысокая эффективность процесса теплообмена между потоком воздуха и поверхностью нагревателя вследствие малой площади контакта.
Задачей лабораторной установки по технической термодинамике является повышение ее эффективности за счет повышения скорости движения потока воздуха и увеличения разности температур.
Для решения поставленной задачи в лабораторной установке по технической термодинамике, содержащей цилиндрический корпус с днищем, выполненный из латуни и установленный вертикально, внутри которого по оси установлена трубка с верхним сужающимся патрубком, содержащая электронагреватель, смеситель потока и термопару, вне корпуса установлены ЛАТР и ваттметр, согласно изобретению цилиндрический корпус снабжен кольцевой полостью, образованной наружной и внутренней стенками, открытой сверху и заполненной водой с тающим льдом, и краном для выпуска воды, внутренняя трубка выполнена стеклянной с открытой и зауженной нижней частью, установлена на проволочную подставку в основании корпуса, а смеситель потока установлен после электронагревателя и изготовлен из слюды в виде диска с отверстиями.
Данная установка позволяет увеличить скорость движения воздуха за счет создания сначала нисходящего потока, охлажденного у стенок внутренней полости, заполненной водой с тающим льдом, а затем восходящего потока, нагреваемого во внутренней трубе электронагревателем. При этом отпадает необходимость нанесения тепловой изоляции на корпус лабораторной установки. Увеличение расхода потока позволяет повысить точность измерения скорости и уменьшить погрешность опыта. Выполнение внутренней трубки стеклянной позволяет визуально наблюдать термодинамический процесс.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена схема лабораторной установки по технической термодинамике.
Заявленная лабораторная установка по технической термодинамике содержит цилиндрический корпус 1 с днищем, выполненный из латуни и установленный вертикально. Цилиндрический корпус 1 снабжен кольцевой полостью 2, образованной наружной и внутренней стенками цилиндрического корпуса 1, открытой сверху и заполненной водой с тающим льдом, и краном 3 для выпуска воды.
Внутренняя трубка 4 находится в центре цилиндрического корпуса 1. Внутри внутренней трубки 4 смонтирован электронагреватель 5, мощность которого устанавливается ЛАТРом 6 и контролируется ваттметром 7. Внутренняя трубка 4 выполнена стеклянной с открытой и зауженной нижней частью, установлена на проволочную подставку 8 в основании цилиндрического корпуса 1.
Смеситель потока 9 установлен после электронагревателя 5, изготовлен из слюды в виде диска с отверстиями и предназначен для выравнивания температуры воздуха перед измерением с помощью термопары 10. Верхняя часть внутренней трубки 4 имеет суживающийся патрубок 11 для удобства измерения скорости потока электронным анемометром.
Кольцевая полость 2 заполняется водой с тающим льдом и предназначена для создания нисходящего движения воздуха при его охлаждении вблизи холодной стенки кольцевой полости 2. Выпуск воды производится через кран 3.
Установка работает следующим образом.
Кольцевая полость 2 заполняется водой с тающим льдом. Затем включают электронагреватель 5 в сеть и устанавливают требуемую мощность с помощью ЛАТРа 6 и ваттметра 7. Воздух из помещения поступает в установку в пространство между внутренней стеклянной трубкой 4 и кольцевой полостью 2, где охлаждается и движется сверху вниз. Далее поток направляется внутрь внутренней стеклянной трубки 4, где нагревается за счет подвода теплоты от электронагревателя 5, при этом возникает восходящее движение. Воздух проходит через смеситель потока 9, в результате чего температура выравнивается и измеряется термопарой 10. Затем поток выходит через суживающийся патрубок 11 и его скорость определяется электронным анемометром.
Температура окружающего воздуха определяется термометром. Лабораторная установка изготовлена на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» института градостроительства, управления и региональной экономики Сибирского федерального университета и показала следующие преимущества: проста по конструкции, наглядна, экономична, быстро выходит на режим, не требует применения вентилятора и наличия теплоизоляции.