RU2656196C1 - Устройство стендового автоматизированного лабораторного комплекса для изучения политропного процесса и комбинированного теплообмена - Google Patents
Устройство стендового автоматизированного лабораторного комплекса для изучения политропного процесса и комбинированного теплообмена Download PDFInfo
- Publication number
- RU2656196C1 RU2656196C1 RU2017101479A RU2017101479A RU2656196C1 RU 2656196 C1 RU2656196 C1 RU 2656196C1 RU 2017101479 A RU2017101479 A RU 2017101479A RU 2017101479 A RU2017101479 A RU 2017101479A RU 2656196 C1 RU2656196 C1 RU 2656196C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- studying
- combined heat
- pipe
- electric heater
- polytropic process
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 8
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012549 training Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 7
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 description 7
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 238000005511 kinetic theory Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- G09B23/06—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Algebra (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Educational Technology (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к оборудованию, предназначенному для демонстрационно-практического обучения студентов вузов и колледжей. Устройство стендового автоматизированного лабораторного комплекса для изучения политропного процесса и комбинированного теплообмена, содержащее персональный компьютер, к которому подключены монитор, звуковые колонки, блок аналого-цифровых преобразователей, клавишный блок управления, содержит установку для исследования политропного процесса, снабженную ручным насосом, представляющим собой гидроцилиндр с поршнем, снабженным ручкой, который с помощью всасывающего, напорного и сливного шлангов соединен с канистрой-бидоном и цилиндром, на верхнем фланце которого установлены манометр и датчик давления, соединенный с блоком аналогово-цифровых преобразователей, и установку для исследования тепловых процессов, выполненную в виде комбинированного теплообменника на подставке, представляющего собой алюминиевую трубу, внутри которой установлен электронагреватель, причем пространство между ним и трубой заполнено теплоизолирующим материалом, а на поверхности трубы имеется отверстие со штуцером для возможности доступа к электронагревателю и замера температуры его нагрева. Это позволяет быстро и точно обрабатывать данные экспериментальных исследований по дисциплине «Теплотехника». 3 ил.
Description
Изобретение относится к специальному оборудованию, предназначенному для демонстрационно-практического обучения студентов вузов и колледжей техническим дисциплинам, а более конкретно, для демонстрационно-практического изучения: термодинамических процессов (политропного процесса); процессов теплообмена в комбинированном теплообменнике.
Известен стенд лабораторный комплекс «Теплотехника жидкости» ТПЖ - 010-6ЛР-01 теплотехники и теплотехнического оборудования в вузе. Стенд выполнен из одного стола, имеющего откидную полку для ноутбука, горизонтальную установочную поверхность, под которой расположены два бака с горячей и холодной водой, два циркуляционных насоса, а на вертикальной поверхности, прикрепленной к заднему краю горизонтальной установочной поверхности, расположены теплообменные аппараты и несколько сменных устройств - модулей. Кроме того, на вертикальной поверхности прикреплено два расходомера, позволяющих измерять расход протекающей в трубах жидкости, подаваемой насосом, размещенным под горизонтальной поверхностью. (http://www.gpm-stend.ru/index.php/production/teplotechnika-termodynamika/303-teplotechnika-zhidkosti)
Недостатком такого стенда является то, что не представляется возможным: создавать виртуальные модели реальных установок, дающие возможность студентам до работы на реальной установке изучить ее конструкцию и понять реализуемый физический процесс; изучать термодинамические процессы (политропный процесс).
Техническая задача состоит в повышении точности и качества обеспечения измерений на стенде всех необходимых параметров, полученных, как с помощью измерительных датчиков, так и на виртуальном образе лабораторного стенда, и обеспечение их сравнения в автоматическом режиме, а также в обеспечении автоматизации измерений всех необходимых параметров, получения необходимых расчетных заданных функциональных зависимостей и вывода на электронные и бумажные носители информации, используемые в виде отчета.
Техническая задача достигается тем, что устройство стендового автоматизированного лабораторного комплекса для изучения политропного процесса и комбинированного теплообмена, содержащее персональный компьютер, к которому подключены монитор, звуковые колонки, блок аналого-цифровых преобразователей, клавишный блок управления, содержит установку для исследования политропного процесса, снабженную ручным насосом, представляющим собой гидроцилиндр с поршнем, снабженным ручкой, который с помощью всасывающего, нагнетающего и сливного шлангов соединен с канистрой-бидоном и цилиндром, на верхнем фланце которого установлены манометр и датчик давления, соединенный с блоком аналогово-цифровых преобразователей, и установку для исследования тепловых процессов, выполненную в виде комбинированного теплообменника на подставке, представляющего собой алюминиевую трубу, внутри которой установлен электронагреватель, причем пространство между ним и трубой заполнено теплоизолирующим материалом, а на поверхности трубы имеется отверстие со штуцером для возможности доступа к электронагревателю и замера температуры его нагрева.
Технический результат заключается в повышении технического уровня передачи знаний студентам по дисциплине «Теплотехника», преподаваемой в вузе, за счет оснащения стенда современными приборами и устройствами, позволяющими получать высокую точность и надежность работы, и кроме того, позволяющими передавать полученную информацию на компьютер для последующей обработки и получения как аналитических уравнений, так и графических зависимостей исследуемого процесса. Полезность также заключается в приобщении студентов к современным техническим возможностям в области быстрой и точной обработки экспериментальных исследований.
Устройство стендового автоматизированного лабораторного комплекса охарактеризовано следующими чертежами: на фиг. 1 представлен стол с персональным компьютером (вид спереди); на фиг. 2 представлена установка для исследования термодинамических и тепловых процессов: а) вид спереди, б) разрез А-А; на фиг. 3 представлен гидроцилиндр.
Устройство (фиг. 1) состоит из стола 1 с персональным компьютером 2, содержащим системный блок, к которому подключены с помощью кабелей монитор 3, звуковые колонки 4, устройство многоярусного блока из аналогово-цифровых преобразователей АЦП 5, клавишный блок 6 управления, смонтированный на выдвижной панели 7 стола 1.
Установка для исследования термодинамических и тепловых процессов (фиг. 2а) содержит стол 8, представляющий собой сборно-сварную конструкцию с вертикальной панелью 9. На вертикальной панели 9 стола 8 располагаются цилиндр 10 и электрооборудование 11. На столе 8 установлен теплообменник 12 на подставках 13. Стол 8 снабжен двумя тумбами 14. В тумбе 14 размещены ручной насос 15 и канистра-бидон 16 для минерального масла.
Цилиндр 10 выполнен из стекла и огражден металлическим кожухом 17 с прорезью для наблюдения за уровнем масла. Снизу на подводящей арматуре смонтирован предохранительный клапан 18 и сливной кран 19. На верхнем фланце цилиндра 10 установлены манометр 20, датчик 21 давления и кран 22 для спуска воздуха. Всасывающий шланг 23 подсоединен к канистре 16 с минеральным маслом и к насосу 15. Нагнетающий шланг 24 соединяет насос 15 и цилиндр 10. Сливной шланг 25 соединяет цилиндр 10 и канистру-бидон 16.
Насос 15 (фиг. 2б) представляет собой гидроцилиндр, поршень 26 которого перемещается с помощью ручки 27. Гидроцилиндр снабжен обратными клапанами 28 и фильтром 29.
Качающаяся штанга 30 обеспечивает прямолинейное движение штока 31 относительно гильзы 32.
Гидроцилиндр (фиг. 3) содержит гильзу 32,стянутую между крышками 33 и 34 с уплотнением кольцом 35. Шток 31 закреплен в поршне 26 с уплотнением кольцами 36, 37. Поршень 26 несет на себе манжету 38. Подвод и отвод масла осуществляется через отверстие в крышке 33. Отверстие в крышке 34 служит для слива масла, просочившегося через манжету 38.
Комбинированный теплообменник 12 представляет собой алюминиевую трубу, внутри которой находится электронагреватель, а пространство между трубой и электронагревателем заполнено теплоизолирующим материалом, например асбестовым шнуром. На поверхности трубы имеется отверстие со штуцером для возможности доступа к электронагревателю и замера температуры его нагрева (не показаны).
Питание электрооборудования 11 осуществляется от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц.
Электрооборудование 11 включает в себя пусковую, сигнальную и регулирующую аппаратуру, а также кабель соединительный для передачи сигналов от датчика давления к аналого-цифровому преобразователю 5 (например, NL USB 6008) с возможностью вывода данных на монитор 3 компьютера 2.
Установка имеет сетевой кабель длиной 6 м с вилкой для подключения к электросети помещения.
Устройство работает следующим образом.
На установке можно проводить изучение политропного процесса и комбинированного теплообмена.
При изучении политропного процесса производится повышение давления в цилиндре 10 посредством нагнетания в него масла насосом 15. При повышении или понижении давлении в цилиндре происходит изменение высоты уровня масла.
Насос 15 всасывает минеральное масло из канистры-бидона 16 через всасывающий шланг 23, фильтр 29,обратный клапан 28 и подает через нагнетающий шланг 24 в цилиндр 10. Параллельно цилиндру 10 включен в сеть предохранительный клапан.18, с помощью которого происходит управление давлением подачи минерального масла за счет регулирования значения максимально допустимого давления минерального масла. При превышении давления происходит сброс избыточного минерального масла через сливной шланг 25. После выполнения всех параметров испытаний сброс минерального масла из цилиндра 10 происходит путем открытия сливного крана 19 через сливной шланг 25 в канистру-бидон 16.
При изучении комбинированного теплообмена наблюдается повышение температуры электронагревателя и теплообменника 12, а также измеряется мощность электронагревателя.
1. Проведение исследования политропного процесса
Цель - исследование политропных процессов:
- установление экспериментальных зависимостей между основными параметрами рабочего тела,
- обработку полученных данных, выбор математической модели процесса, оценку ее соответствия молекулярно-кинетической теории идеальных газов и определение показателя политропы,
- вычисление термодинамических функций и построение «P-V» и «T-S» диаграмм.
Для проведения исследований включают установку в сеть, подключают автоматизированный стенд к USB разъему компьютера 2 и запускают программу.
Параллельно проведению «ручного» эксперимента выводят программу Lab View на компьютере 2, создают на мониторе 3 виртуальный датчик давления 21, подключенный к верхнему фланцу цилиндра 10.
Ручным насосом 15 закачивают масло в цилиндр 10 до давления 100 кПа, контролируемое по манометру 20 с одновременным измерением высоты столба воздуха.
Повторяют эксперимент при 200 кПа, 300 кПа с последующей обработкой экспериментальных результатов измерений, вычислением термодинамических функций и построением графиков политропного процесса сжатия воздуха на диаграммах «Р-V» и «T-S» диаграмм.
С помощью стендового автоматизированного лабораторного комплекса для изучения политропного процесса с измерениями и обработкой результатов в программной среде Lab View проводятся и другие лабораторные работы, методика которых изложена в методическом пособии: Семенова Е.В., Киреев Д.В., Третьяк П.В., Корячкин В.П., Ванин B.C. Использование среды графического программирования Lab View для лабораторных стендов. Кафедра «Машины и аппараты пищевых производств». ОрелГТУ, г. Орел, 2007.
2. Проведение исследования тепловых процессов на комбинированном теплообменнике.
Цель - выявление различных механизмов переноса тепла, расчетное и экспериментальное определение основных характеристик комбинированного теплообмена:
количества тепла, передаваемого от поверхности тела тепловым излучением и конвекцией;
коэффициента теплоотдачи горизонтальной трубы и степени черноты ее поверхности;
определение коэффициента теплопроводности теплоизолирующего материала.
Для проведения исследований:
- включают установку в сеть;
- переключают измерители (мультиметр цифровой MAS838;
мультиметр цифровой MY-62) на соответствующие измерения;
- регулятор мощности ставят на нагрев.
При достижении стационарного режима (не менее 0,5 часа после включения электронагревателя). произвести измерения необходимых величин: силу тока I, напряжение U, температуру нагревателя tн,, температуру стенки трубы 12 tст и окружающей среды t0.
Вычисляют: QΣ - тепловая мощность, выделяемая электронагревателем, Вт;
QK - тепловой поток, отдаваемый окружающему воздуху поверхностью трубы конвекцией;
QЛ - поток тепла, отдаваемый поверхностью трубы 12 в окружающую среду тепловым излучением.
Экспериментально определяют коэффициент теплоотдачи горизонтальной трубы αэксп.
Определить коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала, находящегося между электрическим нагревателем и наружной поверхностью трубы.
Повторяют эксперимент для других значений I, U, tн, tст и t0.
По результатам проведенных измерений строят график зависимости αэксп от разности температур (tст-t0). На график наносят значения αрасч, вычисленные по критериальному уравнению с учетом экспериментальных данных.
Средства измерения, инструмент и принадлежности
В качестве измерительных приборов в установке применены:
- датчик давления ДДМ-03-600ДИ-МИ-С;
- манометр SMT 10 бар вертикальный 63×1/4 штуцер;
- мультиметр цифровой MAS838;
- мультиметр цифровой MY-62.
Принцип действия манометра 20 SMT 10 бар основан на уравновешивании измеряемого давления или разрежения силой упругой деформации чувствительного элемента, деформация которого пропорциональна измеряемому параметру. При снятии давления чувствительный элемент возвращается в первоначальное положение под воздействием упругой деформации.
Измеряемое рабочее давление - до 10 бар.
Мультиметры цифровые MAS838 и MY-62 предназначены для измерения силы постоянного и переменного тока, сопротивления, величины постоянного и переменного напряжения и температуры.
Claims (1)
- Устройство стендового автоматизированного лабораторного комплекса для изучения политропного процесса и комбинированного теплообмена, содержащее персональный компьютер, к которому подключены монитор, звуковые колонки, блок аналого-цифровых преобразователей, клавишный блок управления, отличающееся тем, что оно содержит установку для исследования политропного процесса, снабженную ручным насосом, представляющим собой гидроцилиндр с поршнем, снабженным ручкой, который с помощью всасывающего, нагнетающего и сливного шлангов соединен с канистрой-бидоном и цилиндром, на верхнем фланце которого установлены манометр и датчик давления, соединенный с блоком аналогово-цифровых преобразователей, и установку для исследования тепловых процессов, выполненную в виде комбинированного теплообменника на подставке, представляющего собой алюминиевую трубу, внутри которой установлен электронагреватель, причем пространство между ним и трубой заполнено теплоизолирующим материалом, а на поверхности трубы имеется отверстие со штуцером для возможности доступа к электронагревателю и замера температуры его нагрева.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017101479A RU2656196C1 (ru) | 2017-01-17 | 2017-01-17 | Устройство стендового автоматизированного лабораторного комплекса для изучения политропного процесса и комбинированного теплообмена |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017101479A RU2656196C1 (ru) | 2017-01-17 | 2017-01-17 | Устройство стендового автоматизированного лабораторного комплекса для изучения политропного процесса и комбинированного теплообмена |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2656196C1 true RU2656196C1 (ru) | 2018-05-31 |
Family
ID=62560304
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017101479A RU2656196C1 (ru) | 2017-01-17 | 2017-01-17 | Устройство стендового автоматизированного лабораторного комплекса для изучения политропного процесса и комбинированного теплообмена |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2656196C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110211478A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-09-06 | 中广核核电运营有限公司 | 一种液压试验装置及试验方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1310881A1 (ru) * | 1985-05-20 | 1987-05-15 | Киевский Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.60-Летия Ссср | Учебный прибор дл изучени политронных процессов |
RU65277U1 (ru) * | 2007-05-02 | 2007-07-27 | Институт архитектуры и строительства Сибирского федерального университета | Лабораторная установка по теплопередаче |
RU2359193C2 (ru) * | 2006-11-02 | 2009-06-20 | Институт архитектуры и строительства ФГОУ ВПО "Сибирский федеральный университет" | Лабораторная установка по теплопередаче |
CN203376906U (zh) * | 2013-06-06 | 2014-01-01 | 北京日月星云科技发展有限公司 | 一种电热式固体缩力演示器 |
-
2017
- 2017-01-17 RU RU2017101479A patent/RU2656196C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1310881A1 (ru) * | 1985-05-20 | 1987-05-15 | Киевский Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.60-Летия Ссср | Учебный прибор дл изучени политронных процессов |
RU2359193C2 (ru) * | 2006-11-02 | 2009-06-20 | Институт архитектуры и строительства ФГОУ ВПО "Сибирский федеральный университет" | Лабораторная установка по теплопередаче |
RU65277U1 (ru) * | 2007-05-02 | 2007-07-27 | Институт архитектуры и строительства Сибирского федерального университета | Лабораторная установка по теплопередаче |
CN203376906U (zh) * | 2013-06-06 | 2014-01-01 | 北京日月星云科技发展有限公司 | 一种电热式固体缩力演示器 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110211478A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-09-06 | 中广核核电运营有限公司 | 一种液压试验装置及试验方法 |
CN110211478B (zh) * | 2019-04-24 | 2021-08-27 | 中广核核电运营有限公司 | 一种液压试验装置及试验方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ma et al. | Combining magnetic induction tomography and electromagnetic velocity tomography for water continuous multiphase flows | |
JP7048284B2 (ja) | 変圧器の診断システム、変圧器の診断方法、及び変圧器 | |
BR112012009089B1 (pt) | Método para determinar um fluxo através de uma bomba elétrica submersível (esp), sistema para monitorar o fluxo de líquido em um poço e meio legível por computador não transitório | |
CN105911090A (zh) | 一种新型导热系数测试装置及方法 | |
RU2656196C1 (ru) | Устройство стендового автоматизированного лабораторного комплекса для изучения политропного процесса и комбинированного теплообмена | |
Dos Santos et al. | Sensing platform for two-phase flow studies | |
CN108508058A (zh) | 原油输送管道在线凝点测量装置及方法 | |
KR101606057B1 (ko) | 에너지 표시 가정용 가스미터 및 가스량 측정방법 | |
CN106840959A (zh) | 工作液沉降稳定性的确定系统和方法 | |
CN105352849B (zh) | 在线式油品粘度检测仪 | |
RU98579U1 (ru) | Передвижная установка для поверки средств измерения массы или объема расхода жидкости | |
CN105928825B (zh) | 一种便携式介质液位密度检测仪 | |
CN105223084B (zh) | 一种可压缩泡沫材料性能测试评价装置 | |
RU2608633C1 (ru) | Устройство регулирования уровня воды парового котла | |
CN209025662U (zh) | 三参数压力计以及系统 | |
Abu‐Mulaweh et al. | The use of LabVIEW and data acquisition unit to monitor and control a bench‐top air‐to‐water heat pump | |
RU2300087C1 (ru) | Теплосчетчик и способ определения тепловой энергии теплоносителя в открытых водяных системах теплоснабжения | |
CN206557042U (zh) | 工作液沉降稳定性的确定系统 | |
CN207742045U (zh) | 一种钢结构材料柔韧性测试装置 | |
RU168867U1 (ru) | Контрольный блок для определения термоокислительной стабильности топлив в динамических условиях | |
CN207096139U (zh) | 一种用于测量气体pvt性质的恒温测量装置 | |
CN205538465U (zh) | 一种用于测定材料真实应力的装置 | |
RU224071U1 (ru) | Испытательный стенд для средств измерения уровня | |
RU93972U1 (ru) | Переносная установка для поверки бытовых счетчиков воды | |
CN203465037U (zh) | 小口径热量表检定装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200118 |