هدف این آزمایشگاه، بررسی اصول و مبانی درس ترمودینامیک و آشنایی بیشتر با تجهیزات ترمودینامیکی است.

دانشجویان  با حضور در این آزمایشگاه، ضمن مرور مباحث تئوری، با انجام آزمایش‌های مشخصی، چرخه‌ها و فرآیندهای مختلف از قبیل چرخه تبرید تراکم بخار، پمپ حرارتی مکانیکی، فرآیند تراکم دو مرحله‌ای و فرآیند خنک‌کاری در برج خنک کننده مرطوب را از نزدیک مشاهده می‌کنند. همچنین، حضور در این آزمایشگاه، امکان فراگیری اصول فنی و عملیاتی تجهیزات یاد شده، از قبیل، مسائل عیب‌یابی، سیستم‌های ایمنی و حسگرهای کنترلی را  فراهم می‌کند.

1- چرخه تبرید تراکم ساده بخار (ساخت شرکت گانت)

1-1- معرفی

یخچال و فریزر دستگاه‌هایی هستند که توانایی انتقال گرما از یک محیط دمای پایین به یک محیط دما بالاتر ‏را دارند. یخچال و فریزرها مانند موتورهای گرمائی وسیله‌ای چرخه‌ای هستند. چرخه تبرید تراکم بخار ‏متداول‌ترین چرخه است. این چرخه نیاز به استفاده از چهار جز اصلی، کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و ‏اوپراتور دارد.

1-2- تجهیزات مرتبط:

لوله موئین	شیر انبساط ترموستاتیکی (TEV)	شیشه دید	سوئیچ فشار	کمپرسور

2- ‏پمپ حرارتی مکانیکی با کنترل پمپ‌دان (ساخت شرکت گانت)

2-1- معرفی

پمپ حرارتی مکانیکی یک مدل کاملا کاربردی از پمپ حرارتی هوا/آب را نشان می‌دهد. این واحد رومیزی زمینه های آموزشی زیر را در مهندسی گرمایش/سرمایش پوشش می دهد:

آشنایی با ساختار اساسی پمپ های حرارتی

• قطعات پمپ حرارتی و تبرید
• آشنایی با فرآیندهای چرخه ای
• کنترل کمپرسور (مدار پمپ دان)
• استفاده از نمودارهای لگاریتمیp-h
• اصول اولیه مهندسی تبرید

واحد رومیزی منحصراً شامل قطعاتی است که در پمپ های حرارتی صنعتی و کارخانه های تبرید نیز استفاده می شود. این واحد در درجه اول برای آزمایش‌های کیفی در نظر گرفته شده است. با این حال، اندازه گیری های کمی نیز امکان پذیر است. هنگام استفاده از دستگاه باید نکات ایمنی رعایت شود.

2-2- تجهیزات مرتبط

مطابق شکل زیر، دستگاه پمپ حرارتی مکانیکی شامل قطعات و تجهیزات زیر است:

3- ‏کمپرسور دو مرحله ای با خنک کن میانی (ساخت شرکت گانت)

3-1- معرفی

در یک کمپرسور دومرحله‌ای ابتدا هوا وارد کمپرسور فشار پایین L.P.(Low-pressure cylinder) شده و تا فشاری بین فشار ورودی و فشار خروجی متراکم می‌گردد. در خروجی کمپرسور فشار پایین، با فشار و دمای بالا وارد خنک کن میانی (intercooler) می‌شود. در خنک کن میانی بوسیله جریان خنک‌کننده تا نزدیک دمای ورودی خنک خواهد شد.اگر دمای هوا به هنگام خروج از خنک کن میانی به دمای هوای ورودی به کمپرسور برسد، در اصطلاح ‏خنک‌کن را کامل یا ایده‌آل می‌نامند.

وجود خنک‌کن میانی، کار مصرفی کمپرسور را در مقایسه با یک کمپرسور تک مرحله‌ای افزایش خواهد داد.

3-2- تجهیزات مرتبط

1- سنسور فشار 2- مخزن فشار بعد از کمپرسور مرحله دوم 3- دریچه خروجی با صدا خفه کن 4- موتور ‏محرک 5- اینترکولر 6- مخزن فشار بعد از مرحله 1 کمپرسور (مخزن میانی)، کمپرسور 7- پیستون 8- ‏سنسور دما 9- کمپرسور ( مرحله اول) 10- کمپرسور (مرحله دوم) 11- کابین سوئیچ 12- مخزن ورودی با ‏نازل اندازه گیری 13- سوپاپ اطمینان 14- مانومتر.‏

‏

سنسور فشار	سنسور فشار دیفرانسیلی	سوئیچ فشار	ترموکوپل

4- دستگاه برج خنک کننده مرطوب  ‏(ساخت شرکت گانت)

4-1- معرفی

در اکثر کارخانجات کوچک و بزرگ یکی از مهم‌ترین و اساسی‌ترین دستگاه‌ها انواع برج های خنک ‏کننده می‌باشند. برج های خنک کننده علاوه بر آب به منظور خنک‌ کردن سیالاتی دیگر در صورت لزوم مورد ‏استفاده واقع می‌شود. با توجه به اینکه برج‌های خنک کننده معمولاً حجیم می‌باشند و به علت پاشیدن آب در ‏محیط اطراف خود و خرابی تجهیزات، آن‌ها را معمولا در انتهای فرآیند نصب می‌کنند. برج خنک ‏کننده دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیع تماس آب با هوا، تبخیر را آسان می‌کند و باعث خنک شدن ‏سریع آب می‌گردد. عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمایش نهان تبخیر انجام می گیرد، درحالی که ‏مقدار کمی آب تبخیر می شود و باعث خنک شدن آب می‌گردد. باید توجه داشت، آب مقداری از گرمای خود را ‏به طریق تشعشع، هدایت و جابجایی و بقیه را از راه تبخیر از دست می‌دهد. بیشتر دستگاه‌های خنک‌کن از یک ‏مدار بسته تشکیل شده اند که آب در این دستگاه ها نقش جذب، دفع و انتقال گرما را به عهده دارد، یعنی ‏گرمای به وجود آمده توسط ماشین را جذب و از دستگاه دور می سازد. این کار باعث ادامه کار یکنواخت و ‏پایداری دستگاه می شود.‏

4-2- تجهیزات مرتبط

4-2-1- گرمکن

بار حرارتی توسط گرمکن (هیتر) نصب شده در پشت مخزن ایجاد می شود. گرمکن، دارای 3 سطح قابل تعویض است که بسته به موقعیت کلید تنظیم، ظرفیت های گرمایشی زیر را فراهم می کند:

سطح 1: 5/0 کیلو وات

سطح 2: 0/1 کیلو وات

سطح 3: 5/1 کیلو وات

حداکثر دمای آب توسط ترموستات روی 50 درجه سانتیگراد تنظیم می شود.

4-2-2- فن

جریان هوا در برج خنک کننده توسط یک فن شعاعی (1) با مکش ورودیازیک طرف ایجاد می شود. جریان در محفظه هوا (2) تشکیل می شود که در نتیجه آن هوا به طور یکنواخت در سراسر بخش ستون جریان مییابد. تنظیمدبی حجمی هوا را می توان با کمک دمپر هوا (3) انجام داد.

4-2-3- ستون خنک کننده

ستون خنک کننده بر روی محفظه هوا نصب می شود. کانال شفاف به شما امکان مشاهده مسیر آب را در ستون می دهد. تک تک پایه هادر برج با زوایایی نسبت به یکدیگر تعبیه می شود تا زمان خروج آب تا حد امکان طولانی شود. سطح مرطوب کننده برج خنک کننده نسبت حجم کانال به مجموع سطوح تمامی پایه ها است. افت فشار از طریق ستون را می‌توان با استفاده از فشار سنج (1) اندازه گیری کرد.

4-2-4- پمپ

آبی که باید خنک شود توسط یک پمپ گریز از مرکز در مدار جابجا، می شود. دبی حجمی به دلیل تلفات فشار زیاد در سیستم لوله (شیر تنظیم، سنسور دبی جریان و نازل تزریق) محدود است. دبی جریان را می توان به طور دقیق از طریق شیر تنظیم، تنظیم کرد.

4-2-5- نازل                  

یک نازل با پروفیل مخصوص به ورودی آب در برج خنک کننده نصب شده است تا کل قسمت ستون خنک کننده بتواند مقدار یکنواخت آب را دریافت کند. آب پودر شده نازل را به شکل مستطیلی ترک می کند.        

4-2-6-جداکننده قطره

یک جداکننده قطرات از نوع فیلتر پشمی در خروجی هوای برج خنک کننده قرار داده شده است که از خروج ذرات آب از هوای بالای برج جلوگیری کند. این امر هدر رفت آب را به حداقل می رساند. سنسور رطوبت در خروجی هوا نیز در برابر پاشش آب روی سلول اندازه گیری محافظت می شود.

5- سیستم تبرید خانگی با بار حرارتی متغیر و شیر انبساط دوگانه (ساخت شرکت گانت)

5-1- معرفی

این آزمایش، مشابه آزمایش شماره 2 بوده و در عین حال امکان ایجاد بار حراتی متغیر در محفظه اواپراتور را فراهم می‌کند. همچنین، مدار چرخه به‌گونه ای طراحی شده که امکان ایجاد فرآیند اختناق توسط شیر انبساط ترموستاتیکی (TEV)، یا لوله موئین را فراهم می‌کند.