149. Лабораторные работы по теплотехнике методические указания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КАБАРДИНО-БАЛКАРСКИЙ ГОСУНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКИ

Жабелов А.Ж.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

ПО ТЕПЛОТЕХНИКЕ

Методические указания

г.Нальчик 2001 г.

Составитель доцент Жабелов А.Ж.

Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей КБГУ.

Методические указания позволят студентам закрепить теоретические знания и приобрести практические навыки по теплотехническим измерениям.

Печатается по решению редакционно-издптельского совета КБГУ.

Рецензенты: Чапаев Борис Нохович к.т.н. доцент кафедры Механизация животноводческих комплексов СХА КБР.

Темукуев Борис Биязуркаевич доцент кафедры Тракторы и автомобили СХА КБР,

ПРЕДИСЛОВИЕ

Кафедра Прикладной механики располагает лабораторией для выполнения учебных работ по технической термодинамике и теплопередаче. В лаборатории проводятся работы, которые дают возможность ознакомиться с методами установления зависимости между параметрами состояния в термодинамических процессах, с методами определения теплофизических свойств различных материалов.

При выполнении работ по термодинамике и теплопередаче производятся измерения температуры, давления, количества тепла, участвующего в процессе, расхода жидкости или газа, а так же электрических величин силы тока, напряжения, мощности.

Поэтому изучению лабораторных работ, которые будут выполняться студентами в лаборатории, должно предшествовать тщательное ознакомление не только с экспериментальными установками, но и с принципом действия и порядком применения соответствующих приборов.

При выполнении лабораторных работ и соответствующих измерений необходимо соблюдать правила внутреннего распорядка и инструкции по технике безопасности.

Руководство к лабораторным работам по технической термодинамике и теплопередаче составлено доцентом кафедры Прикладная механика доцентом Жабеловым А.Ж.

Руководство предназначено для студентов как очного, так и вечернего и заочного видов обучения.

Автор обращается ко всем студентам с просьбой сообщить на кафедру Прикладной механики обо всех недостатках при пользовании руководствами и методическими пособиями, а так же свои предложения по улучшению методики и содержания.

ПРАВИЛА

Внутреннего распорядка при работе в учебной лаборатории.

Не разрешается класть портфели, сумки и прочие вещи на лабораторные столы, где смонтированы приборы и установки. При входе в лабораторию все личные вещи должны быть сложены на отдельный стол.

Выполнение лабораторных работ без предварительной сдачи специального допуска к лабораторным работам коллоквиума не разрешается.

Приступить к лабораторным работам можно только с разрешения лаборанта или преподавателя.

При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать дисциплину и порядок. Начало и конец работы, как и при других занятиях, определяются по звонку. Приступив к работе, нельзя выходить из лаборатории до перерыва. Во время проведения работы студент должен находиться только на своем рабочем месте. Посторонние разговоры и шум в лаборатории недопустимы.

В случае нарушения нормальной работы установки, устранение недостатков и регулировка без участия лаборанта не разрешается.

После окончания работы обязательно сообщить это преподавателю или лаборанту и убрать свое рабочее место.

Лабораторные работы оформлять на листах писчей бумаги, а графики вычерчивать на миллиметровой бумаге, чисто и грамотно.

ВЫПИСКА

Из правил по технике безопасности при работе в учебной лаборатории теплотехники

I. ОБЩИЕ ПРАВИЛА

Включение и выключение установок может производиться только с разрешения лаборанта или преподавателя.

Запрещается оставлять работающую установку без присмотра.

Студенты, не знающие правила техники безопасности, к выполнению лабораторных работ не допускаются.

II. ПРАВИЛА РАБОТЫ

НА УСТАНОВКАХ, НАХОДЯЩИХСЯ ПОД ИЗБЫТОЧНЫМ ДАВЛЕНИЕМ

Работая на установке, находящейся, под избыточным давлением необходимо следить за показаниями манометра, ни в коем случае не допускать превышения давления, указанного для данной работы в методическом пособии. В случае, если давление превысит допустимый предел, немедленно сообщить об этом преподавателю или лаборанту.

При изменениях количества конденсата, а также при контроле уровня воды в кипятильниках, следует остерегаться поломки водомерных стёкол, так как при этом возможны ожоги горячей водой и паром.

III.ПРАВИЛА РАБОТЫ НА УСТАНОВКАХ, ПИТАЕМЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСТОВОМ

Включать и выключать силовые и осветительные рубильники без разрешения лаборанта или преподавателя

Производить исправления в электросхемах, находящихся под напряжением

Оставлять систему, находящуюся под напряжением, без присмотра

Заходить и протягивать руки за монтажную доску лабораторного стола

Работать с незаземленным оборудованием

Касаться неизолированных проводников, металлических клемм, обмоток реостатов и других деталей электросхем, находящихся под напряжением

В случае поражения электротоком, немедленно обесточить установку и сообщить преподавателю или лаборанту

В cлучае возникновения пожара немедленно вызвать пожарную команду по пожарному сигналу или по телефону 01и приступить к тушению своими силами. При этом необходимо:

а немедленно обесточить установку

б электропроводку тушить только углекислотными огнетушителями.

IV.ПРАВИЛА ПОЛЬЗОВАНИЯ РТУТНЫМИ ТЕРМОМЕТРАМИ

При выполнении различных работ, связанных с применением ртутных приборов термометров, барометров и др. , следует помнить, что ртуть ядовита, и необходимо соблюдать особые меры предосторожности, чтобы избежать разлива ртути.

При пользовании всеми стеклянными ртутными приборами особое внимание следует уделять трубке содержащей ртуть.

Случайно пролитая и не убранная ртуть может вызвать постепенное отравление исполнителя работ и окружающих сотрудников.

О случайно пролитой ртути немедленно сообщите руководителю работ или лаборанту.

При работе с ртутью категорически запрещается брать ртуть руками, производить отсасывание ртути или нагнетание воздуха ртом в приборы, заполненные ртутью.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Составить четкое представление о понятиях давление , абсолютное давление , атмосферное давление , избыточно давление и разряжение вакуум .

Усвоить основные единицы измерения давления в системах МКГСС и СИ, а также применяемые в практике внесистемные единицы. Овладеть навыками установления связи между единицами измерения.

Выполнить измерения нескольких значений избыточного давления и разряжения вакуума и определить при этом значения абсолютных давлений.

II.ЛИТЕРАТУРА

С.Ф.Чистяков, Д.В.Радун. Теплотехнические измерения и приборы. М. 1972.

В.М.Лохматов. Контрольно-измерительные приборы в газовом хозяйстве. Л. 1974.

В.П.Преображенский. Теплотехнические измерения и приборы. М.,1978.

III. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ

Под термином давление понимают удельную величину, т.е. силу, приходящуюся на единицу поверхности по нормали к ней.

. 1

Давление, оказываемое газом на стенки сосуда, изолирующего этот газ от внешней среды, является усредненным результатом ударов молекул, находящихся в непрерывном, хаотичном движении и называется абсолютным давлением и обозначается Ра .

Из молекулярно-кинетической теории идеальных газов абсолютное давление определяется выражением:

. 2

где n — концентрация молекул в единице объема

N число молекул в данном объеме

V полный объем

m- средняя масса молекулы

— среднеквадратичная скорость движения молекул.

Из выражения 2 видно, что абсолютное давление зависит от физических величин, характеризующих состояние рабочего тела и, поэтому является одним из основных параметров состояния.

Из выражения 2 также следует, что абсолютное давление не может быть равным нулю, т.е. абсолютный вакуум недостижим.

Так как атмосфера Земли состоит из смеси различных газов и водяных паров, молекулы которых находятся в хаотическом движении, то она атмосфера Земли оказывает на всякую поверхность, соприкасающуюся с ней, определенное давление, называемое атмосферное и обозначающееся буквой В .

Давление рабочего тела в изолированном от окружающей среды сосуде, т.е. абсолютное давление Ра , может быть по своей абсолютной величине больше или меньше атмосферного В . В случае, когда абсолютное давление больше атмосферного, положительная разность между ними называется избыточной и обозначается Ри , т.е.

В случае, когда абсолютное давление меньше атмосферного, отрицательная разность между ними называется разряжением или вакуумом и обозначается Рвак , т.е.

Р а В + Р вак . когда Р а 2. Эта единица называется Паскалем и обозначается Па . Таким образом:

1Па

Единица Па очень мала, поэтому в технических измерениях по ГОСТ 7664-61 допускается применение внесистемных единиц: гектопаскаль гПа , килопаскаль кПа , мегапаскаль мПа , бар, миллиметр ртутного столба и миллиметр водяного столба, имеющих следующее соотношение с единицей СИ:

1 мм.рт.ст. 133,322 Па

1мм.вод.ст. 9,80665 Па

В настоящее время в технике еще применяется система единиц МКГСС метр, килограмм-сила, секунда , где в качестве основной единицы давления принимается внесистемная единица ГОСТ 7664-61 техническая атмосфера кгс/см 2 10 4 кгс/м 2. Последняя имеет следующее соотношение с единицей Па и внесистемными единицами:

1т.а. 1кгс/см 2 9,80665 10 4 Па 0,980665 бар 735,563 мм.рт.ст. 1 10 4 мм.вод.ст.

В молеклярной физике используется внесистемная единица измерения: физическая атмосфера давление, оказываемое атмосферой Земли на уровне моря при температуре 0 0 С. 1ф.а. 760 мм рт.ст. 1,033 т.а. 1,013 бар 1,013х10 5 Па.

V. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

По принципу действия устройства приборы для измерения давления по ГОСТ 15115-69 подразделяются на следующие основные группы: жидкостные. в которых измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости соответствующей высоты

-деформационные, в которых, измеряемое давление определяется по величине деформации различных упругих чувствительных элементов или по развиваемой ими силе

-грузопоршневые. в которых измеряемое или воспроизводимое давление уравновешивается давлением, создаваемым массой поршня или грузов

-электрические, действие которых основано на зависимости электрических параметров манометрического преобразователя от измеряемого давления.

Иногда для измерения давлений применяют радиоизотопные методы, чаще используемые при измерениях уровней или плотностей.

По наименованию различают следующие основные устройства приборы для измерения давления:

-манометры устройства для измерения избыточного давления

-барометры для измерения атмосферного барометрического давления. Это давление является абсолютным для атмосферы. Поэтому барометрами можно измерять и абсолютное давление в сосуде, если его значение не превышает максимальной отметки на шкале прибора

вакуумметры для измерения вакуумметрического давления разряжения , равного разности между абсолютным давлением и атмосферным, когда Ра 0 С, пользуясь формулой:

h0 h 1-bt ,

где h0 высота столба жидкости, приведенная к 0 0 С

h высота столба жидкости при данной температуре

b коэффициент, зависящий от рода жидкости для ртути b 0.000172.

РТУТНЫЙ БАРОМЕТР

Барометр предназначен для измерения атмосферного давления. Он представляет собой стеклянную U-образную трубку, один конец которой запаян, а другой сообщается с атмосферой Рис.2 . Трубка заполняется ртутью и опрокидывается запаянным концом к верху, причем уровень ртути в левом конце трубки опускается и в верхней части его образуется пустота.

Высота ртутного столба в левом колене над уровнем сечения А-A будет соответствовать из условия равновесия в сечении А-А атмосферному давлению.

ЖИДКОСТНЫЕ МАНОМЕТРЫ И ВАКУУММЕТРЫ

Жидкостные манометры и вакуумметры представляют собой U-образную трубку, один конец которой присоединяется к сосуду, где необходимо измерить давление, а другой сообщается с атмосферой Рис.3 и 4 . В трубку наливается ртуть или другая жидкость, которая называется рабочей жидкостью.

Как видно из рис.3 и 4, этот прибор измеряет разность между действительным давлением в сосуде абсолютным и давлением атмосферного воздуха Ра В . В случае, когда Ра > В, эта разность будет положительной и, следовательно, прибор измеряет избыточное давление и называется манометром. В случае же, когда Ра 2 .

ПЛАСТИНЧАТЫЕ ИЛИ МЕМБРАННЫЕ ПРИБОРЫ

Пластинчатые приборы в качестве рабочей детали воспринимающей изменения давления имеют упругую мембрану. При изменении давления мембрана прогибается и величина этого прогиба предается через рычажной механизм стрелке прибора. Для измерения атмосферного давления применяется мембранный барометр анероид .

Пластинчатые манометры изготовляются для давлений от 0,2 до 30 кгс/см 2 и удобны для измерения давлений очень вязких жидкостей.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

В теплотехнических процессах в подавляющем большинстве случаев деформационные манометры обеспечивают измерение давлений, как по диапазону, так и по точности. Исключения возникают лишь при измерениях сверх высоких давлений, глубокого вакуума или давлений, пульсирующей с высокой частотой, как, например, в цилиндрах быстроходных двигателей внутреннего сгорания. В таких случаях применяют электрические методы измерения давлений. Эти методы основаны на зависимости тех или иных электрических величин R, L, С, Е и др. различных веществ и материалов от давления, под которым это вещество находится. В связи с этим различают: манометры сопротивления, основанные на зависимости электрического сопротивления проводника от давления, под которым находится манометры емкостные, основанные на зависимости емкости конденсатора, на обкладке которой действует измеряемое давление, от величины этого давления манометры с термосопротивлением манометры с меняющейся индуктивностью манометры с пьезоэлектрическим эффектом и др.

Все указанные электрические манометры находят применение в исследовательских работах. Серийно они не изготавливаются и для промышленных измерений почти никогда не применяются.

VI. ВОПРОСЫ К ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Что называется давлением ?

Каковы единицы измерения давления в системах СИ, МХГСС, СГС и соотношения между ними?

Что понимают под абсолютным, атмосферным, избыточным и вакуумметрическим давлениями каковы соотношения между ними и, какими приборами они измеряются?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

I.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Уяснить основные теоретические понятия, на которых базируется измерение температур в технике и экспериментальной практике: температура и температурные шкалы, термометрический параметр и термометрическое вещество.

Уяснить сущность основных, наиболее важных практических методов измерения температуры и освоить их.

Произвести измерения температур жидкости в термостате тремя способами: термометром ртутным, термопарой и термометром сопротивления.

Построить градуировочные графики термопары и термометра сопротивления.

ЛИТЕРАТУРА

С.Д. Чистяков, Д.В. Радун. Теплотехнические измерения и приборы. М. 1972.

В.М. Лохматов. Контрольно-измерительные приборы в газовом хозяйстве. Л. 1974.

В.П. Преображенский. Теплотехнические измерения и приборы. М. 1978.

ПОНЯТИЕ О ТЕМПЕРАТУРАХ И ТЕМПЕРАТУРНЫХ ШКАЛАХ

Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела, т.е. степень ее нагретости. Согласно кинетической теории, температуру определяют как меру кинетической энергии поступательного движения молекул.

. 1

где m- масса молекул

— среднеквадратичная скорость поступательного движения молекул

В- постоянная Больцмана

Т- температура абсолютная.

За единицу измерения температуры по новой системе единиц СИ принята единица, называемая Кельвином и обозначаемая К2 .

Из определения абсолютной температуры следует, что она равна нулю только в том случае, если кинетическая энергия поступательного движения молекул станет равной нулю, т.е. движение молекул прекратится. Так как это невозможно, то абсолютный нуль температуры недостижим.

В связи с тем, что непосредственно измерить кинетическую энергию поступательного движения молекул, а, следовательно, и температуру не представляется возможным, то прибегают к сравнительным оценкам степени нагретости различных тел.

Известно, что некоторые физические свойства тел удельный объем, давление, линейные размеры, электрическое сопротивление, термо-э.д.с. и др. зависит от степени нагретости, т.е. температуры. Эти свойства и называются термометрическими свойствами.

Вещества же, обладающие термометрическими свойствами, называются термометрическими.

Известно также, что физические тела имеют характерные состояния, при определенных условиях, когда их нагретость не меняется и, следовательно, неизменна и температура. Это состояние кипения и конденсации, плавления и затвердевания и др.

Произвольно задаваясь тем или иным значением температуры в двух характерных состояниях какого-либо физического тела, можно получить температурную шкалу, а, используя то или иное термометрическое свойство, произвольно выбранного термометрического вещества, можно получить устройство для измерения температуры, называемое термометрическим устройством .

Первая температурная шкала была предложена и осуществлена Д.Фаренгейтом в 1724 году. В основу своей шкалы он положил три точки: 1- точка сильнейшего холода , получаемая при смешении в определенных пропорциях воды, льда и нашатыря, и принятая им за нулевую отметку по нашей современной шкале, равная примерно 290,85 0 К 2 точка плавления льда, обозначенная им +32 0 Ф 275,16К и 3 нормальная температура человеческого тела, обозначенная +96 0 Ф по новой шкале 308,75К . Температура кипения воды первоначально не нормировалась и лишь позднее была установлена +212 0 Ф 373,15К при нормальном атмосферном давлении .

Через несколько лет, в 1731 году, Р.Реомюр предложил использовать для стеклянных термометров спирт такой концентрации, который, который при температуре плавления льда заполнял бы объем в 1000 объемных единиц, а при температуре кипения расширялся бы до 1080 единиц. Соответственно, температуру плавления льда Реомюр предложил первоначально обозначить 1000 0. а температуру кипения воды 1080 0 позднее 0 0 и 80 0 .

В 1742 году А. Цельсий, используя ртуть в стеклянных термометрах, обозначил точку плавления льда за 100 0. а точку кипения воды — за 0 0. Такое обозначение оказалось неудобным и спустя 3 года Штреммер или возможно К.Линней предложил изменить обозначения, принятые вначале Цельсием, на обратное, т.е. за 0 0 — точку плавления льда, а за 100 0 точку кипения воды при нормальном атмосферном давлении. В таком виде шкала и сохранилась до наших дней и носит имя Цельсия. Температура по этой шкале обозначается t .

В 1848 году Кельвин У.Томсон предложил построить температурную шкалу на термодинамической основе, ПРИНЯВ ЗА НУЛЕВОЕ ЗНАЧЕНИЕ температуру абсолютного нуля и обозначив температуру плавления льда +273,18К. Температура по этой шкале обозначается Т .

С января 1971 года была введена, как обязательная, международная практическая температурная шкала МПТШ-68. Температуры по МПТШ выражаются в градусах Цельсия, обозначаемых 0 С . По этой шкале тройной точке воды присваивается численное значение +0.01 0 С, а точка кипения воды +100 0 С. Кроме того МПТШ в качестве реперных точек приняты: тройная точка равновесного водорода 259,34 0 С точка кипения кислорода -182,962 0 С точка затвердевания цинка +419,59 0 С точка затвердевания серебра +961,93 0 С точка затвердевания золота +1064,43 0 С и др. при давлении 760 мм.рт.ст .

С января 1980 года введена термодинамическая температурная шкала ТДТШ. Основная единица термодинамической температуры Т названа Кельвин и обозначается символом К . Единица, принимаемая для вражения температуры по ТДТШ, равна единице по МПТШ, т.е. 1К 1 0 С. Разность температур может быть выражена либо в Кельвинах либо в градусах Цельсия, т.е. Т К t 0 C.

Соотношения между значениями температур по шкале Кельвина и Цельсия выражаются следующим образом:

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР

Температуру измеряют с помощью устройств, использующих различные термометрические свойства жидкостей, газов и твердых тел.

До последнего времени узаконенных терминов и их определений для устройства измерения температуры не существовало. Только в июле 1968 года был введен в действие новый ГОСТ 134-17-67, устанавливающий такие понятия. Приведем некоторые из них.

Термометром называют устройство прибор , служащее для измерения температуры путем преобразования ее температуры в показания или сигнал, являющийся известной функцией температуры.

Чувствительным элементом термометра называют часть термометра, преобразующую тепловую энергию в другой вид энергии для получения информации о температуре.

Различают термометры контактные и бесконтактные. Чувствительный элемент контактного термометра входит в непосредственное соприкосновение с измеряемой средой.

Пирометром называют бесконтактный термометр, действие которого основано на использовании теплового излучения нагретых тел.

Термокомплектом называют измерительную установку, состоящую из термометра, не имеющего собственной шкалы, и вторичного прибора, преобразующего выходной сигнал термометра в численную величину.

Существуют десятки различных устройств, применяемых в промышленности, при научных исследованиях и для специальных целей.

Ниже в таблице приведены наиболее распространенные устройства для измерения температуры и практические пределы их применения.

Таблица 1.

Термометрическое свойство

Полное название организации: ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ ТЕПЛОТЕХНИК, производственное объединение

Дополнительная информация

Данные об организации под номером 226719 в справочнике организаций Москвы содержат контактные данные компании: индекс и адрес Теплотехник ООО , производственное объединение из Москвы, график работы, телефон и факс организации, карту проезда, официальный сайт. Вы можете также связаться с представителями предприятия, отправив электронное сообщение.

Схема проезда к компании Теплотехник ООО

Комментарии запрещены.

Реклама