Вступ icon

Вступ




НазваВступ
Сторінка1/6
Дата10.07.2012
Розмір0.58 Mb.
ТипДокументи
  1   2   3   4   5   6

ЗМІСТ





с.

Вступ…………………………………………………….

4

1. Лабораторна робота 1. Технічне вимірювання термічних параметрів стану реального газу..…………..


5

2. Лабораторна робота 2. Експериментальне визначення ізобарної теплоємності повітря методом проточного калориметрування...……………………………………..



17

3. Лабораторна робота 3. Дослідження процесу адіабатного витікання газу через звужуюче сопло………………………………………………………



23

4. Лабораторна робота 4. Аналіз процесу стиснення в охолоджувальному компресорі…………………………


31

5. Лабораторна робота 5. Дослідження кривої насичення водяної пари методом вакуумування…………………..


39

6. Лабораторна робота 6. Аналіз процесу адіабатного насичення вологого повітря…………………………….


46

7. Лабораторна робота 7. Аналіз когенераційної паротурбінної енергоустановки ………………………..


53

8. Лабораторна робота 8. Аналіз підвищувального термотрансформатора…………………………………..


63

Список літератури………………………………………..

70

ВСТУП


Методичні вказівки призначені для студентів фахового спрямування «Енергомашинобудування» і «Теплоенергетика».

Метою лабораторних робіт є поглиблення знань основних положень технічної термодинаміки – науки, що вивчає закономірності перетворення енергії в теплотехнічних системах.

Постановка лабораторних робіт базується на використанні основних законів термодинаміки і включає дослідження термодинамічних властивостей речовин (роботи 1, 5), реальних процесів течії (роботи 2, 3), в робочих машинах (робота 4), з вологим повітрям (робота 6), а також, –циклів теплоенергетичних установок і термотрансформаторів (роботи 7, 8).

Особлива увага при виконанні лабораторних робіт приділяється отриманню навичок в проведенні теплотехнічних експериментів (косвений метод дослідження) і при обробці результатів на основі побудови термодинамічних моделей реальних процесів.

Кожна лабораторна робота розрахована на чотирьохгодинне заняття в спеціалізованій лабораторії технічної термодинаміки кафедри технічної теплофізики і передбачає двохгодинну самостійну підготовку за рекомендованою літературою у відповідності з рекомендаціями методичних вказівок.


^ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 1


Технічне вимірювання термічних параметрів

стану реального газу


    1. Завдання


Вивчення методів вимірювання температури і тиску. Експериментальне визначення термічних параметрів стану з урахуванням похибки приладів. Визначення за дослідними даними густини реального газу в досліджуваному об'ємі і оцінка точності результату непрямого вимірювання.


    1. ^ Загальні положення


В додатках термодинаміки розглядають, як правило, прості теплотехнічні системи, внутрішній стан яких однозначно визначається трьома інтенсивними параметрами: тиском Р, температурою Т і питомим об'ємом (або густиною ). Тиск Р є силою, діючою за нормами до поверхні тіла і віднесену до одиниці площі цієї поверхні. Згідно з Міжнародною системою вимірювань (SI), тиск вимірюється в паскалях:

1 Па = 1 Н/м2 = 1 кг/(м/с2)

Ряд одиниць тиску, що застосовуються наступні:


1 техн. атм. = 1 кгс/см2 = 10 м в.с =735,55 мм р.с.=0,980665 бар;


1 бар = 0,1 МПа=100 кПа=100000 Па=750,06 мм р.с.=10,1972 м в.с.

Для вимірювання тиску використовуються різні типи манометрів:

- рідинні U-подібні;

- вантажнопоршневі еталонні;

- деформаційні;

- манометри електроопору;

- п’єзокварцеві, тензометричні, місткістні.


Всі манометри вимірюють надмірний тиск Рн, який дорівнює різниці між абсолютним Р і барометричним тиском В.


Р = Рн + В. (1.1)


Якщо абсолютний тиск менше барометричного (Р<В), то вимірюється розрідження (вакуум) і прилад називається вакуумметром

Р = В – Рвак (1.2)


При точних вимірюваннях тиску враховуються приладові похибки манометрів і вводять коректуючі поправки.

Факт встановлення термічної рівноваги (Нульовий закон термодинаміки) доводить існування нового параметра стану – температури Т – і дозволяє визначити її шляхом вимірювань. Для вимірювання температури використовують різні побічні методи: про зміну температури судять по зміні будь яких властивостей термометричної речовини. Приладом, за допомогою якого створена Міжнародна практична температурна шкала (МПТШ – 68), є газовий термометр постійного об'єму. Теоретичною передумовою, що дозволяє використовувати газовий термометр, є наявність функціональної залежності між тиском ідеального газу в посудині з постійним об'ємом
(Vо = const) і абсолютною температурою:


Р/Ро = Т/То. (1.3)


Цей закон виведено на підставі молекулярно-кінетичної теорії питомого газу (Ро>0) і тому дозволяє практично реалізувати створення абсолютної температурної шкали, існування якої визначається Другим законом термодинаміки. Одиницею температури затверджений Кельвін (К), який дорівнює 1/273,16 частини термодинамічної температури потрійної точки води. Отже, потрійній точці води відповідає значення 273,16 К. Другою реперною (базою) точкою є точка абсолютного нуля температури. (Ці реперні точки – основа МПТШ – 68). Допускається застосовувати температуру Цельсія (стоградусна шкала, що має дві реперні точки: температуру плавлення льоду і кипіння води при тиску 1 атм = 760 мм рт.ст.), що визначається за виразом:

t = T – 273,16, С (1.4)

Температура Цельсія t, таким чином, є температурною різницею відносно фіксованої температури То = 273,16 К і тому
1оС= 1 К. За умови, що тиск у посудині газового термометра
Ро> 0 (це досягається вакуумуванням об'єму Vо) для будь-яких газів аргон, азот, водень, гелій і ін.) виконується умова:


(1.5)


Отже, температура ідеального газового термометра не залежить від властивостей газу як термометричної речовини і тому дозволяє відтворити абсолютну температурну шкалу.

Незважаючи на принципову простоту газового термометра, його виготовлення і використання є надзвичайно складним. З цієї причини газовий термометр служить первинним еталоном для порівняння і уточнення МПТШ. Своєрідними «охоронцями» цієї шкали є постійні температури фазової рівноваги між двома або трьома фазами чистої речовини –реперні точки (табл.1.1).

Замість основних реперних точок в МПТШ-68 зафіксовано і 30 вторинних базових точок, що дозволяють фіксувати температурний інтервал від 13,81 до 6300 К.

В практиці теплотехнічних вимірювань застосовують такі прилади:

- скляні рідинні термометри;

- термоелектричні термометри (термопари);

- термометри опору;

- гелієві конденсаційні термометри;

- фотоелектричні пірометри;

- акустичні термометри.

Будь-який термометр фіксує свою власну температуру і тому при зміні температури необхідно забезпечити термічну рівновагу між термометром і досліджуваною системою (газом, рідиною, твердим тілом), тобто усунути або урахувати приладові і методичні похибки.


Таблиця 1.1 – Основні реперні точки МПТШ – 68

Рівноважний стан

Т, К

t, оС

Потрійна точка урівноваженого водню

13,81

-259,34

Точка кипіння урівноваженого водню при тиску 33,380 кПа
(259 мм рт.ст.)

17,042

-256,108

Точка кипіння урівноваженого водню

20,28

-252,87

Точка кипіння урівноваженого неону

27,102

-246,048

Потрійна точка кисню

54,361

-218,789

Точка кипіння кисню

90,188

-182,962

Потрійна точка води

273,16

0,01

Точка кипіння води

373,15

100

Точка затвердіння цинку

692,73

419,58

Точка затвердіння срібла

1235,08

961,93

Точка затвердіння золота

1337,58

1064,43


В якості третього параметра стану виступає питомий об'єм (або густина) – питома інтенсивна величина:


, (1.6)


яку отримуємо шляхом розподілу об'єму системи V на її масу m. На відміну від екстенсивних величин V і m, питомий об'єм 3/кг) однаковий для будь-якої частини урівноваженої гомогенної системи.

Відомо, що для питомого газу (граничний стан при Ро>0) справедливе рівняння стану, що має вигляд :


, (1.7)

де р – абсолютний тиск, Па;

V – об'єм, зайнятий газом, м3;

m – маса газу, кг;

Т – термодинамічна температура газу, К;

Rµ - універсальна газова стала для кілограм-моль будь-якого газу і дорівнює 8314,3±1,1 Дж/(кмольК);

µ - молярна маса газу, кг/моль.

При переході до питомих параметрів, згідно рівняння (1.6), співвідношення (1.7) перетвориться у рівняння Клапейрона:


(1.8)


де R=(Rµ) – газова стала, Дж/(кгК).

Теоретично обґрунтованим для реального газу і рідини є рівняння стану у вириальній формі (рівняння Майєра-Боголюбова), представлене розкладанням коефіцієнта стискування z(Т, ?) у нескінченний ряд по ступенях густини
(1/ ?):


(1.9)


де В, С, D - відповідно другий, третій, четвертий і т.д. вириальний коефіцієнт, що враховує взаємодію 2, 3, 4 і т.д. молекул.

Через складність обчислення вириальних коефіцієнтів їх звичайно обчислюють полуемпірично, використовуючи для узагальнення принцип відповідних станів. Узагальнена z,  – діаграма для визначення коефіцієнта стисливості газу наведена у додатку.


      1. Пристрої для вимірювання тиску:




  • рідинний манометр




Рисунок 1.1 – Рідинний манометр


  • вантажопоршневі манометри



Рисунок 1.2 – Вантажопоршневий манометр


Найпростіший вантажопоршневий манометр представлений на рисунку 1.2. Робочими частинами манометра є циліндр 1 і поршень 2 з тарілкою 3, на яку можна положити вантаж. Поршень чітко пригнано до циліндра, так що зазор між ними складає 1-2 мкм. Під поршень манометра залито масло. Площа поршня дорівнює 1 см2, тому кожний кілограм вантажу, покладеного на тарілку манометра, створює тиск масла
1 кгс/см2. Для подачі масла служить гвинтовий прес 4. Вимірювання тиску проводиться під час обертання поршня і тарілки з вантажем; при цьому невелика кількість масла витікає через зазор між поршнем і циліндром в чашку 5, забезпечуючи надійне змазування поверхонь, що труться.


  • деформаційні манометри



Рисунок 1.3 – манометр з трубчатою пружиною


Найбільше розповсюдження одержали манометри прямої дії, в яких переміщення чутливого елементу визиває переміщення стрілки пристрою. В якості прикладу на рис. 1.3 відображена принципова схема манометра прямої дії.

- манометри електроопору

Для вимірювання дуже великих тисків – 200 МПА. Зміну опору проволоки від тиску.

- п’єзокварцеві

Для вимірювання швидкозмінюючого тиску. Явище виникнення електричного заряду при стисненні кварцу.

- тензометричний

Наклеюється на трубу.

- ємнісні

Прогин мембрани, яка є однією з обкладинок конденсатора, призводить до зміни ємності.

- скляні рідинні манометри


1.2.2 Пристрої для вимірювання температури


скляні термометри

Принцип дії скляних рідинних термометрів заснований на різниці теплового розширення термометричної рідини і скла термометра. Такі термометри застосовуються для вимірювання температур в інтервалі від – 200 до + 750оС. Хоча для заповнення рідинних термометрів використовуються різноманітні рідини, але найбільше поширення одержали ртутні термометри.

Серед ртутних термометрів, що випускає промисловість, в лабораторіях можуть знайти застосування термометри для точних вимірювань і так звані лабораторні термометри.

Термометри для точних вимірювань випускають для вимірювання температур в інтервалі від 0 до 500оС; ціна поділок і похибок вимірювань коливаються для різних термометрів від 0,01 до 0,1оС:

от 0 до 60оС…………………………….0,01 оС

от 55 до 155оС………………………….0,02 оС

от 140 до 300оС………………………...0,05 оС

от 300 до 500оС…………………………0,1оС.

Лабораторні термометри змінюють температуру від -30 до +600оС з похибкою від 0,2 до 6оС:


  • термоелектричні термометри


Термоелектричні термометри (термопари) одержали виключно широке поширення як в лабораторній практиці, так і в промисловості.

Термопара представляє собою два різнорідних провідника (проволоки різного матеріалу), що складають загальний електричний ланцюг (рисунок 1.4). Якщо температури місць сполучення (спаювання) провідників Т і То неоднакові, то виникає термо-ЕРС і по ланцюгу протікає струм. Термо-ЕРС тим більше, чим більша різниця температур спаювання. При цьому температура в проміжних точках провідників не чинить впливу на значення ЕРС, якщо провідники однорідні. По термо-ЕРС роблять висновки про температуру спаювання.

Основне правило роботи с термопарами (яке можна строго доказати) заклечається в наступному: якщо в ланцюг термопари включається який-небудь третій однорідний провідник, кінці якого мають однакову температуру, це не впливає на виникаючу термо-ЕДС. Останнє дає можливість включати в ланцюг термопар пристрій, що вимірює термо-ЕДС.



Рисунок 1.4 – Термоелектричний ланцюг, що складається із двох різнорідних провідників


Електродами термопари служить проволока діаметром 0,1-3,2 мм.

В лабораторній практиці знайшли застосування такі термопари:

Платинородій-платинова термопара. Матеріалом одного електрода цієї термопари є сплав платини (90%) і родія (10%), другої – чиста платина. Така термопара є робочим еталоном, що відтворює одиницю температури – кельвін – в інтервалі від 630,74 до 1064,43оС. Платинородій-платинова термопара використовується для вимірювання температури в інтервалі від 0 до 1300оС, а короткочасно – до 1600оС.

Платинородієва термопара. Матеріал одного електрода цієї термопари – платинородій – сплав зі змістом 30% родія, а матеріал другого електрода – платинородний – з вмістом 6% родія. Такі термопари застосовуються для вимірювання температур від 300 до 1600оС (короткочасно – до 1800оС).

Вольфрам ренієва термопара. Електроди цієї термопари виготовлені зі сплаву вольфраму і ренію.


термометр опору

Самий точний в інтервалі 13,81 до 903,89К. Ефект збільшення опору платинової проволоки з підвищенням температури.


гелієвий конденсаційний термометр

Державний спеціальний еталон, призначений для відтворення і зберігання одиниці температури в діапазоні від 0,8 до 4,2К, є гелієвий конденсаційний термометр. Принцип дії цього термометра заснований на залежності тисків насичення від температури рівноважної системи рідини – пара. Вимірявши тиск двохфазної системи, можна зп відомою залежністю Тн (р) визначити температуру.


фотоелектричний пірометр

Для вимірювання високих температур зазвичай приймають пірометри. Принцип дії пірометрів заснований на формулі Планка – залежності спектральної густини енергії випромінювання чорного тіла від температури і довжини хвилі. Вимірявши густину енергії чорного тіла при двох температурах – вимірювальної Т і температури затвердіння золота То=1337,58К (табл. ) – при одній і тій.


акустичні

Засновані на залежності швидкості звука від температури

.

    1. ^ Експериментальна установка


Експериментальне устаткування включає балон з досліджуваним газом і комплект сучасних теплотехнічних приладів для вимірювання тиску і температури газу.


    1. ^ Проведення експерименту


– вивчення конструкції приладів і аналіз похибок;

– вимірювання тиску і температури;

– визначення коефіцієнта стискування z(?, ?).


Таблиця 1.2 – Результати вимірювань і розрахунків

Комплект теплотехнічних

приладів

t

Pн

z

T

p

z

?

??




оC

ат

-

К

бар

-

кг/м3

%


Для визначення термічних параметрів використовують дослідні виміри температури t і тиску Рн, залежність (1.1), (1.4), (1.9) і узагальнену z, ? – діаграму. Абсолютні максимальні похибки приладів ∆Т і ∆Р встановлюють за класом точності.

При вимірюванні атмосферного тиску ртутним барометром, необхідно врахувати зміну густини ртуті від температури. Приведення показників В барометра до 0оС обчислюється за формулою (1.10):

Вірогідна похибка непрямого вимірювання густини:

(1.10)

де Т – абсолютна похибка вимірювання температури, оС;

р – абсолютна похибка вимірювання тиску, ат;

z - абсолютна похибка вимірювання коефіцієнту стискування.


    1. ^ Звіт по роботі:


– постановку задачі;

– принципову схему експериментальної установки;

– таблицю вимірювань і розрахунків;

– оцінку похибки експерименту.

  1   2   3   4   5   6

Схожі:

Вступ iconМодуль а заняття №1 Вступ. Предмет, завдання й методи науки про мову
Кочерган М. П. Вступ до мовознавства : підручник. / М. П. Кочерган. – К. Вц „Академія”, 2008. – с. 7 – 16
Вступ iconДокументи
1. /Вступ до метаф_зики/вступ до метаф_зики Зм_ст.doc
2. /Вступ...

Вступ iconДокументи
1. /Вступ до метаф_зики/вступ до метаф_зики Зм_ст.doc
2. /Вступ...

Вступ iconГрабко В. В. Вінницький національний технічний університет Вступ
Вступ. Відомо, що в процесі експлуатації ізоляція обмоток електричних машин під дією температури втрачає свої властивості, внаслідок...
Вступ iconЗміст вступ
Вступ
Вступ iconПрограма навчальної дисципліни «Вступ до фаху»
«Вступ до фаху» є складовою циклу професійної та практичної підготовки, яка входить до навчального плану підготовки студентів напрямку...
Вступ iconРобоча програма з навчальної дисципліни " Вступ до перекладознавства " для студентів ІІ курсу інституту мов світу зі спеціальності "Прикладна лінгвістика" (заочна форма навчання)
Теоретичний курс «Вступ до перекладознавства» є частиною курсу професійно-орієнтованих дисциплін, який присвячено провідним аспектам...
Вступ iconРобоча програма з навчальної дисципліни «Вступ до перекладознавства» для студентів 2 курсу інституту мов світу зі спеціальності "Переклад" (за вимогами кредитно-трансферної системи)
Дисципліна «Вступ до перекладознавства» є частиною курсу професійно-орієнтованих обов’язкових дисциплін, який присвячено провідним...
Вступ iconКонспект лекцій з дисципліни " Вступ до спеціальності"
Конспект лекцій з дисципліни «Вступ до спеціальності» (для студентів 1 курсу спеціальності 050100 "Економіка підприємства") Авт....
Вступ iconФ. В. Стольберг конспект лекцій з дисципліни «вступ до фаху»
Конспект лекцій з дисципліни «Вступ до фаху» ( для студентів 1-го курсу денної форми навчання напряму підготовки 040106 «Екологія,...
Вступ iconРобоча програма та методичні вказівки з дисципліни " Вступ до вищої освіти" для студентів заочного факультету, які навчаються за напрямом
Навчальна дисципліна "Вступ до вищої освіти" є вибірковою (за вибором навчального закладу) І входить до циклу дисциплін професійно-практичної...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи