МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И ТОРГОВЛИ ИМ. М.ТУГАН-БАРАНОВСКОГО

Кафедра холодильной и торговой техники

Теоретические основы теплотехники

Методические указания к выполнению лабораторных работ

по разделам «Техническая термодинамика», «Теплопередача»

для студентов специальностей 7.090221 «Оборудование

перерабатывающих и пищевых производств», 7.091711

«Технология питания» дневной и заочной форм обучения

Донецк 2005

М

ИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И ТОРГОВЛИ ИМ. М.ТУГАН-БАРАНОВСКОГО

Кафедра холодильной и торговой техники

В.В. Карнаух

Теоретические основы теплотехники

Методические указания к выполнению лабораторных работ

по разделам «Техническая термодинамика», «Теплопередача»

для студентов специальностей 7.090221 «Оборудование

перерабатывающих и пищевых производств», 7.091711

«Технология питания» дневной и заочной форм обучения

УТВЕРЖДЕНО

на заседании кафедры

холодильной и торговой техники

Протокол № 28 от 14.03.2005г.

ОДОБРЕНО

на заседании учебно-методического

совета университета

Протокол №___ от ______________

Донецк 2005

ББК 31.31я73

К 24

УДК 621.1.016(076.5)

Рецензенты:

канд. техн. наук, доцент Датьков В.П.

канд. техн. наук, доцент Антропова Л.Н.

Карнаух В.В.

К24 Теоретические основы теплотехники: Методические указания к выполнению лабораторных работ по разделам «Техническая термодинамика», «Теплопередача» для студентов специальностей 7.090221 «Оборудование перерабатывающих и пищевых производств», 7.091711 «Технология питания»

дневной и заочной форм обучения.- Донецк: ДонГУЭТ, 2005.- 63с.

Методические указания включают четыре лабораторные работы по разделу «Техническая термодинамика» и три лабораторные работы по разделу «Теплопередача». Каждая лабораторная работа соответствует определенной теме изучаемого курса и включает в себя подробный теоретический материал, описание экспериментальной установки, методику проведения эксперимента и анализ полученных результатов. Для самостоятельного изучения конкретной темы студенту предложены контрольные вопросы и перечень задач для решения.

ББК 31.31я73

 Карнаух В.В., 2005

 Донецкий государственный

университет экономики и торговли

им. М.Туган-Барановского, 2005

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Определение давления и разряжения U–образными манометрами

Цель работы: ознакомление с методикой опытного определения избыточного давления и разряжения U – образними манометрами с различными рабочими жидкостями.

Задание

1. Определить значение давления и разряжения при помощи U–образных манометров с различными рабочими жидкостями.

2. Составить отчет по выполненной работе.

Основные теоретические положения

Согласно молекулярно-кинетической теории газов, абсолютное или истинное давление есть сумма импульсов – ударов частиц тел о стенку сосуда в расчете на единицу поверхности в единицу времени и численно равно

, (1)

где m - масса частиц;

ω - средняя квадратная скорость движения молекул:

(2)

n - число молекул, заключенных в сосуде.

Различают давление абсолютное, избыточное и вакуумное. Термодинамическим параметром состояния является только абсолютное (истинное) давление. Абсолютное давление – давление, отсчитанное от абсолютного нуля или от абсолютного вакуума.

Давление окружающей среды называется атмосферным или барометрическим и измеряется с помощью барометра.

Избыток давления в сосуде по отношению к давлению окружающей среды называется избыточным или барометрическим. Измеряют это давление манометром. Недостаток давления в сосуде по отношению к давлению окружающей среды называется разряжением или вакуумом. Приборы, измеряющие это давление, называются вакуумметрами.

Абсолютное или истинное давление определяется суммой избыточного и барометрического давлений (рис.1):

(3а)

Если в сосуде давление ниже атмосферного, то имеет место разряжение. Разность между барометрическим и абсолютным давлением называется вакуумом, или разряжением, т.е.

(3б)

Рисунок 1- К определению абсолютного давления

Основные единицы измерения давления

Размер- ность Наимено-вание	кгс/см2	кгс/м2	мм. рт. ст.	м. рт. ст.	мм. вод. ст.	м. вод. ст.
1 физ. атм-ра	1,033	1,03·10	760	0,76	1,03·10	10,3
1 техн. атм-ра	1,0	1·10	735,6	0,735	1·10	10
1 бар	1,02	1,02·10	750	0,75	1,02·10	10,2

В системе СИ единицей измерения давления является Па (Паскаль)

1 бар = 1·10 Па, 1 Па = 1.

Простейшими приборами для измерения давления или разряжения являются U – образные манометры.

Принцип измерения давления с помощью U – образного манометра основан на непосредственном наблюдении разности уровней в рабочей жидкости.

Жидкостные приборы для измерения давлений основаны на использовании основной формулы гидростатики:

(4)

где р₁ – абсолютное давление, Па;

р₀ – давление атмосферное, Па;

h – высота столба жидкости,м ;

ρ – плотность жидкости, применяемой в приборе, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с².

В качестве рабочей жидкости могут применяться вода, спирт и др. На рисунке 2 изображен сосуд, оснащенный U – образным манометром. Пусть давление в сосуде равно р₁, а р₀ – атмосферное давление, причем р₁>р₀. Под действием разности давлений (р₁-р₀) жидкость в правом колене манометра поднимается и уравновешивается избыток давления в сосуде.

Рисунок 2- Определение давления U – образным манометром

Из рисунка 2 следует:

, (5)

, (6)

где F – площадь поверхности, на которую оказывается давление, м²;

h - высота столба жидкости, м.

Из формулы (6) следует, что высота столба жидкости h прямо пропорциональна разности давлений в сосуде и наружной среды и обратно пропорциональна плотности жидкости.

Если разность давлений принять 1 бар, то высота при наполнении трубки ртутью будет равна:

При наполнении трубки водой:

.

Для определения значения давления и разряжения при помощи U – образных манометров с различными рабочими жидкостями воспользуемся экспериментальной установкой, схема которой представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема экспериментальной установки: 1- U – образные манометры с различными жидкостями; 2- гребенка с двухходовыми кранами; 3- общий 3-х ходовой кран; 4 - воздушный ресивер для предотвращения пульсаций давлений при нагнетании или вакууммировании системы; 5-манометр пружинный; 6- компрессор; 7-жидкостная ловушка; 8-кран