ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Тольяттинский государственный университет
Кафедра «Водоснабжение и водоотведение»
М.И. Деветерикова, л.Н. Козина
ТЕПЛОТЕХНИКА
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Тольятти 2007
УДК 536 (075.8)
ББК 31.3
Д 26
Д 26 Деветерикова М.И., Козина Л.Н. Лабораторный практикум по курсу общей теплотехники. – Тольятти: ТГУ, 2007. – 85 с.
Лабораторный практикум является учебным пособием для закрепления знаний по теплотехнике и развития исследовательских навыков студентов на базе учебно-исследовательских работ по прикладным темам курсов: «Теплотехника», «Техническая термодинамика», «Тепломассообмен», «Термодинамика и теплопередача», «Энергетические установки».
Практикум предназначен для студентов технических специальностей всех форм обучения.
Утверждено научно-методическим советом университета.
УДК 536 (075.8)
ББК 31.3
(с) Тольяттинский государственный университет, 2007
Содержание
1. Лабораторная работа № 1. Градуировка технических термопар……………….. 4
2. Лабораторная работа № 2. Определение показателя адиабаты………………… 9
3. Лабораторная работа № 3. Определение теплоёмкости воздуха……………… 15
4. Лабораторная работа № 4. Исследование кривой насыщения водяного пара…22
5. Лабораторная работа № 5. Определение коэффициента теплопроводности
теплоизоляционных материалов………………………………………………… 30
6. Лабораторная работа № 6. Определение коэффициента теплопроводности
металлов…………………………………………………………………………… 36
7. Лабораторная работа № 7. Определение коэффициента температуро-
проводности сыпучих материалов………………………………………………. 41
8. Лабораторная работа № 8. Определение коэффициента теплоотдачи в
условии свободной конвекции…………………………………………………... 47
9. Лабораторная работа № 9. Исследование теплопередачи в водо-водяном
теплообменнике…………………………………………………………………... 56
10. Лабораторная работа № 10. Истечение воздуха из суживающегося сопла…..62
11. Лабораторная работа № 11. Определение параметров влажного воздуха….. 69
12. Лабораторная работа № 12. Определение коэффициента излучения
твердого тела……………………………………………………………………. 78
Библиографический список.…………………………………………………….. 84
Приложение. Типовой бланк отчёта по лабораторной работе № 3……………. 85
Лабораторная работа № 1
Градуировка технических термопар
Цель работы: освоить методику измерения температур с помощью термопар, исследовать закономерности изменения термоЭДС от температуры; провести градуировку термопар.
1. Устройство и принцип действия термопар
Термопары в комплекте с измерительными приборами применяются для измерения температур от -100 до +1300ºС. В отдельных случаях они могут быть использованы для измерения и более высоких температур. Абсолютная точность измерения температур зависит главным образом от выбора электроизмерительной схемы для определения электродвижущих сил, развиваемых термопарой, и может быть достаточно высокой - до 0,05°С.
Из других достоинств термопар отметим возможность централизации контроля температур путем присоединения нескольких термопар через переключатель к одному прибору, а также возможность дистанционного измерения температур, что особенно ценно в промышленной практике.
Принцип действия термопары
(см. рис.1.1) основан на возникновении
термоЭДС в цепи, составленной из 2-х
разнородных проводников при создании
на
их спаях различных температур. Сваренные
или спаянные концы
термоэлектродов
образуют рабочий конец термопары, или
так называемый «горячий спай» 1,
погружаемый в среду, температура которой
измеряется. Два других конца термоэлектродов,
также спаянных вместе, образуют «холодный
спай» 2. На практике «холодный спай»
обычно разрывается и в цепь включается
прибор 3, измеряющий термоЭДС термопары
и отградуированный в соответствии с
типом термопары (см. табл. 1.1: ПР, ХК, ХА
и т.д.). Таким образом, «холодный спай»
как бы переносится внутрь
измерительного прибора (точка 2
).
2
2
1 4
3
2
2
Рис. 1.1. Схема термопары
Диаметр
проводников, используемых для изготовления
термопар, составляет 0,2
0,5 мм.
Если температуры «горячего» и «холодного» спаев термопары различны, то последняя развивает термоЭДС, не зависящую ни от длины, ни от диаметра термоэлектродов, ни от распределения температуры по их длине. ТермоЭДС термопары зависит только от материала электродов и разности температур горячего и холодного спаев.
Если поддерживать температуру холодного
спая термопары постоянной и равной t
,
то термоЭДС термопары будет зависеть
только от температуры t
рабочего конца. Однозначная зависимость
термоЭДС термопары от температуры
горячего спая t при
постоянстве температуры холодного спая
дает возможность использовать термопару
для измерения температур. При t
= t
термоЭДС термопары равна нулю.
ТермоЭДС различных пар металлов при одной и той же разности температур t и t сильно отличаются друг от друга. В табл.1.1 приведён перечень наиболее распространенных стандартных термопар.
Таблица 1.1. Стандартные термопары
Термопары |
Обозначение термопары |
Верхний температурный предел |
|
Длительное применение |
Кратковременное применение |
||
Платина-платинородий Платинородиевые Хромель-алюмель Хромель-копель Сплав НК-СА |
ПП-1 ПР 30/6 ХА ХК НК-СА |
1300 1600 1000 600 1000 |
1600 1800 1300 800 1000 |
Кроме вышеперечисленных термопар, в лабораторной практике применяются термопары медь-копель, медь-константан, железо-константан, вольфрам-рений, вольфрам-молибден и некоторые другие.
Для изготовления термопар используются обычно такие проводники, которые не изменяют физических свойств и химического состава при высоких температурах и длительной работе, обладают высокой термоэлектродвижущей силой, имеют линейную зависимость термоЭДС от температуры.
ТермоЭДС, возникающая в спае, очень мала. Поэтому для работы в комплекте с термопарой используются высокочувствительные измерительные приборы: потенциометры (компенсационного типа) и милливольтметры 3 (рис 1.1). При точных измерениях используются потенциометры.
Термопары обычно выпускаются с термоэлектродами длиной не более 2-3 мм. Однако практически часто приходится устанавливать измерительный прибор на значительном расстоянии от термопары. В таких случаях применяются компенсационные (удлинительные провода) 4 (рис.1.1). При этом в точках 2 на зажимах измерительного прибора могут возникнуть дополнительные термоЭДС, если в этих точках соединяются разнородные проводники. Чтобы исключить влияние дополнительных термоЭДС на показание прибора, употребляются соединительные провода из материала, которые в паре с термоэлектродами не дают термоЭДС. Практически в качестве компенсационных проводов можно использовать проводники с малым электрическим сопротивлением, например, медные.
Вновь изготовленные и прошедшие ремонт термопары подвергаются предварительной градуировке, а в дальнейшем, в процессе работы, – периодической поверке. В то время как стандартные термопары подвергаются только поверке.
Проградуировать термопару – значит найти зависимость термоэлектродви-жущей силы, развиваемой термопарой, от температуры горячего спая при постоянной температуре холодного спая t , равной 0°С. Градуировка заключается в сопоставлении показаний изготовленной и эталонной термопар. При низких температурах при градуировке используются показания образцового термометра.
Поверка термопары кроме градуировки включает в себя сравнение стандартной термопары с эталонной для определения её погрешности и пригодности к дальнейшей эксплуатации (допустимая погрешность технических термопар – 1%).
Градуировку можно осуществлять двумя способами: по постоянным точкам (точка таяния льда, кипения воды, а также плавления химически чистых веществ) или сравнением с показаниями эталонных (образцовых) приборов. Первый способ градуировки очень сложен и применяется для градуировки только эталонных термопар.
Если градуировка термопары проводится при температуре холодного
спая t , отличной от 0°С, то при построении градуировочной кривой необходимо ввести в показания милливольтметра поправку на температуру холодного спая. Поправка соответствует величине термоЭДС, которая возникает в градуируемой термопаре при температуре её горячего спая, равной температуре помещения, и холодного – 0°С. Учет этой поправки необходим и при эксплуатации термопар с температурой холодного спая, отличной от нуля. Обычно при эксплуатации учет поправки осуществляется установкой нуля милливольтметра, работающего в комплекте с термопарой, на температуру помещения, где расположен прибор и холодный спай термопары.
В настоящей работе проводится градуировка термопары вторым (сравнительным) способом в интервале измерения температур от 20° до 300°С.