vchilka.in.ua 1 2 ... 10 11



Міністерство освіти і науки України

Запорізька державна інженерна академія



І.Г. Яковлєва

І.А. Назаренко


А.В. Лисак


ТЕПЛОМАСООБМІН


МетодичнІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

для студентів напряму

0905 „ Енергетика”

Запоріжжя


2009


Міністерство освіти та науки України

Запорізька державна інженерна академія

ТЕПЛОМАСООБМІН

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт

для студентів напряму

0905 „ Енергетика”

Рекомендовано до видання

на засіданні кафедри ТЕ

протокол №

від „ ” 2009 р.

Тепломасообмін – Методичні вказівки для виконання лабораторного практикуму для студентів напряму 0905 „Енергетика”/Уклали І.Г. Яковлєва, І.А.Назаренко, А.В. Лисак – Запоріжжя, 2009, 82с.

Методичний посібник призначен для студентів напряму 0905 „Енергетика”, які вивчають дисципліну „Тепломасообмін” для практичного використання.

Укладачі: д.т.н., проф. І.Г. Яковлєва

аc. І.А.Назаренко

аc. А.В. Лисак

Відповідальний за випуск: завідувач кафедрою ТЕ

проф. Яковлєва І.Г.

ВСТУП

У підготовці висококваліфікованих фахівців|спеціалістів| велике значення має практична робота студента в лабораторії, в процесі якої він більш глибоко засвоює теоретичний матеріал і одержує|одержує| навички|навички| самостійних досліджень і аналізу їх результатів.

Грамотна експлуатація та управління процесами, зокрема тепломасообмінними, в енергетиці в значній мірі залежать від модельних досліджень (експериментів).


Експериментальне вивчення процесів тепломасообміну можна проводити або на конкретних промислових пристроях чи агрегатах в натурних умовах (натурний експеримент), або на моделях, які спеціа­льно створюються (модельний експеримент).

Використання при вивченні процесів тепломасообміну натурних об'єктів по ряду причин недоцільно, а інколи просто неможливо. Тому експериментальне вивчення тепомасообміну базується на широкому використанні моделей.

Лабораторний практикум є|з'являється| обов'язковою складовою частиною ряду|низки| учбових курсів, у тому числі і тепломасообміну|.

Кожна лабораторна робота даної методичної вказівки містить|утримує| основні теоретичні положення|становища|, докладний опис дослідної установки, лад|порядок| проведення експерименту і методику обробки результатів дослідів, а також контрольні питання. У методичних вказівках містяться|утримуються| основні рекомендації по оформленню звіту по лабораторних роботах, а також короткі основи теплофізичних | вимірювань|вимірювань|.

Об'єм|обсяг| і вміст|зміст| лабораторних робіт відповідає учбовій програмі дисципліни «Тепломасообмін» для студентів напрямунапряму напряму |напряму| 6.090500 «Енергетика»: спеціальностей «Теплоенергетика», «Гідроенергетика».
ЗМІСТ

ВСТУП

5

1. Вимоги до виконання лабораторних робіт

6

2. Основи теплофізичних вимірів

7

3. Лабораторний практикум

15

Лабораторна робота №1 Визначення коефіцієнта теплопровідності твердого тіла методом плоского горизонтального шару

15


Лабораторна робота №2 Визначення коефіцієнта теплопровідності твердого тіла методом пластини

22

Лабораторна робота №3 Визначення коефіцієнтів температуропроводности і теплопровідності сипких тіл методом регулярного режиму

28

Лабораторна робота №4 Дослідження тепловіддачі горизонтальної труби при вільному русі повітря

35

Лабораторна робота №5 Дослідження тепловіддачі вертикальної труби при вільному русі повітря

43

Лабораторна робота №6 Визначення коефіцієнта тепловіддачі пучка круглих труб, омиваних поперечним потоком повітря

52

Лабораторна робота №7 Дослідження тепловіддачі при вимушеній течії в трубах і каналах

62

Лабораторна робота №8 Дослідження охолодження тіла при різних умовах

66

Лабораторна робота №9 Визначення коефіцієнта випромінювання поверхні твердого тіла калориметричним методом

73

Перелік посилань

82


1 Вимоги до виконання лабораторних робіт
1.1 Правила роботи студентів у навчальній лабораторії кафедри

1.1.1 До роботи у навчальній лабораторії допускаються студенти, які пройшли інструктаж з техніки безпеки (ТБ) з відповідною відміткою в журналі з ТБ.

1.1.2 Відповідальним за виконанням правил роботи студентів є викладач.


1.1.3 Перед початком роботи студент зобов'язаний ознайоми­тись з описанням установки та порядком проведення експерименту. Вмикати установку дозволяється тільки у присутності викладача.

1.1.4 При завершенні експерименту не дозволяється залишати під напругою лабораторну установку.

1.1.5 Після завершення експерименту студент зобов'язаний ви­мкнути електроживлення, привести в порядок робоче місце.

1.1.6 Забороняється:

- приступати до експерименту в лабораторії кафедри без оде­ржання інструктажу.

- вмикати установку без дозволу викладача та не ознайомившись з її описанням та інструкцією користування приладом чи установкою;

-проводити роботу при наявності сторонніх предметів на лабораторному столі:

- вмикати будь-які інші прилади чи установки, які не відносяться до лабораторної роботи, яку виконує студент.

1.1.7 Студенти, які порушують встановлені правила, усуваються від виконання експерименту і допускаються до виконання наступних робіт тільки з дозволу викладача, який відповідальний за прове­дення лабораторних робіт.

1.1.8 Студенти, що виконують експеримент, працюють на міс­цях, які вказуються викладачем.

1.2 Основні вимоги

1.2.1 Приступаючи до лабораторних занять студент зо­бов'язаний вивчити перший розділ даних методичних вказівок та ввідну частину щодо методів дослідження параметрів тепломасообмінних процесів.

1.2.2 Перед виконанням лабораторної роботи студент зобов'язаний ознайомитись з її основними теоретичними положеннями і скласти в стислій формі конспект (заготовку майбутнього звіту), що містить:

- тему (назву) лабораторної роботи;

- мету роботи та програму дослідження;

- схему лабораторної установки (або приладу) та її описання;

- таблиці для занесення результатів (вимірювань) та розрахунків (результатів обробки експерименту);

- необхідні розрахункові співвідношення або рівняння, під якими необхідно вказати; назву величини, розмірність або одиницю вимірювання величини в даній формулі, фізичну сутність величин, де взято числове значення величин у формулах;


- відповіді на контрольні питання, які розміщують в кінці ко­жної лабораторної роботи.

1.2.3 Контроль підготовки студента до експерименту проводиться викладачем перед початком кожної роботи опитуванням (або за тестами).

1.2.4 Приступити до експерименту студент може тільки при на­явності заготовки звіту за цією роботою, позитивної оцінки при опи­туванні та оформлення звіту за попередньою роботою.

1.2.5 Звіт з лабораторної роботи має містити принципову схему установки; всі формули та залежності, які відносяться до даного до­слідження; результати спостережень та наступних обчислень, які зво­дяться до відповідних таблиць; підсумкові графіки експерименту та розрахунків; головні висновки, що зроблені студентом внаслідок про­ведення експерименту, та порівняння його результатів з теоретичними розрахунками.

1.2.6 Захист виконаної роботи проводиться індивідуально при наявності звіту, який оформлено відповідним чином.

1.2.7 Для виконання експерименти та успішного захисту роботи студенту необхідно знати основні поняття по метрології.

Студент зобов'язаний провести класифікацію вимірювань в експерименті; чітко розрізняти основні види похибок вимірювань і бути готовим до аналізу джерел систематичних похибок. Користуючись паспортними і довідковими даними, за вказівкою викладача студент зобов'язаний надати повну характеристику вимірювальних засобів і приладів, які використовуються в експерименті. Точність обробки результатів вимірювань має бути узгоджена з точністю самих вимірювань.

2 Основи теплофізичних| вимірів|вимірювань|

2.1 Вимір|вимірювання| тиску

|тиснення|

Тиск належить до поширених вимірюваних теплофізичних величин і є нормально розподіленою силою, що діє з боку одного тіла на одиницю поверхні іншого. Одиницею виміру тиску в системі СІ є Паскаль (Па), який дорівнює тиску, створеному силоміць в 1 ньютон і що діє на площу в 1 м2. Співвідношення між іншими одиницями виміру тиску приведені в таблиці 2.1.


Таблиця 2.1 - Одиниці виміру|вимірювання| тиску|тиснення|

Одиниця

Па

Бар

кгс/см2

кгс/м2(мм вод. ст.)

мм рт. ст.

1 Па

1 Бар

1 кгс/см2

1 мм вод. ст.

1 мм рт. ст

1

105

9,8066*104

9,8066

133,32

10-5

1

0,98066

0,98066*10-4

1,3332*10-3

1,0197*10-5

1,0197

1

10-4

1,3595*10-3

0,10197

1,0197*104

104

1

13,595

7,5006*10-3

750,06

735,56

7,3556*10-2

1

При вимірах|вимірюваннях| розрізняють абсолютний, надлишковий|надмірне| і вакууметричний| тиск|тиснення|. Під абсолютним тиском|тисненням| розуміють повний|цілковитий| тиск|тиснення|, який дорівнює сумі атмосферного і надлишкового|надмірного| :
.

Поняття вакуумметричного| вводять|запроваджують| при вимірі|вимірюванні| тиску|тиснення|, нижче атмосферного:
.

Засоби|кошти|, призначені для виміру|вимірювання| тиску|тиснення| і різниці тиску|тиснення|, називаються манометрами. Останні підрозділяються на барометри, манометри надлишкового|надмірного| тиску|тиснення|, вакуумметри і манометри абсолютного тиску|тиснення| залежно від вимірюваного ними відповідно атмосферного, надлишкового|надмірного|, вакууметричного| і абсолютного тиску|тиснення|. Диференціальні манометри призначені для виміру|вимірювання| різниці тиску|тиснення|.


При проведенні теплофізичних| експериментів найбільшого поширення|розповсюдження| набули рідинні манометри, в яких вимірюваний тиск|тиснення| або різниця тиску|тиснення| врівноважується|зрівноважує| тиском|тисненням| стовпа рідини. Більшість рідинних манометрів мають видимий рівень робочої рідини, по якому проводиться|виробляє| безпосереднє зняття показань|показань|.

Двотрубні рідинні манометри

Принципова схема двотрубного (U - образного) рідинного манометра представлена|уявляти| на рисунку 2.1. У приладі використовується принцип сполучених сосудів, в яких рівні робочої рідини збігаються при рівності тиску|тиснення| над ними, а при нерівності займають|позичають| таке положення|становище|, коли надлишковий|надмірний| тиск|тиснення| в одному з сосудів врівноважується|зрівноважує| гідростатичним тиском|тисненням| надлишкового|надмірного| стовпа рідини в іншому.

Дві скляні трубки|люльки|, що вертикально сполучаються, 1, 2 закріплені на металевій або дерев'яній підставі|заснуванні| 3, до якого прикріплена|скріпляти| шкальна пластинка|платівка| 4. трубок|люльки| заповнені робочою рідиною до нульової відмітки. У трубку|люльку| 1 подається вимірюваний тиск|тиснення|, трубка|люлька| 2 сполучена з|із| атмосферою. При вимірі|вимірюванні| різниці тиску|тиснення| до обох трубок|люльок| підводиться вимірюваний тиск|тиснення|.

Стовп рідини висотою h врівноважує|зрівноважує| різницю тиску|тиснення|:
,
і відповідно

де ρ - щільність робочої рідини.


Рисунок 2.1 – Схема двотрубного рідинного манометра

Двотрубні (U - образні) рідинні манометри з|із| водяним заповненням використовуються для виміру|вимірювання| тиску|тиснення|, розрядки, різниці тиску|тиснення| повітря і неагресивних газів в діапазоні. При ртутному заповненні межі вимірів|вимірювань| розширюються до 0,1 МПа.

Мікроманометри

Для виміру тиску і різниці тиску до 3 кПа (300 кгс/м2) використовуються мікроманометри, що є різновидом однотрубних манометрів. Найбільш поширеним є лабораторний мікроманометр типа ММН з похилою вимірювальною трубкою (рис.2.2).



Рисунок 2.2 – Схема мікроманометра
Показання |показання| мікроманометра визначаються по довжині стовпчика робочої рідини n у вимірювальній трубці|люльці| 1, що має кут|куток| нахилу :
,
де коефіцієнт, що змінюється від 0,2 – 0,8.

При зміні щільності робочої рідини необхідно використовувати наступну|слідуючу| формулу для визначення вимірюваної різниці тиску|тиснення|:
,
де - щільність іншої використовуваної робочої рідини.
2.2 Вимір|вимірювання| температури

Температура – величина, що характеризує ступінь|міру| нагріву тіла. Залежно від вимог точності, особливостей процесу і діапазону вимірюваних температур в теплотехніці застосовують термометри розширення, термоелектричні термометри, термометри опору, пірометри.
Термометри розширення

Одним з різновидів термометрів розширення є скляні рідинні термометри. Найчастіше ртутні термометри, що використовуються, вживані для постійних і періодичних вимірів температур в інтервалі - 35…600оС. При цьому температура вимірюваної середи визначається по зміні об'єму термометричної рідини (ртуть), який отградуйован в градусах Цельсія.
Термоелектричні термометри

Діапазони виміру температури за допомогою термоелектричних термометрів (термопар) залежать від матеріалів провідників, з яких вони виготовлені. Найчастіше використовують хромель-копелеві термопари (ХК), що мають наступні межі вимірів до 600оС.


Термопара (рис.2.3) складається з двох неоднорідних провідників, з’єднаних|з'єднаних| з одного кінця (робочий спай).

При нагріві робочого спаю в ланцюзі, утвореному провідниками і вимірювальним приладом, виникає термоелектрорушійна сила (ТЕРМО-ЕРС). Величина її залежить від температури робочого кінця термопари, а також температури вільних кінців її провідників і вимірюється за допомогою потенціометрів. Для перекладу ТЕРМО-ЕРС (mV) в одиниці виміру температури (оС) існують градуювання для кожного виду термопари, які розраховані на температуру вільних спаїв 0оС.

Якщо температура вільних спаїв (навколишнього середовища) відмінна від нуля, необхідно робити|чинити| поправку на температуру вільних спаїв.



следующая страница >>