Измерение тепловых потоков

Правила по технике безопасности

1. Перед проведением лабораторной работы необходимо уяснить содержание поставленной задачи экспериментального исследования, ознакомиться с основами теории изучаемого явления и физической сущностью измеряемых величин.

2. Включение и выключение лабораторной установки производится преподавателем.

3. Во избежание несчастных случаев запрещается заходить за имеющиеся ограждения, трогать приборы, расположенные за лицевой частью установки, облокачиваться на приборы.

4. Запрещается оставлять без надзора включенную установку.

5. В процессе выполнения работы необходимо строго выдерживать указанную в данных методических указаниях последовательность операций и заданные режимы.

6. Результаты измерений в каждом режиме необходимо показать преподавателю и только после этого переходить к следующему режиму.

7. Ознакомившись с правилами по технике безопасности, расписаться в журнале.

Теплотехнические измерения

Все теплотехнические измерения можно разделить на прямые и косвенные. Прямые измерения производятся с помощью специальных приборов, градуированных в единицах искомых величин. Например, прямое измерение температуры осуществляется с помощью термометра, отградуированного в °С. При косвенных измерениях значения искомой величины находятся на основании прямых измерений физических величин, связанных с искомой величиной функциональной зависимостью:

, (1)

Например, при измерении температуры с помощью термопар, проводятся прямые измерения е, мB – термо-э.д.с. в цепи термопары с помощью милливольтметра и по зависимости t = f (e, мB) устанавливается искомая температура t, °С.

Измерения температур

Измерения температур в лабораторных работах проводятся как прямые – ртутными и спиртовыми термопарами, так и косвенные – хромель-алюмелевыми и хромель-копелевыми термопарами. Используется дифференциальная термопара, у которой оба спая являются рабочими, один – «горячий» спай помещается в исследуемую среду, другой – «холодный» спай находится при комнатной температуре t₀, величину которой мы знаем. Измерительный прибор – милливольтметр, показывает термо-э.д.с. , пропорциональная разности этих температур . По предварительно построенному градуировочному графику устанавливается значение , а затем рассчитывается искомая температура

(2)

Измерение давления

В практике термотехнического эксперимента измеряют абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давление.

Абсолютное давление р есть полное давление, испытываемое газом или жидкостью, равное сумме избыточного р_изб. и атмосферного В давлений.

. (3)

Если абсолютное давление р меньше атмосферного В, то такое давление называется вакуумметрическим р_вак:

. (4)

Абсолютное и избыточное давления измеряются манометрами, атмосферное давление – барометрами. Для измерения разности давлений используются дифманометры.

Манометры с трубчатой пружиной часто используются для измерения избыточного давления (атм., кПа, МПа, кгс/см² и др.), барометры показывают абсолютное атмосферное давление (мм рт. ст., кПа).

Измерение расходов

Приборы для измерения объема или массы потока вещества, проходящего через сечение канала в единицу времени – расхода (объемного , м³/с или массового , кг/с) называются расходомерами. В качестве измерителей расхода используются напорные трубки, суживающие устройства (диафрагмы, сопла), различного типа счетчики.

В наших лабораторных установках для измерения небольших расходов применяются расходомеры постоянного перепада давлений – ротаметры. Они представляют собой коническую стеклянную трубку, внутри которой помещается поплавок. Под действием восходящего потока жидкости или газа поплавок занимает определенное положение на высоте трубки, соответствующее установившемуся расходу вещества. При увеличении расхода поплавок смещается вверх, обеспечивая необходимый кольцевой зазор между коническим корпусом канала и поплавком.

Ротаметры предварительно градуируются. При этом устанавливается графическая зависимость положения поплавка П (фиксируется по верхней кромке) от объемного или массового расхода:

или . (5)

Измерение тепловых потоков

Количество подведенной теплоты за единицу времени – тепловой поток , (Дж/с, Вт) можно рассчитать по косвенным измерениям. Рассмотрим два подхода.

Для упрощения проведения экспериментов в лабораторных установках часто используется электрический обогрев, например, в лаб. работе № 22. Согласно закону Джоуля-Ленца, тепловой поток, выделяющийся в электронагревателе:

, Вт, (6)

где I – сила тока в электронагревателе, А;

U_эл – напряжение, подаваемое на электронагреватель, В.

Тепловой поток можно также рассчитать на основе 1-го закона термодинамики, например, в лаб. работе № 21:

, Вт, (7)

где - массовый расход потока вещества, кг/с;

С_m – средняя массовая теплоемкость вещества, Дж/(кг×К);

t₁, t₂ – температура на входе и выходе соответственно, °С.

По измеренным или известным величинам, входящим в правую часть уравнений (6) и (7), рассчитываются искомые тепловые потоки .

Более детально вопросы измерения теплотехнических величин приведены в /1/.