1.Общие правила

1.Включение и выключение установок может производиться только с разрешения преподавателя или лаборанта. Запрещается оставлять работающую установку без присмотра.

2.Студенты, не знающие правил техники безопасности, к выполнению лабораторных работ не допускаются

3.Запрещается:

а)работать в помещении одному;

б)загромождать проходы стульями, портфелями, а лабораторные столы – книгами.

4.В случае возникновения пожара немедленно вызвать пожарную команду по пожарному сигналу или по телефону 01 и приступить к его тушению своими силами.

При этом необходимо:

а) немедленно выключить установку и полностью обесточить ее;

б) электропроводку тушить только углекислотными или порошковыми огнетушителями.

2.Правила работы на установках, находящихся под избыточным давленим

1.Работая на установке, находящейся под избыточным давлением, необходимо следить за показаниями манометра, ни в коем случае не допускать превышения давления, указанного для данной работы в методическом пособии. В случае, если давление превысит допустимый предел, немедленно сообщить об этом преподавателю или лаборанту.

2.При измерениях количества конденсата а также при контроле уровня воды в кипятильниках следует остерегаться поломок водомерных стекол, т.к. при этом возможны ожоги горячей водой и паром.

3.При работе с термостатами следует -колориметры погружать в жидкость постепенно с тем, чтобы не допускать разбрызгивания масла либо воды, что может служить причиной ожога.

3.Правила работы на установках, находящихся под напряжением

Запрещается:

1.Производить исправления в электросхемах, находящихся под напряжением.

2.Снимать и перевешивать предупреждающие и запрещающие плакаты.

3.Заходить и протягивать руки за ограждения во время работы установки.

4.Снимать заземляющие провода и работать с незаземленным оборудованием.

5.Касаться неизолированных проводников, металлических клемм, обмоток и других деталей электросхем под напряжением.

5.Правила пользования ртутными приборами

При работе с ртутными термометрами соблюдать меры предосторожности, помня, что разлитая ртуть опасна для здоровья человека. В случае поломки термометра сообщить преподавателю для принятия мер безопасности.

6. К оценке погрешности измерений в лабораторных работах по тепломассообмену

При выполнении физических экспериментов обычно измеряется ряд физических величин x, y, z, …..  и по данным измерений вычисляется искомая величина u = f(x, y, z, ….. ).

Относительная ошибка измерения величины u обычно определяется как среднеквадратичная величина, связанная с относительными ошибками определения величин x, y, z, ..  соотношением

, % (1)

Погрешности измерения отдельных величин x, y, z, ……  могут быть случайными и систематическими.

Случайные погрешности возникают по целому ряду причин, например, вследствие некоторой неопределенности измеряемой величины, в зависимости от субъективных данных экспериментатора и пр. Например, при измерении времени какого-либо процесса возникает случайная погрешность, обусловленная несовпадением моментов включения и выключения экспериментатором секундомера с момента начала и конца процесса. При измерении температуры может иметь место случайная погрешность за счет некоторой нестационарности процесса и за счет ошибок экспериментатора при снятии показаний прибора. Случайная погрешность с равной вероятностью может иметь как положительный, так и отрицательный знаки. Для определения случайной погрешности измерения какой-либо величины х необходимо произвести многократные измерения этой величины. При отдельных измерениях могут быть получены значения х₁, х₂,, х₃,, …… х_n,. Наиболее вероятным значением измеряемой величины будет среднеарифметическое значение

(2)

Погрешности отдельных измерений

(3)

За вероятную случайную погрешность в практике эксперимента принимают среднеарифметическое значение абсолютной величины погрешности отдельных измерений

(4)

Систематические погрешности имеют определенный знак и могут явиться результатом неудачного выбора метода измерений (или вычислений), неисправности прибора, неточности его настройки или градуировки. Погрешность, возникающая из-за несоответствия показанного прибором значения измеряемой величины истинному ее значению, также является систематической, т.е. при повторных измерениях имеют место отклонения в одну сторону. Эта погрешность называется приборной. Установить знак приборной погрешности невозможно, поэтому она записывается подобно случайной погрешности с двойным знаком х_пр. Часто для измерений используются работающие в комплекте первичный и вторичный прибору (например, термопара и потенциометр, шайба для измерения и дифманометр и пр.). Общая приборная погрешность в таком случае должна определяться как сумма погрешностей первичного и вторичного прибора.

(5)

Величина приборной погрешности определяется по классу прибора, указанному на шкале либо по паспорту прибора, либо принимается равной половине цены наименьшего деления шкалы.

При определении приборной погрешности такого распространенного измерителя температуры как термопара следует учитывать паспортную погрешность – связанную с погрешностью градуировки и нестабильностью работы термопары (эта погрешность обычно составляет величину ), и погрешность, связанную с условиями работы термопары (из-за оттока тепла по термоэлектродам при измерении температуры стенки, из-за неполноты смешения и неоднородности температурного поля при измерении температуры газа или жидкости и д.р.). Эту вторую погрешность не всегда представляется возможным рассчитать и в таком случае ее следует оценить, например, на основании опыта подобных измерений. Общая приборная погрешность термопары

(6)

В качестве абсолютной погрешности измеряемых величин x, y, z принимается большая из двух погрешностей: приборная x_пр , y_пр , z_пр и среднеарифметического значения абсолютной величины погрешности отдельных измерений , , .

Относя абсолютные значения погрешностей к абсолютным значениям самих величин, получают относительные погрешности измерения ; ; ; подставляя их в формулу (1), определяют искомую погрешность .

Пример. Определялся коэффициент теплоотдачи при конденсации на трубе, охлаждаемой водой. Тепловой поток определялся по изменению температуры воды, измеряемой термопарами на входе (t`_в) и выходе (t``_в).

В эксперименте измерялись также термопарами температуры поверхности трубы (t_с) и конденсирующегося пара (t_н) и разность столбов жидкости в дифманометре, соединенном с сужающим устройством, которое измеряет расход воды G. Показания приборов сняты 3 раза и приведены в таблице:

№ замера	Температура воды		Температура пара tн, оС	Температура поверхности tс, оС	Разность высот h, мм
	t`ввход оС	t``ввыход оС
1	16.0	24.4	50.2	35.3	80
2	16.3	24.6	50.6	35.7	80
3	16.1	24.3	50.1	35.2	81
Среднее	16.3	24.43	50.3	35.4	80.3

Диаметр трубы d=10^-2 м, длина l = 510^-1 м. Рассчитаем относительную погрешность определения коэффициента теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи определяется по формуле

Расход воды G определяется по тарировочному графику зависимости G = f(h). Принимаем погрешность определения расхода равной погрешности определения разности высот . Тогда погрешность определения  рассчитывается по формуле

При оценке погрешности пренебрегаем ошибками измерения физических свойств воды Ср_в и _в. Определим отклонения измеренных величин от средних значений:

Ошибка отсчета высоты

Ошибка измерения диаметра штангенциркулем d=510^-5 м, ошибка измерения длины линейкой l=510^-4 м. Погрешность градуировки медь-константановой термопары t_пр1^терм=0.1 град. Погрешность потенциометра ПП-63 – 0.1 мв, что для медь-константановой термопары составляет t_пр^потенц=0.2 град.

Погрешности термопары, связанные с условиями работы, оценим следующим образом

Приборные погрешности измерения температуры:

Поскольку в расчетную формулу для  входят не t`<sub>в</sub> и t``<sub>в</sub>, а их разность t`_в – t``_в, то для измерения можно использовать одну дифференциальную термопару. Тогда исчезнет погрешность t_пр1^терм а под корнем в выражении для величина не удваивается.

Для этого случая .

Сопоставляя величины и x_пр, выбираем в качестве расчетных

; ;

; ;

; ;

; ;

;

Для схемы с раздельным измерением t`_в и t``_в

Для схемы с дифференциальной термопарой

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕТОДОМ СТАЦИОНАРНОГО РЕЖИМА

Задание

Определить экспериментально коэффициент теплопроводности и рассчитать коэффициент температуропроводности сыпучего или волокнистого материала.

Литература

1. [1] стр. 7…20, 22…35

2. [2] стр. 8…26, 38…41

Теоретические положения

Коэффициент теплопроводности – одно из важнейших теплофизических свойств материалов. Он характеризует способность материалов проводить тепло и представляет собой коэффициент пропорциональности в уравнении закона Фурье

, Вт/м² (1)

Коэффициент теплопроводности численно равен плотности теплового потока q через изотермическую поверхность при единичном градиенте температуры. Величина  зависит от рода материала и параметров состояния (в основном, температуры) и меняется для разных материалов в широких пределах от сотых долей (для газов) до сотен (для металлов) Вт/(мК).

Для сыпучих, волокнистых и прочих неоднородных пористых материалов используют эффективный коэффициент теплопроводности _эфф.

Закон Фурье к таким материалам применяется условно, поскольку тепло через них передается не только теплопроводностью (через твердый компонент и через заполняющий поры газ), но также конвекцией в порах и излучением. Эффективный коэффициент теплопроводности данного неоднородного материала _эфф численно равен коэффициенту теплопроводности  такого однородного материала, через который при прочих равных условиях проходит тот же тепловой поток.

Эффективный коэффициент теплопроводности зависит от коэффициентов теплопроводности твердого и газового компонентов, пористости материала, температуры и влажности.

К числу важнейших теплофизических свойств материалов относится также коэффициент температуропроводности а, характеризующий скорость изменения температуры при нестационарных процессах. Он связан с другими теплофизическими параметрами (,, с_р):

Для неоднородных материалов определяется эффективное значение коэффициента температуропроводности по эффективным значениям _эфф и с_р.эфф

, м²/с (2)

Стационарные методы определения коэффициента теплопроводности основаны на уравнении для теплового потока, передаваемого через слой исследуемого материала при граничных условиях 1 рода

, Вт (3)

Здесь A – параметр, зависящий от формы и размеров слоя. В частности, для сферического слоя с внутренним и наружным диаметрами D₁ и D₂

, м (4)

Если исследуемому телу придать форму плоского, цилиндрического или сферического слоя, создать тепловой поток, проходящий через слой, дождаться наступления стационарного режима и измерить температуры поверхности слоя t_c1 и t_c2 и величину Q, то из уравнения (3) можно найти величину . Метод сферического слоя имеет то преимущество перед методами цилиндрического и плоского слоев, что в сферическом слое отсутствуют концевые потери. Чаще всего этот метод применяется для сыпучих материалов.