Предисловие

Лабораторный практикум по учебной дисциплине «Термодинамика и тепломассообмен» состоит из цикла лабораторных работ, посвященных изучению вопросов парообразования и кипения воды, зависимости температуры кипения воды от давления, определению основных параметров влажного воздуха; приведены основные положения, характеризующие конвективный теплообмен; изложены методики экспериментального определения коэффициента теплоотдачи и теплопередачи при конвективном теплообмене; рассмотрены вопросы испытания рекуперативных теплообменных аппаратов для нагревания и охлаждения теплоносителей, а также методика испытания двухступенчатого компрессора с охлаждением сжимаемого воздуха между ступенями сжатия.

В работе по составлению лабораторного практикума принимали участие: д-р техн. наук, проф. В.С.Сидоренко; канд. техн. наук, доц. А.Т.Рыбак; канд. техн. наук, доц. А.А.Тумаков; канд. техн. наук, доц. В.А.Чернавский; канд. техн. наук, ст. преп. Р.А.Фридрих.

Научное редактирование осуществлено В.А.Чернавским.

Лабораторная работа 1 определение температуры кипения воды в зависимости от давления

Цель работы: экспериментальное определение зависимости температуры кипения от давления ниже атмосферного, изучение «диаграммы p-v воды и водяного пара», знакомство с понятием вакуума.

1. Понятие вакуума

Под вакуумом в технике понимают состояние газа, при котором его давление ниже атмосферного.

Величина вакуума в каком-либо сосуде определяется как разность между атмосферным и абсолютным давлением газа в этом сосуде.

В практике для оценки степени разрежения газов в сосуде пользуются величиной абсолютного давления, а словом «вакуум» характеризуют лишь состояние разрежения газов. Согласно основного уравнения гидростатики абсолютное давление вакуума равно:

p_абс = p_атм - p_вак,

где p_атм = p_бар - показание барометра; p_вак - показание вакуумметра.

2. Единицы измерения давления вакуума

Единицей давления в международной системе единиц СИ служит Ньютон на квадратный метр (Н/м²), который назван Паскалем (Па)

В технике до настоящего времени имеют распространение внесистемные единицы давления:

1 ат = 1 кгс/ кв. см = 9,81*10⁴ Па- техническая атмосфера;

1 ат = 10 мм вод. ст. =735,559 мм рт. ст.

Различают следующие состояния вакуума:

низкий………………..1,01*10⁵ - 1,33*10² Па;

средний………………1,33*10² – 10^-1 Па;

высокий………………10^-1 - 10^-5 Па;

сверхвысокий……… 10^-5 - 10^-12 Па.

Для создания требуемой степени разрежения в экспериментальных и промышленных установках применяют вакуумные насосы, которые по назначению подразделяются на:

форвакуумные до 10^-2 Па;

высоковакуумные до 10^-6 Па;

сверхвысоковакуумные ниже 10^-6 – 10^-10 Па.

Вакуумные насосы по принципу действия различают на:

механические;

эжекторные;

диффузионные пароструйные;

турбомолекулярные и специальные.

Приборы, измеряющие атмосферное давление называются барометрами, а измеряющие давление выше атмосферного – манометрами. Приборы для измерения давления газа ниже атмосферного называются вакуумметрами. По принципу действия вакуумметры делятся на приборы прямого и косвенного действия. Приборы прямого действия непосредственно реагируют на давление газа. К ним относятся:

1) жидкостные (ртутные, спиртовые) U-образные вакуумметры;

2) деформационные (механические) вакуумметры с датчиком сильфоном, мембраной или пружиной;

3) компрессионные вакуумметры, действие которых основано на законе изотермического сжатия идеального газа.

Приборы косвенного действия измеряют не само давление, а некоторую его функцию и состоят из датчика и измерительного блока. К ним относятся:

1) теплоэлектрические вакуумметры, использующие зависимость теплопроводности газа от давления. Они подразделяются на термопарные и вакуумметры сопротивления;

2) ионизационные вакуумметры, в которых используется ионизация газа. Они подразделяются на электрорязрядные, радиоизотопные и электронные ионизационные.