Tài liệu thí nghiệm nhiệt kỹ thuật đại học Xây dựng

Mục đích thí nghiệm Hớng dẫn sinh viên hiểu biết về nguyên lý hoạt động, phơng pháp sử dụng, biết cách xác định giới hạn đo, độ chính xác, phạm vi ứng dụng cũng nh u, nhợc điểm của một s

Bài thí nghiệm số 1 Dụng cụ đo lờng cơ bản

1 Mục đích thí nghiệm

Hớng dẫn sinh viên hiểu biết về nguyên lý hoạt động, phơng pháp sử dụng, biết cách xác định giới hạn đo, độ chính xác, phạm vi ứng dụng cũng nh u, nhợc điểm của một số loại dụng cụ đo lờng cơ

bản nh: Nhiệt độ, áp suất, độ ẩm,

2 Trình tự thí nghiệm Sinh viên sau khi đợc cán bộ hớng dẫn tự quan sát, tìm hiểu từng loại dụng cụ đo lờng, ghi lại kết quả quan sát của mình 3 Các loại dụng cụ đo lờng cơ bản. 3.1 Dụng cụ đo nhiệt độ Nhiệt kế là tên gọi chung của các thiết bị đo nhiệt độ a Nhiệt kế dãn nở. a.1 Nhiệt kế chất lỏng: * Nguyên lý làm việc: Hình 1 Nhiệt kế chất lỏng Ưu điểm, nhợc điểm của thủy ngõn và chất hữu cơ là: ………

………

………

* Ưu điểm,nh ợc điểm của nhiệt kế chất lỏng: ………

………

………

………

………

* Cách lắp và vị trí lắp đặt của nhiệt kế chất lỏng:

- Nơi sáng sủa, sạch, ít chấn động, thuận tiện cho việc đọc giá trị nhiệt độ;

- Bao nhiệt cần nằm đúng tâm của dòng môi chất;

- Nếu ống dẫn có đờng kính trong nhỏ hơn 200mm thì nên đặt nhiệt kế nghiêng so với trục của ống và ngợc chiều dòng chảy

Hình 2: Cách lắp và vị trí lắp đặt của nhiệt kế chất lỏng

Để tránh va chạm gây gẫy nhiệt kế, nhiệt kế phải có vỏ kim loại bảo

vệ, vỏ này đợc bắt bằng ren vào ống dẫn môi chất

Bảng quan sát nhiệt kế chất lỏng:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

a.2 Nhiệt kế dãn nở kim loại

………

………

………

………

………

* Ưu điểm, nh ợc điểm của nhiệt kế dãn nở kim loại: ………

………

………

Hình 3 Nhiệt kế dón nở kim loại hỡnh đũa Các loại giãn nở kim loại: • Nhiệt kế cơ khí hình đũa

Cấu tạo: ………

………

………

………

………

• Nhiệt kế cơ khí bản kim loại kép: Cấu tạo: ………

………

………

t t

t 0 t 0

………

………

Hình 4 Rơ le khởi động và rơ le nhiệt bảo vệ của tủ lạnh

Bảng kết quả thí nghiệm:

1

2

3

4

5

b Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt

- Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khỏc nhau, hàn dớnh một đầu

- Nguyờn lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV)

- Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao

- Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số Độ nhạy khụng cao

- Thường dựng: Lũ nhiệt, mụi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt mỏy nộn,…

- Dải đo: -100 ~ 1800oC

- Ứng dụng: sản xuất cụng nghiệp, luyện kim, giỏo dục hay gia cụng vật

liệu…

Hình 5: Sơ đồ mạch

điện.

a Sơ đồ nguyên lý cặp nhiệt

b Sơ đồ đo bằng cặp nhiệt

* Trong thí nghiệm thờng sử dụng các loại cặp nhiệt sau: Crôm-nhôm, Crôm-Coban, Sắt-Constantan, Đồng-Constan-tan, niken-Crôm

Niken

c Nhiệt điện trở - Cấu tạo của nhiệt điện trở gồm cú dõy kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,… được quấn tựy theo hỡnh dỏng của đầu đo - Nguyờn lớ hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dõy kim loại này sẽ thay đổi, và tựy chất liệu kim loại sẽ cú độ tuyến tớnh trong một khoảng nhiệt độ nhất định - Ưu điểm: độ chớnh xỏc cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dõy khụng hạn chế - Khuyết điểm: Dải đo bộ hơn Cặp nhiệt điện, giỏ thành cao hơn Cặp nhiệt điện - Dải đo: -200~700oC - Ứng dụng: Trong cỏc ngành cụng nghiệp chung, cụng nghiệp mụi trường hay gia cụng vật liệu, húa chất… d Hoả kế quang học (hoả quang kế) * Nguyên lý làm việc: ………

………

………

………

………

………

………

* Cấu tạo:

Hình 6 Cấu tạo của hỏa kế quang học

* Cách đo:

………

………

………

………

* Ưu nh ợc, điểm của hỏa kế quang học: ………

………

………

………

………

………

3.2 Dụng cụ đo áp suất Để đo áp suất của chất khí ngời ta dùng nhiều loại dụng cụ khác nhau Có thể phân chia nh sau: a Khái niệm chung: áp suất là lực tác dụng vuông góc của các phần tử khí lên một đơn vị diện tích của bình chứa Trong kỹ thuật ngời ta thờng chia làm hai loại: - áp suất tuyệt đối: là áp suât toàn phần mà vật phải chịu - áp suất tơng đối: là phần chênh lệch giữa áp suất tuyệt đối và áp suất khí quyển Để đo áp suất chất khí thờng dùng 3 loại dụng cụ sau: - Manômet: đo phần áp suất chất khí lớn hơn áp suất khí quyển - Barômet: đo áp suất khí quyển Pkq - Chân không kế: đo phần áp suất chất khí nhỏ hơn áp suất khí quyển b Các loại dụng cụ đo áp suất. ………

………

………

………

b.1 áp kế chất lỏng * Nguyên lý làm việc: ………

………

………

………

áp kế chất lỏng dùng để đo áp suất tơng đối không lớn lắm (≤ 3 bar) áp kế chất lỏng chia làm 2 loại: - Loại hình chữ U - Loại một ống thẳng Để tăng độ chính xác thờng dùng áp kế ống nghiêng đợc gọi là áp kế vi lợng (vi áp kế) Hình 7 áp kế chất lỏng Hình 8 áp kế lò xo b.2 áp kế lò xo (đàn hồi) * Nguyên lý làm việc: ………

………

………

………

………

Bảng kết quả quan sát: Stt Tên dụng cụ Dải đo Độ chính xác 1 2 3 4 5 3.3 Dụng cụ đo độ ẩm a Khái niệm chung: Độ ẩm tơng đối là một thông số quan trọng của không khí ẩm, nó ảnh hởng trực tiếp đến sự sống của sinh vật, động vật, đến độ bền của vật liệu, máy móc,

Xác định độ ẩm tơng đối của không khí

ẩm rất quan trọng trong kỹ thuật để phục vụ

tính toán các quá trình sấy, thông gió, điều hoà khí hậu, bảo quản

các thiết bị, máy móc, nguyên vật liệu,

Để xác định độ ẩm tơng đối thờng sử dụng các loại ẩm kế khô ớt và ẩm kế tóc b Các loại ẩm kế: b.1 ẩm kế tóc: * Nguyên lý làm việc: ………

………

u điểm : ………

……… Hình 9 ẩm kế tóc

Nh ợc điểm :

………

………

……… ……

b.2 ẩm kế khô ớt: b.2.1 ẩm kế acgút

* Cấu tạo: ………

Khi đo quan sát nhiệt độ ở nhiệt kế khô thu đợc nhiệt độ tk, quan sát nhiệt độ ở nhiệt kế ớt thu đợc nhiệt độ t Hiệu số nhiệt độ của hai nhiệt kế này phụ thuộc vào độ ẩm tơng đối của không khí Nghĩa là độ ẩm của không khí thay đổi thì hiệu số nhiệt độ ∆t thay đổi: ∆t = tk - t Căn cứ vào hiệu nhiệt độ ∆t, t đo đợc ta tiến hành tra bảng hoặc biểu đồ sẽ tìm đợc độ ẩm t-ơng đối của không khí ở thời điểm đó * u điểm : ………

………

………

* Nh ợc điểm : ………

………

………

b.2.2 ẩm kế acman

* Nguyên lý làm việc: ………

………

………

………

* u điểm : ……… Hình 10 ẩm kế khô ớt ………

* Nh ợc điểm: ………

………

Bảng kết quả đo độ ẩm tơng đối

Loại ẩm kế tk (0C) t (0C) ∆t (0C) ϕ (%)

ẩm kế Acgut

ẩm kế Acman

4 Nhận xét:

Bài thí nghiệm số 2 xác định nhiệt dung riêng của chất rắn

1 Mục đích thí nghiệm:

Hớng dẫn sinh viên cách xác định nhiệt dung riêng của chất rắn bằng thí nghiệm Qua thí nghiệm sinh viên sẽ nắm đợc phần lý thuyết đã học và phơng pháp làm thí nghiệm

2 Nguyên lý thí nghiệm

Nhiệt dung riêng của một vật là nhiệt lợng toả ra hay thu vào khi nhiệt độ của vật thay đổi một độ Nhiệt dung riêng của chất rắn phụ thuộc vào bản chất vật lý và nhiệt độ

C = dqdt ( KJ/Kg độ), C = f (t)

Trong thực tế tính toán ở nhiệt độ khác nhau thì nhiệt rung riêng có giá trị khác nhau Do đó thờng tính nhiệt dung riêng trung bình của vật trong khoảng nhiệt độ từ t1 đến t2

Ctb = )

1 2 ( t t m

Q

− ( KJ/Kg độ)

Q : Nhiệt lợng tính cho m kg (KJ)

m : Khối lợng của vật (Kg)

t1 : Nhiệt độ ban đầu của vật (0C)

t2 : Nhiệt độ cuối của vật (0C) Qua biểu thức trên ta thấy: nếu ta xác định đợc t1, t2, m, Q thì ta sẽ tính đợc nhiệt rung riêng

- Q : xác định bằng nhiệt lợng kế nhờ nguyên lý là nhiệt lợng của vật này toả ra bằng nhiệt lợng của vật khi thu vào

- m : xác định bằng cân kỹ thuật

- t1, t2 : xác định bằng nhiệt kế thuỷ ngân

3 Hệ thống thiết bị thí nghiệm

- Mẫu :Gồm 2 mẫu bằng đồng đỏ, 2 mẫu thép CT45

- Nhiệt lợng kế (calorimet): trong bình có que khuấy

- Hai nhiệt kế thuỷ ngân hoặc cặp nhiệt

- Bộ phân gia nhiệt cho mẫu là bình đun nớc sôi có bộ đun bằng

điện

- Dụng cụ gắp mẫu

4 Trình tự thí nghiệm

- Dựng cõn điện tử để cõn Đồng, thộp, Bỡnh nhiệt lượng kế và que khuấy, nước dựng thớ nghiệm (lượng nước lấy bằng 5-6 lần thể tớch vật đem thớ nghiệm)

- Gia nhiệt cho mẫu: cho mẫu vào bỡnh đổ ngập nước, tiến hành gia nhiệt, theo dừi nhiệt độ trong bỡnh đun nước cho đến khi nhiệt độ cao nhất và ổn định, đọc nhiệt độ t1 của vật.

- Dựng nhiệt kế dài đo để xỏc định nhiệt độ ban đầu của nước ở trong nhiệt lượng kế

- Đưa bỡnh nhiệt lượng kế lại gần bỡnh đun nước, thả nhanh vật vào trong bỡnh, khuấy đều nước, theo dừi nhiệt độ củ nước trong bỡnh bằng nhiệt kế, khi nhiệt độ khụng tăng lờn nữa và ổn định thỡ đọc nhiệt độ t2nước = t2mẫu

5 Tính toán thí nghiệm

Ta có :

C =

( 1m 2m)

m

Q

m t −t (KJ/Kg độ) Trong đó:

- Cm : Nhiệt rung riêng của mẫu

- mm, t1m, t2m : đã xác định đợc khi làm thí nghiệm

- Qm là nhiệt lợng đo mẫu nhả ra Nhiệt lợng này bằng

Qm = Qn + Qb(KJ)

mà : Qn = Cnmn (tn2 - t1n) (KJ)

Qb = Cbmb (tn2 - t1n) (KJ) Với + mb, mn : đã xác định đợc do cân

+ Cb, Cn : tra bảng theo nhiệt độ t1 , t2

+ Có thể coi t1b = t1n, t2b = t2n

Sau khi tính toán đợc Qb, Qn thay vào công thức trên sẽ xác

định đợc nhiệt dung riêng trung bình của mẫu

C = Q(b mQn m)

m 1 2

+

− (kJ/Kg độ)

Bảng kết quả thí nghiệm:

Mẫu m m m b m n

m

độ

Đồng I

Đồng II

Thép I

Thép II

6 NhËn xÐt:

Bài thí nghiệm số 3 xác định hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt

1 Mục đích thí nghiệm:

Thông qua thí nghiệm này sinh viên có thể biết cách xác

định hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt cho ống trụ Qua thí nghiệm sinh viên nắm vững bản chất vật lý của quá trình dẫn nhiệt và nắm vững phơng pháp thí nghiệm và biết sử dụng một số thiết bị thí nghiệm

2 Nguyên lý thí nghiệm

Hệ số dẫn nhiệt λ là nhiệt lợng truyền qua một đơn vị chiều dài, trong một đơn vị thời gian khi gradien nhiệt độ bằng một

) 3 2 (

ln

2

3

2 l tw tw

d

−

= π

Trong đó: Q : nhiệt lợng truyền qua ống trụ

Q = U.I [W]

(U, I: điện thế và cờng độ dòng điện qua bộ gia nhiệt)

l : chiều dài ống trụ

d2, d3: đờng kính trong và ngoài lớp cách nhiệt

tw2, tw3: nhiệt độ bên trong và bên ngoài lớp cách nhiệt

Hệ số dẫn nhiệt tính ở nhiệt độ trung bình

=

t

2

(tw2+tw3)

Nh vậy nếu ta đo đợc các đại lợng d2, d3, tw2, tw3, l, Q thì ta xác

định đợc λ

Thực hiện thí nghiệm ở các chế độ nhiệt độ khác nhau sẽ thiết lập đợc đồ thị quan hệ giữa λ và t

3 Hệ thống thiết bị thí nghiệm

1 ống thép thí nghiệm; 2 Lớp cách nhiệt amiăng; 3 Bộ đốt;

4 Đồng hồ đo nhiệt độ; 5 Biến thế

4 Trình tự thí nghiệm

- Kiểm tra toàn bộ sơ đồ thí nghiệm, đóng cầu dao, điều chỉnh biến áp tự ngẫu giữ một công suất nhất định cho bộ gia nhiệt

- Theo dõi sự tăng nhiệt độ bên trong và bên ngoài lớp cách nhiệt thông qua đồng hồ Vonmet và ampemet Khi kim đồng hồ không tăng nữa (chế độ nhiệt đã ổn định) ta đo các đại lợng tw2,

tw3, U, I

- Chuyển sang chế độ nhiệt khác bằng cách điều chỉnh biến thế tự ngẫu Đo khoảng 3 -5 chế độ nhiệt để vẽ đồ thị λ - t

5 Bảng kết quản tính toán thí nghiệm

Chế độ

nhiệt U I l d 2 d 3 t w2 t w3 t tb λ

(v) (A) (m) (m) (m) (0C) (0C) (0C) (w/mđ

ộ)

6 Nội dung báo cáo

- Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm

- Trình bày ngắn gọn nội dung thí nghiệm

- Kết quả đo lờng và kết quả tính toán

- Vẽ đồ thị λ = f(t)

- Phân tích và thảo luận về kết quả thí nghiệm