Báo cáo thí nghiệm đo lường nhiệt nêu nguyên lý, cấu tạo và mục đích của các thiết bị thí nghiệm

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT -o0o - BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐO LƯỜNG NHIỆT Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Xuân Quang Mã lớp thí nghiệm : 726806 Nhóm sinh viên thực hiện: STT 10 Họ tên Nguyễn Đức Trọng Nguyễn Thế Trung Lê Hữu Bảo Quang Bùi Minh Kiên Vũ Trung Hiếu Nguyễn Xuân Hoàn Đặng Văn Bắc Vũ Đình An Nguyễn Việt Hưng Trịnh Xuân Đài MSSV STT Họ tên MSSV 20204434 11 Trịnh Đức Phúc 20204384 20204441 12 Phạm Văn Nghĩa 20204492 20193885 13 Phạm Tiến Anh 20204466 20204487 14 Đỗ Minh Phúc 20204383 20204320 15 Nguyễn Thành An 20204247 20204478 16 Vũ An Khiêm 20204356 20193718 17 Kiều Tô Huyền 20193819 20204250 18 Ma Việt Dũng 20193758 20204337 19 Nguyễn Hoa Phượng 20204386 20204279 (thí nghiệm bù nhóm 2-1 , chiều thứ 3) Hà Nội , tháng năm 2023 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT ****** SHEER BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐO LƯỜNG NHIỆT Mã học phần: HE3022 Mã lớp thí nghiệm: 726806 Nhóm 8-1 GVHD: : TS Nguyễn Xuân Quang Hà Nội 12/2022 Nhóm sinh viên thực hiện: nhóm 8-1 STT Họ Tên MSSV Nguyễn Đức Trọng 20204434 Nguyễn Thế Trung 20204441 Lê Hữu Bảo Quang 20193885 Bùi Minh Kiên 20204487 Vũ Trung Hiếu 20204320 Nguyễn Xuân Hồn 20204478 Đặng Văn Bắc 20193718 Vũ Đình An 20204250 Nguyễn Việt Hưng 20204337 Bài Đo nhiệt độ Nêu nguyên lý, cấu tạo mục đích thiết bị thí nghiệm I Mục đích thí nghiệm - Tìm hiểu ngun lý, cấu tạo thiết bị thí nghiệm - Đo nhiệt độ lò điện trở theo điện áp cấp vào (140V) chế độ động tĩnh - Đánh giá độ xác cặp nhiệt sử dụng thí nghiệm II Dụng cụ thiết bị  Cặp nhiệt: để đo nhiệt độ  Biến áp tự ngẫu: loại máy biến áp, dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác, với tần số không đổi  Lò điện trở: thiết bị biến điện thành nhiệt  Volmét, Milivolmét: thiết bị đo điện áp Khóa K: thiết bị để chuyển mạch II.1 Lý thuyết lò điện trở Vỏ lị Dây nung Vật liệu chịu nhiêt Hình Hình vẽ cấu tạo lò Lò điện ống làm ống sứ chịu nhiệt độ cao bên quấn dây Ni - Cr, hai đầu ống quấn dày Ống sứ đặt ống gốm chịu nhiệt bên ngồi có bảo ơn Miệng lị bịt amiang sấy khơ để giữ kín nhiệt độ lị ổn định tránh khơng khí lạnh lọt vào Lị điện trở có ba phần chính: Vỏ lị, Lớp lót dây nung I Ngun lý làm việc Lò điện trở làm việc dựa sở có dịng điện chạy qua dây dẫn vật dẫn toả lượng nhiệt theo định luật Jun-Lenxơ: Q  I RT (1.1) Trong : Q-Lượng nhiệt tính Jun (J) I-Dịng điện tính Ampe (A) R-Điện trở tính Ơm (Ω) T-Thời gian tính giây (s) Từ cơng thức ta thấy điện trở R đóng vai trị: - Vật nung: Trường hợp gọi nung trực tiếp - Dây nung: Khi dây nung nung nóng truyền nhiệt cho vật nung xạ, đối lưu, dẫn nhiệt phức hợp II.2 Lý thuyết máy biến áp tự ngẫu Máy biến áp thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện ừ, dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác, với tần số không đổi Máy biến áp tự ngẫu hay gọi máy tự biến áp Máy biến áp tự ngẫu máy biến áp có dây quấn điện áp thấp phận dây quấn điện áp cao Về cấu tạo nguyên lý làm việc máy biến áp tự ngẫu tương tự máy biến áp thông thường khác cách đấu dây hai cuộn dây sơ cấp thứ cấp Cấu tạo máy biến áp bao gồm phận: lõi thép, dây quấn vỏ máy Hình Sơ đồ nguyên lý máy biến áp II.3 Lý thuyết nhiệt kế cặp nhiệt - Cấu tạo cặp nhiệt Cặp nhiệt cấu tạo hai dây dẫn khác loại A, B hàn với đầu gọi điểm nóng điểm làm việc đặt nơi cần đo nhiệt độ, đầu không hàn nố i vào thiế t bi ̣đo go ̣i là điể m la ̣nh hay điểm nguội Cặp nhiệt cịn có tên pin nhiệt điện nguồn phát sức nhiệt điện động Sức điện động phát từ cặp nhiệt đo thiết bị đo điện áp nhỏ ví dụ milivolmét Hình Sơ đồ cấu tạo cặp nhiệt - Nguyên lý đo nhiệt độ nhiệt kế nhiệt điện Phương pháp đo nhiệt độ cặp nhiệt phương pháp phổ biến thuận lợi Phương pháp đo nhiệt độ dựa hiệu ứng nhiệt điện Hiệu ứng nhiệt điện mV mV - Trong vật dẫn điện mật độ điện tử tự phụ thuộc vào nhiệt độ đặc tính loại vật dẫn Một dây dẫn đồng chất A có nhiệt độ mật độ điện tử tự nơi dây dẫn nhau; hai đầu dây dẫn có nhiệt độ khác đầu nhiệt độ cao có mật độ điện tử lớn đầu có nhiệt độ thấp nên điện tử tự từ đầu có nhiệt độ cao A T0 T1 T1 > T0 chạy đầu có nhiệt độ thấp đầu nhiệt độ thấp có điện tích âm cịn đầu có nhiệt độ cao điện tử tự nên có điện tích dương Vì mà hình thành điện trường chống lại di chuyển điện tử tự Điện trường tăng dần nên tác dụng chống lại di chuyển điện tử tự tăng dần tốc độ di chuyển điện tử tự tốc độ kéo điện tử tự ngược chiều di chuyển có cân thơi Lúc có trạng thái cân động, hai đầu vật dẫn có xuất sức điện động eA(T,To) - Nếu có hai dây dẫn A,B nối với đầu nối có nhiệt độ T To khác ngồi suất điện động xuất hai dây dẫn xuất thêm hai suất điện động (sđđ) nhỏ eAB(T) eAB(To) hai đầu nối mà phụ thuộc vào nhiệt độ đầu tiếp xúc eB(T,To) B eAB(T) T eAB(T0) To A eA(T,To) Khi suất điện động tổng là: E   EAB (T)  EAB (To ) E∑ đặc trưng cho EAB(T,To) Vậy : EAB (T,To )  E   EAB (T)  EAB (To ) Biểu thức tính sức điện động gồm hai thành phần, thành phần EAB(T) phụ thuộc vào nhiệt độ T thành phần EAB(To) phụ thuộc vào nhiệt độ To Nếu tách rời hai dây dẫn đầu lạnh có nhiệt độ To đo sức điện động EAB(T,To), biết To từ EAB(T,To) biết T Hai dây dẫn A, B cấu tạo gọi cặp nhiệt Sức nhiệt điện động EAB(T,To) nguồn sức điện động có cực dương đầu tự cực nhiệt điện có mật độ điện tử tự lớn, cực âm đầu tự cực nhiệt điện có mật độ điện tử tự nhỏ Người ta khơng dùng tính tốn để xác định EAB(T,To) mà dùng thực nghiệm cho biết sức nhiệt điện động dạng bảng số, cơng thức thực nghiệm đường cong thực nghiệm III Trình tự thí nghiệm Trước thí nghiệm cần phải tìm hiểu kỹ thiết bị đo sử dụng thí nghiệm Thực thứ tự bước sau đây: Bước 1: Tiến hành chọn điện áp biến áp tự ngẫu 140V Bước 2: Cắm cặp nhiệt vào lị điện phía đầu (vị trí 2), ước chừng vị trí cặp nhiệt cho đầu nóng cặp nhiệt gần Bước 3: Nối dây thiết bị thí nghiệm  Tiến hành nối dây từ cặp nhiệt đến vị trí 9,10 khóa K hình vẽ, ý cực  Nối dây từ đầu biến áp tự ngẫu (vị trí 5,6) tới đầu cấp nguồn cho lị điện (vị trí 3,4) Kết thúc bước này, yêu câu người hướng dẫn kiểm tra lại mạch điện trước đóng điện Bước 4: Đóng nguồn điện cấp cho máy biến áp tự ngẫu Sau đóng nguồn điện cho máy biến áp tự ngẫu, thực công việc sau: - Quan sát giá trị điện áp biến áp tự ngẫu Volmét - Sau bước (tức cấp nguồn cho máy biến áp tự ngẫu) phút lần đọc giá trị sức điện động cặp nhiệt Milivolmét, chuyển mạch cặp nhiệt khóa K Đọc 11 giá trị - Các kết ghi vào bảng Hình Sơ đồ nối dây thiết bị thí nghiệm Ghi chú: Các ký hiệu + – cực âm dương thiết bị 1, đầu lò điện để cắm cặp nhiệt 3, đầu cấp nguồn điện cho lò điện 5, đầu máy biến áp tự ngẫu, đầu đo Volmét 7, đầu vào máy biến áp tự ngẫu 9, 10 vị trí khóa K đo sức điện động cặp nhiệt 1, 2 Bảng ký hiệu, dải đo, cấp chinh xác cặp nhiệt Volmet Milivolmet Kí hiệu Dải đo Cấp xác K -270°C đến 1260°C +/- 2,2°C +/- 75% J -210°C đến 760°C +/- 2,2°C +/- 75% T -270°C đến 370°C +/- 1,0°C +/- 0,75% E -270°C đến 870°C +/- 1,7°C +/- 0,5% N -270°C đến 392°C +/- 2,2°C +/- 0,75% S -50°C đến 1480°C +/- 1,5°C +/- 0,25% R -50°C đến 1480°C +/- 1,5°C +/- 0,25% B 0°C đến 1700°C +/- 0,5% 3, 4, Các cặp nhiệt sử dụng bài,đường đặc tính cặp nhiệt - Bảng số liệu: Nhiệt độ môi trường = 24 (°C) 0.4 1.32 33 0.3 1.22 30 0.7 1.62 40 0.6 1.52 38 0.4 1.32 33 10 0.5 1.42 35 Nhiệt độ trung bình buồng : Ttb= = T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7+T8+T9+T10 10 35+35+33+38+33+30+40+38+33+35 10 = 35 (◦C)  Nhiệt độ trung bình lị 35◦C Bài thí nghiệm số Đo áp suất I Mục đích thí nghiệm - Tìm hiểu nguyên lý, cấu tạo thiết bị thí nghiệm - Đánh giá độ xác đ ng h đo áp suất có phịng thí nghiệm II Mơ tả thiết bị thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm biểu diễn hình vẽ Nước cấp qua van cấp vào bình điều tiết A chảy qua ống thí nghiệm Bernoulli sang bình điều tiết B Hình Sơ đồ ống thí nghiệm Bernoulli A, B Các bình chứa nước; Ống thí nghiệm Bemoulli; Van điều chỉnh lưu lượng; Lưu lượng kế; I, II, III, IV V Các ống đo áp điều tiết B Ở bình điều tiết A B mực nước trì ổn định Trên ống thí nghiệm Bernoulli có gắn ống đo áp I, II, III, IV V tương ứng với mặt cắt chọn Đường kính ống d = 2.6 cm ; d2 = 1.3 cm Dùng van chiều điều chỉnh vận tốc dịng chảy qua ống thí nghiệm Bernoulli 1, lưu lượng kế hiển thị giá trị lưu lượng tương ứng với vận tốc dịng chảy Phương pháp thí nghiệm: - Bước 1: Mở nguồn điện bơm cấp nước hoạt động - Bước 2: Thay đổi độ mở van (2;1-2;1-1) với góc mở khác - Bước 3: Quan sát cột nước ghi lại số liệ vào bảng III Kết thí nghiệm Stt 𝑉𝑎𝑛1.2 𝑉𝑎𝑛1.1 𝑉𝑎𝑛2 ℎ1 ℎ2 ℎ3 ℎ4 100% 100% 100% 0 160 162 0.68 1589.22 4.7385*10-06 85% 100% 100% 175 163 160 209 209 0.66 333.54 1.0075*10-05 80% 100% 100% 213 200 195 245 245 0.64 313.92 1.0041*10-05 75% 100% 100% 255 240 238 285 285 0.62 294.3 1.0085*10-05 70% 100% 100% 330 320 318 360 360 0.60 294.3 9.7172*10-06 90% 100% 100% 0 175 175 0.68 1716.75 4.5591*10-06 100% 100% 90% 0 183 183 0.71 1795.23 4.6566*10-06 100% 100% 80% 165 0 210 210 0.76 441.45 1.0052*10-05 80% 100% 80% 295 283 278 335 335 0.71 392.4 9.9601*10-06 80% 80% 255 240 235 290 290 0.68 10 80% Chứng minh công thức: Q=𝐾√∆𝑃 ℎ5 Q ∆𝑃 343.35 K 1.0194*10-05 Giả sử dịng chảy khơng có tổn thất lượng, vận tốc tiết diện (𝐴1) ℎ1 𝜔1 , vận tốc tiết diện (𝐴2) ℎ3 𝜔2 Theo phương trình Becnoli ta có: 𝑃1 𝛾 + 𝜔1 2𝑔 = 𝑃2 + 𝛾 𝜔2 (1) 2𝑔 Dựa vào phương trình liên tục ta có: 𝐴1 𝜔1 = 𝐴2 𝜔2 Từ (2) => 𝜔1 = Từ (1) => 𝜔2 𝐴2 𝐴1 = 𝜔2 đặt √ √1−𝑛2 (2) 𝐴2 𝐴1 =𝑛 2𝑔(𝑃1 −𝑃2 ) 𝛾 => 𝑄 = 𝜔2 × 𝐴2 = 𝐴2 √1 − 𝑛2 ×√ 2𝑔(𝑃1 − 𝑃2 ) 𝛾 Do 𝐴2 phụ thuộc vào chế độ dòng (n)  Q phụ thuộc vào chế độ dòng, độ áp suất kích thước tám tiết lưu Trong thực tế 𝐴2 khó xác định thực tế ta đo áp suất 𝑃1𝑣à 𝑃2 trước sau ống Becnoli Gọi 𝐴2 √1−𝑛 ×√ 2𝑔 𝛾 =K ==> Q=𝐾√∆𝑃 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trường Cơ Khí Khoa Năng Lượng Nhiệt Bộ mơn Tự động hố & Điều khiển q trình Nhiệt Lạnh ====o0o==== THÍ NGHIỆM ĐO LƯỜNG NHIỆT Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Quang Mã lớp: 726806, nhóm 8-2 Nhóm sinh viên thực hiện: Stt Họ tên Phạm Văn Nghĩa Trịnh Đức Phúc Kiều Tô Huyên Phạm Tiến Anh Đỗ Minh Phúc Nguyễn Thành An Vũ An Khiêm Ma Việt Dũng Nguyễn Hoa Phượng Mã số sinh viên 20204492 20204384 20193819 20204466 20204383 20204247 20204356 20193758 20204386 BÀI SỐ 1: ĐO NHIỆT ĐỘ I Mục đích thí nghiệm - Tìm hiểu ngun lý, cấu tạo thiết bị thí nghiệm -Đánh giá độ xác cặp nhiệt sử dụng thí nghiệm -Tính tốn vẽ đường đặc tính II Dụng cụ thiết bị Cặp nhiệt: để đo nhiệt độ Biến áp tự ngẫu: loại máy biến áp, dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác, với tần số khơng đổi Lị điện trở: thiết bị biến điện thành nhiệt Volmét, Milivolmét: thiết bị đo điện áp Sơ đồ thí nghiệm - Điểm đo thứ vị trí thứ 10 , điểm đo thứ vị trí số Kkdk - Cặp nhiệt loại K , Tmt = 23.1 (◦C) Ta có, E(Tmt , 0◦C) = 0.919 (mV) ( Tra bảng số liệu cặp nhiệt loại K) Lại có : E ( T , 0◦C) = E (T , Tmt ) + E(Tmt , 0◦C)  E ( T , 0◦C) = 0.3 + 0.919 = 1.22 (mV) Tra lại bảng cặp nhiệt loại K , ta tra nhiệt độ 30◦C Tương tự , với E (T , Tmt ) khác , số liệu ghi bảng bên  Số liệu thí nghiệm xử lý số liệu : E1 (◦C) (phút) E1 (mV) 0.3 30 0.3 30 0.4 33 0.4 33 0.5 35 0.5 35 0.5 35 0.5 35 0.5 35 0.5 35 10 0.5 35 11 0.5 35 12 0.5 35 13 0.5 35 14 0.5 35 15 0.6 37.5 16 0.6 37.5 17 0.6 37.5 18 0.6 37.5 19 0.6 37.5 20 0.6 37.5 21 0.6 37.5 22 0.6 37.5 23 0.6 37.5 24 0.6 37.5 25 0.6 37.5 26 0.6 37.5 27 0.6 37.5 28 0.6 37.5 29 0.6 37.5 30 0.6 37.5 31 0.6 37.5 32 0.6 37.5 T2 (◦C) 23 24.5 25.6 26 27 28 29 30 31 32 33.5 34.5 35 35.5 36 37 37.1 37.3 37.5 37.7 38 38.2 38.5 38.8 39 39.1 39.2 39.3 39.5 40 40 40.2 40.2 t(◦C) Đồ thị đường đặc tính T2 = f() 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 10 15 20 25 30 35 (phút) Nhận xét: Nhiệt độ thời điểm bắt đầu đo đến phút thứ 15 tăng mạnh sau ổn định Qn tính nhiệt khơng q lớn thời gian 30 phút chênh lệch nhiệt đồ tính thực nghiệm ∆𝑇 = 17,20 𝐶 Nhóm sinh viên thực hiện: Họ tên Trịnh Xuân Đài Stt Mã số sinh viên 20204279(làm bù chiều thứ 3, nhóm 2-1) Trịnh Đức Phúc Phạm Văn Nghĩa Phạm Tiến Anh Đỗ Minh Phúc Nguyễn Thành An Vũ An Khiêm 20204384 20204492 20204466 20204383 20204247 20204356 Bài Đo lưu lượng đo mức chất lỏng II Mục đích thí nghiệm - Tìm hiểu ngun lý, cấu tạo thiết bị thí nghiệm - Xác định k phương trình Q = k * √∆𝑃 III Dụng cụ thí nghiệm - Máy bơm - Thùng chứa nước - Lưu lượng kế - Ống Venturi IV Trình tự thí nghiệm - Bước 1: Mở máy bơm - Bước 2: Điều chỉnh van V-2, V-1.1, V1.2 - Bước 3: Quan sát lưu lượng kế, ghi kết vào cột L(m3/h) - Bước 4: Quan sát cột nước I, II, III, IV, V, ghi kết vào cột P1, P2, P3, P4, P5 - Lặp lại từ bước đến bước 10 lần V Báo cáo Vẽ lại sơ đồ thí nghiệm vị trí điểm đo Giải thích tượng cột nước dao động? - Hiện tượng cột nước dao động : Lượng nước nơi bể chưa nước cấp vào không ổn định, không đủ nhiều nên máy bơm hút nước lên có tượng nước khơng ổn định dẫn đến cột nước dao động Trong trình đo điều chỉnh van thiết bị làm thay đổi lưu lượng vận tốc dòng chảy Thay đổi tiết diện ống nên dẫn đến cột áp khác , tổn thất cột áp Tính k trình ST T L(m3/h) V2 V1.1 V1.2 𝐻1 (mm) 𝐻2 (mm) 𝐻3 (mm) 𝐻4 (mm) 𝐻5 (mm) 0,68 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 80 % 70 % 70 % 70 % 100 % 100 % 100 % 100 % 90% 90% 210 210 160 165 175 50% 460 455 425 430 440 50% 440 435 400 400 410 60% 50% 395 395 360 365 370 50% 50% 305 305 280 283 290 50% 50% 320 320 295 295 300 50% 50% 370 370 345 345 350 50% 75% 210 210 175 175 185 100 % 100 % 100 % 75% 345 345 295 295 310 75% 290 290 245 245 260 80% 315 315 270 275 285 0,56 0,54 0,52 0,46 0,47 0,50 0,53 0,68 0,62 10 0,61 Tính K theo cơng thức 𝑸 = 𝒌 √∆𝒑 Với vị trí lần đo số 𝛒𝐠𝐇𝟏 = 𝐏𝟏 − 𝐏𝐤𝐤 ; 𝛒𝐠𝐇𝟐 = 𝐏𝟐 − 𝐏𝐤𝐤 ; 𝛒𝐠𝐇𝟒 = 𝐏𝟒 − 𝐏𝐤𝐤 ; 𝛒𝐠𝐇𝟓 = 𝐏𝟓 − 𝐏𝐤𝐤 𝛒𝐠𝐇𝟑 = 𝐏𝟑 − 𝐏𝐤𝐤 ; ⇒ P1 − P2 = ρg(H1 − H2 ) =1000.10.(0,460-0,455)=50kg/s kg m2 (với ρ = 1000 ; g = 10 ) m 𝑠 P1 − P3 = ρg(H1 − H3 ) = 1000.10 (0,460 − 0,425) = 350kg/s P1 − P4 = ρg(H1 − H4 ) = 1000.10 (0,460 − 0,430) = 300kg/s P1 − P5 = ρg(H1 − H5 ) = 1000.10 (0,460 − 0,440) = 200kg/s Có: Q = k √Δp m3 0,56.1000 l (Q = 0,56 = = 0,1555 ) h 3600 s ⇒ Q = k1,2 √Δp1,2 =k1,2 √P1 − P2 ⇒ k1,2 = Q = √P1 −P2 0.1555 50 =0.003 Tương tự: k1,3 = k4,1 = k5,1 = Q 0.155 √P1 −P3 Q √P4 −P1 Q √P5 −P1 Vậy ktb = = = = 350 =0.00044 0.1555 300 =0.00052 0.1555 200 =0.00077 k1,2 +k1,3 +k4,1 +k5,1 = 0,00118