Экспериментальное нахождение

Приборы и оборудование:

1.Вакумная установка ДУ-160У ;

2.Манометрический преобразователь ПМТ-2;

3.Термопарный вакуумметр ВИТ-2П;

4.Диффузионный насос Н-1С-2;

5.Форвакуумный насос СР-20;

6.Секундомер

 

Задание:

Получить практические навыки исследования зависимости теплопроводимости от давления.

1.Начальное состояние органов управления.

· От откачиваемого прибора отключены все электрические проводники

· Термопарный вакуумметр выключен

· Диффузионный насос выключен, охлаждающая вода не подается

· Форвакуумный насос выключен.

· Трехходовой кран находится в положении “3” – «Напуск воздуха в форвакуумный насос».

2. Включение форвакуумного насоса.

· Перевести трехходовой кран в положение “1” – «Запуск форвакуумного насоса».

· Несколько (2–3) раза включить-выключить мотор форвакуумного насоса.

· Включить форвакуумный насос и подождать 1 минут.

 

3. Включение термопарного вакуумметра.

· Убедиться, что ручка выключателя «НАКАЛ ЛМ-2» установлена в нижнее положение – против стрелки.

· Установить реостат «Регулировка тока накала» в крайнее левое положение. Включить тумблеры «Сеть 220В» и «Термовакууметр». Должна загореться сигнальная лампа.

· Перевести тумблер «Ток накала – измерение» в положение «ток накала». Реостатом «Регулировка тока накала » установить рекомендуемый ток накала, указанный на баллоне лампы термопарного преобразователя ПМТ-2. Установка тока накала производится по нижней шкале левого микроамперметра на передней панели ВИТ-1А.

4. Форвакуумная откачка.

"1"	"2"	"3"

Рис. 2. Функционирование трехходового крана:
положение "1" — запуск форвакуумного насоса,
положение "2" — откачка вакуумной системы,
положение "3" — напуск воздуха в форвакуумный насос

 

· Перевести трехходовой кран в положение “2” – «Откачка установки». Данный момент считать моментом начала откачки.

· Начать регистрировать давление, записывая текущее время и показания термопарного и механического вакуумметров.(таб. 1)

5.Выключение Вакуумной установки

· Дождаться, пока давление в системе перестанет изменяться. Зафиксировать время и давление.

· Перевести трехходовой кран в положение «1» – «Запуск форвакуумного насоса». Выключить термопарный вакуумметр.

· Выключить форвакуумный насос.

· Перевести трехходовой кран в положение «3» – «Напуск воздуха в форвакуумный насос».

6. Обработка эксперементально полученных данных.

Таблица 1

Экспериментально полученные значения

Механический монометр дав N (дел)
Термопарный монометр е (mV)	0.2	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.6
Время t (сек )

 

Механический манометр по достижению значения 250 начинает показывать const, однако показание термопарный начинает возрастать и через 3 минуты достигает значения в 0,6 mV и продолжает равномерно увеличиваться.
7. Пересчитываем показания для термопарного манометра в давление. Для этого нужно воспользоваться градуировочной характеристикой ПМТ-2.

Р мм.рт.ст.=0,289/e,мв-0,0247-0,000412*e, мв.

Таблица 2

Показания термопарного манометра

mV	0.2	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.6
Па	188.8	124.8	124.8	124.8	124.8	124.8	60.7

 

8. Для пересчета показаний механического манометра в давление в Па необходимо:

а) Откачать манометр до давления гораздо меньше 0.001 от атмосферного и записать при этом его показания. Затем узнать в прогнозе погоды атмосферное давление на момент измерения.

б) Вычислить цену деления манометра по формуле :
( 4.1)

[C]= Па/дел

в) Вычислить давление индицируемые механическим манометра по формуле:
(4.2)

=739 (в нашем случае).

Таблица 3

Показания механического манометра

N
Па 10^4		8,5	6,2		2,5	1,2	0,01

 

9. Определяем проводимость трубопровода. Для этого воспользуемся формулой:

1/υ=1/S+1/U; (4.3)

U=1/(1/υ-1/S); (4.4)

υ- скорость откачки;

S-скорость откачки на насосе, S=1/3 л/сек;

U-проводимость.

Определяем скорость откачки. Скорость откачки определяется по формуле: υ= Δр*V0/ pcp*Δt, (4.5)

где V0 – объем камеры (10л.).

pcp=p1-p2/2; (4.6)

∆p=N*4*10^2; (4.7)

Δt=t2-t1; (4.8)

В результате получим таблицу:

 

Таблица 4

Проводимость трубопровода

Мен. Мон-ер, 10^4Па		0.85	0.62	0.4	0.25	0.12	0.05
Тер. Ман-ер, Па	188.8	124.8	124.8	124.8	124.8	124.8	60.7
Pатм 10^4, Па		2,8		1,2	0,8	0,4
10^4, Па
Pср, Па
,c
V, л/мин.		06.06.15		4,6	3,06	2,5	1,2
U, м^3/с	-0,3	-0,35	-0.353	-0,36	-0,37	-0,38	-0,46

 

10. По данным (таб 4) построим полученную зависимость теплопроводимости от давления.

График 1. График зависимости теплопроводимости от давления

4.2.Расчет по формуле Пуазейля

При низком вакууме имеет место вязкостный режим течения разреженного газа. В бесконечно длинном прямом трубопроводе круглого поперечного сечения поток газа Q, , определяется законом Пуазейля (4.9)

Где dтр и Lтр- диаметр и длина вакуумного трубопровода, м; p1 и p2- давления газа на концах трубопровода, Па; η- коэффициент динамической вязкости, Па*с.

Формула для расчета проводимости U, , круглого трубопровода при вязкостном режиме течения будет выглядеть так

(4.10)

где η- коэффициент динамической вязкости газа.

Подставляя в (1.7) значение этого коэффициента для воздуха при Т=293 К, получим (4.11)

1. Подставим полученные значения давления из (таб.4) в формулу (4.11)
dтр=0,05 (м)

Lтр=1 (м)

2.Полученные значения занесем в таблицу :

Таблица 5.

Значение теплопроводимости при рассчете по закону Пуазейля.

Pср, Па
U, м^3/c	41,7	36,6	26,8	17,5	11,15	5,6	2,4

 

3. Построим график завасимости теплопроводимости от давлений по данным таб 5:

График 2. График зависимости теплопроводимости от давления

 

4.3 Анализ полученных данных.

По полученным зависимостям ( график 1 и график 2) видно что теплопроводимость снижается при ближение к низкому вакуму. Это объясняется тем, что явления теплопроводности обусловлены столкновениями молекул, а вакуумом называется такое разрежение газа, при котором средняя длина свободного пробега молекул становится больше размеров сосуда с газом.

Так же стоит заметить что при расчете с учетом вязкосного течения значения теплопроводимости отлечается на несколько порядков. Это можно объяснить тем, что в вакууме перенос энергии или импульса осуществляется не путем передачи от молекулы к молекуле, а за счет столкновения молекул со стенками сосуда или с движущимся телом. Теплопередача будет наблюдаться, в случае, когда стенки сосуда имеют разные температуры. Наблюдается вязкостный характер теплопроводимости, это говорит о том что расчет с учетом вязкости более точнее , хотя зависимости иммеют одинаковый характер.

 

Заключение

В данной курсовой работе была рассмотрена вакуумная установка, ее работа, конструкция и основные технические характеристики. Рассмотрены понятия теплопроводимости и давления, вязкости газов, а так же перенос теплоты в вакууме. Представлена экспериментальная часть, где практическим путем были получены результаты.

На основе изученной информации был сделан вывод о том что при приближение к вакууму теплопроводимость уменьшается за счет того что возрастает свободный пробег молекул. Чем больше пробег молекулы тем хуже теплопроводимость. В вакуме теплопроводимость характерезуется соударением молекул о стенки сосуда, тоесть тепло может передоваться от более нагретой стенки сосуда к мение нагретой, так как преобладают соударения молекул об стенки сасуда.

 

Список литературы

1. Кожитов Л.В., Чиченев Н.А., Демин В.А. и др. «Технологическое вакуумное оборудование». – М.:МГИУ,2010.
2. Розанов Л. Н. Вакуумная техника. Учебник. Высшаяшкола. 1990 г.
3. Дэшман С. Научные основы вакуумной техники. Москва. 1950 г.
4. С. А. Конев. Конспект лекций «Вакуумная техника». URL: http://teсhe

iscatel.ru/index.php/library/lection/35-lektsiya-4-tema-molekulyarnye-nasosyq.

1. Pro-vacuum.ru. Сайт о вакуумной технике. Турбомолекулярные насосы.

URL: http://www.pro-vacuum.ru/nasosy-dlia-vysokogo-vakuuma/turbomolekuli arnye-nasosy/vse-stranitcy.html.

6. Розбери Ф.Справочник по вакуумной технике / Пер. с англ. —М.: Энергия, 1972.
Fred Rosebury. Handbook of electron tube and vacuum techniques. — Massachusetts, 1964.

7.Королев Б.И., Кузнецов В.И, Пинко А.И., Плисковский В.Н.
Основы вакуумной техники. — М.: Энергия, 1975.