WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до виконання лабораторного практикуму з дисципліни «Теплотехніка (тепломасообмін)» для студентів усіх спеціальностей, які навчаються за напрямом 0904 – металургія Затверджено на засіданні Вченої ради академії Протокол № 1 від 31.01.06 Дніпропетровськ НМетАУ 2006 1 УДК 636.24(07) Методичні вказівки до виконання лабораторного практикуму з дисципліни "Теплотехніка (тепломасообмін)" для студентів усіх спеціальностей, які навчаються за напрямом 0904 – металургія / Укл.: Ю.М. Радченко, О.О. Єрьомін, О.В. Гупало та ін. – Дніпропетровськ: НМетАУ, 2006. – 84 с.

Наведено методичні вказівки до виконання лабораторного практикуму з дисципліни "Теплотехніка (тепломасообмін)", метою якого є вивчення і опанування методами визначення теплоти спалювання газоподібного палива, температури спалаху мазуту, зняття характеристик відцентрового вентилятора, визначення коефіцієнтів теплопровідності матеріалу та тепловіддачі конвекцією, ступеня чорноти поверхні матеріалу, який досліджується, та параметрів теплообміну випромінюванням при нагріванні зразка матеріалу у муфельній електропечі.

Призначені для студентів усіх спеціальностей, які навчаються за напрямом 0904 – металургія.

Друкується за авторською редакцією Укладачі: Ю.М. Радченко, канд. техн. наук, доц.

О.О. Єрьомін, канд. техн. наук, доц.

О.В. Гупало, канд. техн. наук, ас.

Т.М. Шемет, ас.

Т.Є. Сисоєва, ас.

Л.О. Воробйова, асп.

Відповідальний за випуск В.Й. Губинський, д-р техн. наук, проф.

Рецензент В.Є. Кремнев, канд. техн. наук, доц. (НМетАУ) 2 ЗМІСТ Лабораторна робота № 1. Визначення теплоти спалювання палива.................................................................................................. 4 Лабораторна робота № 2. Визначення температури спалаху мазуту.................................................................................................. Лабораторна робота № 3. Зняття характеристики відцентрового вентилятору......................................................................................... Лабораторна робота № 4. Дослідження теплопровідності.............. Лабораторна робота № 5. Визначення коефіцієнта тепловіддачі вільної конвекції................................................................................. Лабораторна робота № 6. Вивчення коефіцієнта тепловіддачі змушеної конвекції............................................................................. Лабораторна робота № 7. Визначення ступеня чорноти................. Лабораторна робота № 8. Дослідження нагріву у муфельній печі....................................................................................................... Імітаційна лабораторна робота № 9. Дослідження нагріву у муфельній печі.................................................................................... Література............................................................................................ Додатки................................................................................................ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ СПАЛЮВАННЯ ПАЛИВА 1. МЕТА РОБОТИ Засвоєння методики визначення теплоти згоряння газоподібного палива за допомогою калориметра Юнкерса 1.

2. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ Реакція горіння супроводжується виділенням теплоти. Кількість теплоти, яка виділяється під час горіння, оцінюється тепловим ефектом реакції горіння – Qэф, Дж/кмоль. Наприклад, H2 + 0,5 O2 = H2O + 286 МДж/кмоль;

Qэф = 286 МДж/кмоль.

Для технічних потреб більшу зацікавленість являє кількість теплоти, яка виділяється при повному згорянні одиниці маси або об'єму горючої речовини. Цю кількість теплоти називають теплотою згоряння палива 2.

У міжнародній системі одиниць (SI) одиницею теплоти згоряння є – Дж/кг, Дж/м3 (кратні одиниці 1 кДж/м3 = 103 Дж/м3;

1 МДж/м3 = 103 кДж/м3 = 106 Дж/м3 і т.д.).

У відповідності з одиницею вимірювання розрізняють масову – [Qm]= Дж / кг та об'ємну – [Q]= Дж / м3 теплоти згоряння. Масова теплота згоряння дорівнює тепловому ефекту реакції горіння, розділеному на маQэф су кіломоля Qm =. Наприклад, масова теплота згоряння водню буде Mx Гуго Юнкерс (1859 – 1935 р.) – відомий німецький інженер та авіаконструктор.

Винайшов калориметр для визначення теплоти згоряння газоподібних палив у 1890 р.

У фізичний хімії теплотою згоряння називають кількість теплоти, яка виділяється при згорянні моля горючого.

Qнm= = 143 МДж / кг Масова теплота згоряння є більш надійною та універсальною характеристикою у зрівнянні з об'ємною. Об’ємною теплотою згоряння частіше характеризують газоподібне паливо. Об'ємна теплота згоряння поєднана з масовою простою залежністю Q = Qm, (1.1) де – густина палива, кг/м3.

До складу продуктів горіння палива практично завжди входить Н2О (оксид водню). Він з'являється внаслідок горіння водню, який входить до складу палива та переходу вологи повітря в продукти горіння. В залежності від агрегатного стану Н2О, тобто в залежності від остаточної температури диму (продуктів згоряння), може бути отримана різна кількість теплоти за однакових умов. Якщо Н2О буде в рідкому стані (тобто температура диму нижче 100 °С), то буде отримана більша кількість теплоти у зрівнянні з випадком коли Н2О буде у вигляді пари. При охолодженні диму нижче 100 °С буде виділятися теплота конденсації водяної пари, що додається до теплоти, яка виділилась під час горіння та збільшує загальну віддачу теплоти. Зрозуміло, що процес конденсації водяної пари не зв’язаний з процесом горіння.

У зв'язку з цим розрізняють вищу та нижчу теплоти згоряння палива.

Під вищою теплотою згоряння розуміють кількість теплоти, яка виділяється при згорянні палива до продуктів повного горіння за умови, коли Н2О знаходиться у вигляді водяної пари при 20 °С.

Позначимо:

Qгор – кількість теплоти, яка виділилась внаслідок згоряння одиниці палива за умови охолодження диму до 100 °С, кДж/м3 (кг) палива;

mк.уд – маса конденсата, яка утворилась внаслідок охолодження продуктів горіння одиниці (об'єму або маси) палива нижче 100 °С, кг/м3(кг) палива;

r = 2258 кДж/кг Н2О – теплота конденсації Н2О;

CH2O – питома теплоємність водяної пари в інтервалі температур 20 100 °С, кДж/кг °С;

Cвп – середня питома теплоємність водяної пари в інтервалі температур 20 100 °С, кДж/кг °С;

тоді вирази для вищої та нижчою теплоти згоряння будуть мати вигляд:

р (1.2) Qв = Qгор + mк.уд [r + CH2O (100 - 0)], кДж / м3(кг)палива р (1.3) Qн = Qгор + mк.уд Свп (100 - 20), кДж / м3(кг)палива різниця р р Qв - Qн = mк.уд [r + CH2O (100 - 0)- Свп. (100 - 20)]= = mк.уд [2258 + 4,18(100 - 0)- 2,009 (100 - 20)]= 2515,28 mк.уд (1.4) Таким чином, різниця між вищою та нижчою теплотами згоряння у розрахунку на 1 кг Н2О дорівнює 2515,28 кДж/кг Н2О, що складає приблизно 2500 кДж/кг Н2О.

Неважко помітити, що:

р р по-перше, основу різниці між Qв та Qн складає теплота конденсації – r, а різницею можна знехтувати;

[CH2O (100 - 0)- Свп (100 - 20)] по-друге, формулювання нижчої теплоти згоряння дещо штучне, тому що важко собі уявити, що водяна пара при атмосферному тиску охолоджується до 20 °С та не конденсується.

У зв’язку з цим більш розповсюджені такі формулювання вищої та нижчої теплоти згоряння:

вища теплота згоряння палива – це кількість теплоти, яка виділяється при згорянні палива до продуктів повного горіння з урахуванням теплоти конденсації водяної пари продуктів згоряння;

нижча теплота згоряння – це кількість теплоти, яка виділяється при згорянні палива до продуктів повного горіння без урахування теплоти конденсації продуктів повного згоряння.

Внаслідок того, що дим видаляють з теплотехнічних агрегатів з температурою більш ніж 100 °С, то за цих умов діє нижча теплота згоряння у відповідності з останнім формулюванням.

3. СУТНІСТЬ КАЛОРИМЕТРИЧНОГО МЕТОДУ ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ЗГОРЯННЯ І БУДОВА КАЛОРИМЕТРА ЮНКЕРСА Сутність методу складається у тому, що теплота, яка виділяється під час горіння газу поглинається потіком води. Знаючи кількість спаленого газу та води, яка пройшла через калориметр, а також початкову та кінцеву температури води, можливо обчислити теплоту згоряння палива.

Будову калориметра Юнкерса показано на рис. 1.1.

Газ подають до інжекційного пальника 18 по шлангу. Змішаний з повітрям газ виходить з пальника 18 та горить у камері 12, яку утворює внутрішній охолоджуваний водою циліндр 11. Для більш глибокого охолодження продуктів згоряння їх пропускають крізь димогарні трубки 10, після чого, дим має температуру близьку до температури навколишнього середовища. У трубках 10 дим охолоджується ~ до 20 °С, внаслідок чого водяна пара, яка міститься в ньому, конденсується на стінках трубок, а вода яка утворилася стікає до камери 14. Камера 14 має випускний патрубок 19 для конденсату, так що кількість конденсату завжди можна виміряти. Дим з димогарних трубок виходить через вихлопний патрубок 21, в якому встановлено регулюючу заслінку 22. За допомогою цієї заслінки регулюють кількість повітря, яке підсмоктується безпосередньо у камеру горіння повз пальник. Температура диму, який виходить з калориметра, вимірюють термометром 24.

Вода надходить по трубці 1 у напірний бачок 3 калориметра. Кількість води, яка надходить у калориметр, регулюється краном 28. Надлишкова вода зливається в зливну секцію напірного бачка, і далі йде на скид. Температура води, яка надходить у калориметр, вимірюється термометром 4. Далі вода по стояку 25 йде до нижньої частини теплообмінника калориметра через отвір у зовнішньому циліндрі 11. Вода, яка омиває димогарні трубки та камеру згоряння, надходить у камеру змішування 26, де температура води, яка виходить з калориметра, усереднюється.

Додаткове перемішування води відбувається завдяки встановленню на виході з камери змішування лопатевого завихрювача 27.

Рис. 1.1. Схема калориметра Юнкерса:

1, 2 – трубки для підведення та відведення води, 3 – напірний бачок, 4, 5, 24 – термометри, 6 – трубка для випускання газів, 7 – трубка для відведення води, 8 – воронка, 9 – кран, 10 – димогарні (жарові) трубки, 11 – металеві циліндри; 12 – камера згоряння (спалювання), 13 – кожух, І4 – камера, 15 – трубка для зливання води, 16 – ніжки, 17 – встановлювальні гвинти, 18 – пальник, 19 – трубка для зливання конденсату, 20 – мірний циліндр, 21 – патрубок, 22 – заслінка, 23 – рукоятка, 25 – стояк для подачі води до теплообмінника, 26 – камера змішування, 27 – змішувач, 28 – вентиль Температура води, яка виходить з калориметра, вимірюється термометром 5. Постійний рівень води на виході з калориметра підтримується за допомогою зливної воронки 8. Завдяки зливній секції та зливній воронці в калориметрі підтримується постійна різниця рівней води на вході та на виході з калориметра. Таким чином, забезпечується сталість витрати води через калориметр. На виході з калориметра встановлено кранперемикач 9, за допомогою якого воду, що виходить з калориметра, можна спрямовувати чи на скидування, чи в мірну судину. Суворо вертикальне положення калориметру надають обертанням встановлювальних гвинтів 17. Контроль вертикального положення здійснюють за допомогою виска.

Для мінімізації теплових втрат калориметра його зовнішню поверхню полірують та хромують (або нікелюють ).

4. ОПИС ЛАБОРАТОРНОЇ УСТАНОВКИ ТА ТЕПЛОВИЙ БАЛАНС КАЛОРИМЕТРА Схему лабораторної установки подано на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Схема калориметричної установки:

1 – калориметр Юнкерса, 2 – газовий лічильник, 3, 4 – термометр, 5 – водяний затвор, 6 – мірна судина, 7 – мензурка, 8 – дзеркальце Газовий лічильник 2 вимірює кількість газу, яка спалена у калориметрі. Водяний затвор 5 оберігає газовий лічильник від можливого проскоку полум'я з пальника у газову магістраль та сприяє підтриманню постійного тиску газу перед пальником. Мірна судина 6 служить для збирання води, яка виходить з калориметра у лічильний період. Масу води, зібрану у мірній судині визначають у кінці досліду. Мензурка 7 використовується для збирання та вимірювання кількості конденсату під час досліду (лічильний період).

Схему руху потоків теплоти та маси у калориметрі умовно може бути зображено схемою (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Схема руху потоків теплоти та маси у калориметрі У відповідності з цією схемою запишемо рівняння теплового балансу калориметра за час досліду.

4.1. Надходження теплоти:

поч Qнад = Qфіз.пов + Qфіз.г + Qфіз.H2O + Qгор (1.5) tпов Qфіз.пов = Vпов Cпов.0 tпов – теплота, яка внесена у калориметр повітрям, що йде на горіння, Дж;

t Qфіз.г = Vг Cгг0 tг – теплота, яка внесена в калориметр газом, Дж;

.

поч Qфіз.H2O = Mв CH2O tH2O.п – теплота, яка внесена у калориметр водою;

р Qгор = Qв Vг – кількість теплоти, яка виділилась у калориметрі внаслідок горіння палива, Дж;

4.2. Витрата теплоти:

к Qвит = Qфіз,H2O + Qфіз.д + Qфіз.конд + Qвтр (1.6) к Qфіз,H2O = Mв CH2O tH2O.к – теплота, яка винесена з калориметра водою, Дж;

t Qфіз.д = Vд Cдд0 tд – теплота, яка винесена з калориметра продуктами.

реакції горіння палива (димом), Дж;

Qфіз.конд = Mконд CH2O tконд – теплота, яка винесена з калориметра конденсатом, Дж;

Qвтр = q Fк = (tзов.к - tнавк.к ) Fк – теплові втрати калориметра в навколишнє середовище, Дж.

У вище наведених формулах:

Vпов, Vг, Vд – об'єм повітря, газу, диму, які пройшли через калориметр за час досліду, м3;

t tпов t Cпов.0, Cгг0, Cдд0 – питома середня теплоємність повітря, газу, диму,..

Дж/м3 °С;

CH2O – питома теплоємність води, Дж/кг °С;

tг, tпов, tд, tконд – температура газу, повітря, диму, конденсату, °С;

tH2O.п, tH2O.к – температура води на вході в калориметр та на виході з нього, °С;

Mв – маса води, яка пройшла через калориметр за час досліду, кг;

Mконд – маса конденсату, яка вийшла з калориметра за час досліду, кг;

р Qв – вища теплота згоряння палива, Дж/м3;

– сумарний коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні калориметра у навколишнє середовище, Вт/м2 °С;

tзов.к, tнавк.к – температура зовнішньої стінки калориметра та навколишнього середовища, °С;

Fк – площа зовнішньої поверхні калориметра, м2;

– час досліду, с.

З теплового балансу повинно бути Qнадл = Qвтр, тобто t t р пов Vпов Cпов.0 tпов + Vг Cгг0 tг + Mв CH2O tH 2O.п + Qв Vг =.

(1.7) t = Mв CH2O tH 2O.к + Vд Cдд0 tд + Mконд CH2O tконд + Qвтр.

Рівняння (1.7) дозволяє знайти вищу теплоту згоряння палива t Mв CH2O (tH2O.к - tH2O.п)+ (Vд Cдд0 tд + Mконд CH2O tконд) р.

Qв = Vг Vг (1.8) tпов t (Vпов Cпов.0 tпов + Vг Cгг0 tг)+ Qвтр.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.