WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

Спостерігаючи за зміною температури повітря на виході з труби теплообмінника, дочекатися встановлення стаціонарного теплового стану (СТС). Після настання СТС можна приступати до зняття показань.

Необхідно зафіксувати температуру води в теплообміннику, температуру повітря на вході та виході з труби теплообмінника.

Задаючись тривалістю досліду (за секундоміром), за допомогою лічильника витрати повітря визначити обсяг повітря, що проходить через установку за час досліду (тривалість одного досліду складає 1...3 хв.).

На цьому закінчується цикл вимірів для даної витрати повітря.

За допомогою коркового крана зменшити подачу повітря на установку (про значимість зміни говорить рівень шуму повітря в трубі) і провести виміри аналогічним образом. Усього виконується п'ять дослідів.

Результати вимірів занести в таблицю 6.1.

Таблиця 6.Результати вимірів Об’єм повітря Трива- Температура, °С № допо лічильни- лість доповітря сліду води ку, дм3 сліду, с на вході на виході 5. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ 1. Перевести усі величини таблиці 6.1 у систему одиниць SI:

1 дм3 = 110-3 м3;

2. Визначити витрату повітря, що відповідає нормальним умовам:

Vв, м3/с, V0 = (1+ / 273) tвх де Vв – витрата повітря по лічильнику, м3;

tвх – температура повітря на вході в трубу, °С;

– тривалість одного досліду, с.

3. Визначити збільшення ентальпії повітря в теплообміннику:

t t i = C0вх - C0вих, Дж/м3, tвх tвих tвх tвих t t де C0вх, C0вих – середні теплоємності повітря при заданих температурах, Дж/(кгК);

t – густина повітря в залежності від температури, кг/м3.

Фізичні властивості повітря в залежності від температури приведені в таблиці 6.2.

Таблиця 6.Теплофізичні властивості сухого повітря при нормальному тиску t, °С Cp, Дж/(кгК) 102, Вт/(мК) 106, м2/с, кг/м0 1,005 2,44 13,28 1,10 1,005 2,51, 14,16 1,20 1,005 2,59 15,06 1,30 1,005 2,67 16,00 1,40 1,005 2,76 16,96 1,50 1,005 2,83 17,95 1,60 1,005 2,90 18,97 1,70 1,009 2,96 20,02 1,4. Кількість теплоти, що поглинається повітрям при проходженні його через теплообмінник:

Q = i, Вт.

V5. Густина теплового потоку від води до повітря через стінку труби:

q = Q / F, Вт/м2, де F = DвнL – внутрішня поверхня труби, м2.

6. Середньологарифмічна різниця температур води та повітря:

= ( - / ln(, t„т t1 t2) t1/ t2) де t1 = tвод - tв,вх – різниця температур води і повітря на вході у теплообмінник, °С;

t2 = tвод - tв,вых – різниця температур води і повітря на виході з теплообмінника, °С.

7. Середній коефіцієнт тепловіддачі конвекцією від внутрішньої поверхні труби до повітря:

q 2 =, Вт/(м2К).

tср 8. Середня дійсна швидкість повітря в трубі:

Vв (1+ tв / 273) w =, м/с, S де = (tвх + / 2 – середня по довжині труби температура повітря, °С;

tв tвых) S = / 4 – перетин труби “у світлі”, м2.

Dвн 9. Результати розрахунків заносимо в таблицю 6.3. та будуємо графік залежності коефіцієнта тепловіддачі конвекцією від швидкості повітря в трубі.

2 = (w) Таблиця 6.Результати обчислень № до- VO, м3/с Qв, Вт w, м/с,°С i, tср, °С, tВ сліду Дж/мВт/(м2К) 11. Обробка результатів експериментів за допомогою теорії подібності.

11.1. Для випадку, коли температура повітря змінюється незначно, Pr = const. Тому критеріальну залежність, що описує процес конвективного теплообміну в трубі, будемо шукати у виді трохи відмінному від (6.3):

Nu = A Ren Prm = С Ren, (6.4) де С = АPrm.

Усі величини, що входять у це рівняння, крім коефіцієнтів C та n або вже визначені, або є відомими табличними даними. Коефіцієнти C та n визначаються розрахунково-графічним способом.

11.2. Розраховуємо значення критерію Нуссельта для кожного досліду:

Nu = 2 Dвн /, де = (tе) визначається з табл. 6.11.3. Розраховуємо відповідні значення критерію Рейнольда:

Re = w d, де = (tе) визначається з табл. 6.2.

11.4. Визначаємо логарифмічні функції від цих критеріїв. Результати розрахунків заносимо в таблицю 6.Таблиця 6.Результати розрахунку критеріїв подібності та їхніх логарифмічних функцій №/№ досліду Nu lgNu Re lgRe 11.5. Будуємо графік залежності lg Nu = (lgRe), що повинний мати вид практично лінійної залежності (рис. 6.2). За допомогою отриманого графіка визначаються величини lgС. Потім визначаються коефіцієнти С та n. Коефіцієнт n дорівнює n = tg. Значення С розраховуємо по виразу:

C = Nu / Re.

Використовуючи отримані значення С та n, остаточно записують залежність, що розраховано.

Рис. 6.2. Графічне визначення значень параметрів С та n 6. ЗВІТ Звіт про роботу повинний включати:

– назву та мету роботи;

– основні теоретичні положення та опис роботи;

– схему експериментальної установки;

– таблиці спостережень та розрахунків;

– розрахункову частину;

– висновки.

7. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ:

7.1. З яких елементів складається експериментальна установка 7.2. Який порядок проведення дослідів 7.3. Яким чином тепло від електричного нагрівача передається повітрю, що йде по трубі теплообмінника 7.4. Як розраховується кількість теплоти, що одержувана повітрям у теплообміннику 7.5. Які параметри визначають встановлення СТС 7.6. Яка різниця між поняттями – коефіцієнт теплопередачі та коефіцієнт тепловіддачі ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № ВИЗНАЧЕННЯ СТУПЕНЯ ЧОРНОТИ 1. МЕТА РОБОТИ Визначити ступінь чорноти поверхні досліджуваного матеріалу.

2. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ Процеси променистого теплообміну широко поширені в різних галузях техніки. У високотемпературних агрегатах металургії теплове випромінювання має вирішальну роль у теплообмінних процесах. У промислових печах з температурою вище 800 °С передається металу випромінюванням до 95 % теплоти та лише 5 – 15 % – конвекцією.

Теплове випромінювання це процес розповсюдження внутрішньої (теплової) енергії випромінюючого тіла за допомогою електромагнітних хвиль. Видимі світлові промені мають довжини хвиль від 0,4 до 0,76 мкм.

Теплове випромінювання займає інтервал довжин хвиль 0,76 1000 мкм.

Для реальних промислових печей основна частка випромінювання приходиться на інтервал довжин хвиль 0,4 – 50 мкм.

При поглинанні будь–яким тілом, електромагнітні хвилі перетворюються в теплову енергію. Кількість випромінюваної енергії та енергії, що поглинається тілом, залежить від його температури та природи.

Закон Стефана–Больцмана встановлює залежність кількості випромінюваної абсолютно чорним тілом енергії (власне випромінювання) від його температури = (T /100)4, Вт/мE Cде С0 = 5,67 Вт/(м2 К4) – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла.

Абсолютно чорним тілом (АЧТ) прийнято називати тіло, що повністю поглинає промені всіх довжин хвиль від 0 до.

Закон Стефана–Больцмана може бути застосований і до “сірого” тіла.

У цьому випадку використовується положення про те, що в сірих тілах, так само як і в чорних, власне випромінювання пропорційне абсолютній температурі в четвертому ступені, але енергія випромінювання менше, ніж енергія випромінювання АЧТ:

E = = (T /100)4, Вт/мE Cде – ступінь чорноти сірого тіла.

Визначення величини ступеня чорноти конкретного тіла, є важливою науковою задачею, тому що дозволяє розрахувати власне випромінювання тіл, що беруть участь у цьому виді теплообміну.

Методика визначення ступеня чорноти тіла заснована на порівнянні випромінювання експериментального зразка з еталонним випромінювачем, величина результуючого випромінювання якого відома.

У загальному випадку, передача теплоти від нагрітого тіла в навколишнє середовище відбувається як випромінюванням, так і конвекцією, що може бути записане відповідно до законів Стефана – Больцмана та Ньютона у вигляді:

Q=Qвипр + = [(T /100)4 - (Тc /100)4] F + (Т - ) F, (7.1) Qконв C0 Т c де Q – повний результуючий тепловий потік, переданий нагрітим тілом у навколишнє середовище, Вт;

Qвипр та Qконв – результуючі теплові потоки, передані відповідно випромінюванням та конвекцією, Вт;

- ступінь чорноти сірого тіла;

Т – температура поверхні тіла, К;

Тс – температура навколишнього середовища, К;

F – площа поверхні тіла, м2;

– коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, Вт/(м2 К).

У випадку, якщо еталонна та досліджувана поверхні мають однакові температури та поверхні, результуючий тепловий потік для кожної з них дорівнює:

= { С0 [(T /100)4 - (Тс /100)4]+ (Т - Тс )} F, (7.2) Qет ет де „ет” – індекс, що відноситься до еталонної поверхні, Qдосл ={ С0 [(T /100)4 - (Тс /100)4]+ (Т - Тс )} F, (7.3) досл де „досл” – індекс, що відноситься до досліджуваної поверхні.

Тоді, у випадку рівноти температур еталона та досліджувального зразка віднімаючи з формули (3.3) вираз (3.2), одержимо:

Qдосл ) /{С0 [(T /100)4 - (Тс /100)4] F}. (7.4) досл = ет + ( - Qет В стаціонарному тепловому стані, весь час компенсується тепловий потік, що іде з поверхні тіла в навколишнє середовище. У лабораторній роботі це здійснюється за допомогою підведення теплоти від електричних нагрівачів. Тоді вираження (3.4) прийме вигляд:

(Nдосл - {С0 [(T /100)4 - (Тс /100)4] F}, (7.5) досл = ет + Nет)/ де Nдосл та Nет – електрична потужність, підведена до відповідної поверхні, Вт.

Таким чином, знаючи ступінь чорноти еталону ет і домігшись шляхом підбора електричних потужностей Nет та Nдосл рівноваги температур еталонної та досліджуваної поверхні, можливо визначити ступінь чорноти досл.

3. ОПИС ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ Експериментальна установка (рис. 7.1) складається з лабораторних автотрансформаторів (ЛАТРів) 1 та 2, вольтметрів і амперметрів для розрахунку значення електричної потужності. За допомогою ЛАТРів регулюється електрична потужність, яка підводиться до еталонного та досліджуваного зразків 3 і 4.

Еталонний випромінювач 3 (так само як і досліджуваний 4) складається з циліндричного корпусу, з нагрівачем 7, що знаходиться всередині. Торці корпусу закрити пробками 6.

На поверхні еталонного та досліджуваного зразків закріплені робочі спаї термопар 9, призначених для виміру температур зразків. Термопари через перемикач 5 з'єднані з мілівольтметром 8.

Рис. 7.1. Схема експериментальної установки 4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ Включити установку в електричну мережу. Поворотом ручок ЛАТРів 1та 2 встановити напругу близько 100 В.

Зробити розігрів зразків до наступу стаціонарного теплового стану (звичайно час розігріву становить 15 хвилин). Про наступ стаціонарного теплового стану (СТС) судять по незмінності температур поверхні зразків.

Після наступу СТС приступають до проведення вимірів. Змінюючи напругу, яка підводиться до нагрівачів, домагаються рівності температур поверхні еталонного та досліджуваного зразка. Через кожні 5 10 хвилин заміряють температури на поверхні кожного циліндра та обчислюють середні температури поверхні тіл. При цьому фіксують силу струму і напругу.

Отримані дані заносять у таблицю 7.1.

Абсолютна допустима погрішність показань вимірювального прибору дорівнює:

k X N = ±, (7.7) де k – клас точності прибору; XN – верхня межа виміру прибору.

Гранична погрішність градуювання термопар t = ± 1 OC.

Погрішність вимірів штангенциркулем D = L = ± 0,01 мм.

Остаточне значення ступеня чорноти представляють у вигляді:

= ( ± ), E =...%.

Таблиця 7.Дані вимірів № Час, Еталон Зразок tс, з/п хв Uет Iет Uдосл Iдосл °С Температура, °С Температура, °С Вт А Вт А t1 t2 t3 t1 t2 tt эт tдосл Середні температури поверхні еталона та зразка рівняються:

+ ) / 3, 1 2 tет = (t + t t + ) / 3.

1 2 tдосл = (t + t t 5. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ Після проведення дослідження, за даними таблиці 7.1 визначаються наступні величини:

Nдосл = UдослIдосл, Nэт = Uет Iет ; Вт T = + 273, = tет T tс + 273; K с F = DL, мде D – зовнішній діаметр зразка та еталона (D = 0,035 м);

tc – температура навколишнього середовища, °С;

L – довжина робочої ділянки кожного з циліндрів ( L = 0,38 м).

Розраховується ступінь чорноти досліджуваної поверхні по формулі (3.5) з урахуванням, що ступінь чорноти еталонної поверхні ет = 0,4.

6. ОЦІНКА ПОГРІШНОСТІ ВИМІРЮВАНЬ Відносна погрішність вимірів ступеня чорноти визначається з виразу:

L 2 D 3 t 3 t E = = + + +, (7.6) L D tет tдосл де i – абсолютні значення максимальної погрішності вимірів окремих величин.

7. ЗВІТ Звіт про роботу повинен включати:

– назву та мету роботи;

– основні теоретичні положення та опис роботи;

– схему експериментальної установки;

– таблицю спостережень та розрахунків;

– розрахункову частину;

– висновки.

8. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ 8.1. З яких елементів складається експериментальний прилад 8.2. У чому сутність методу визначення ступеня чорноти поверхні 8.3. Що називається тепловим випромінюванням 8.4. На який інтервал довжин хвиль припадає основна частка випромінювання реальних промислових печей 8.5. Який інтервал довжин хвиль має теплове випромінювання 8.6. Який інтервал довжин хвиль має видиме світло 8.7. Що називається ступенем чорноти 8.8. Які властивості абсолютно чорного тіла Вам відомі 8.9. Яким законом описується теплообмін випромінюванням 8.10. На що витрачається електрична потужність, яка споживається установкою 8.11. Чим характеризується стаціонарний тепловий стан ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № ДОСЛІДЖЕННЯ НАГРІВУ У МУФЕЛЬНІЙ ПЕЧІ 1. МЕТА РОБОТИ:

Визначити параметри теплообміну випромінюванням при нагріванні зразка у муфельній електропечі.

2. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ Якщо експериментально досліджувати нагрівання зразка в печі з постійною температурою та фіксувати при цьому розподіл температур у тілі, то можна розрахувати параметри теплообміну, тобто вирішити зворотну задачу нагрівання.

У даному випадку можливі два підходи до рішення проблеми:

1–й – визначення параметрів теплообміну на основі аналітичних рішень диференціального рівняння теплопровідності Фур'є, представлених у вигляді узагальнених графіків;

2–й – визначення параметрів теплообміну на основі інженерної моделі теплообміну та нагрівання.

У першому випадку задача зводиться до графічного визначення числа Біо (умови теплообміну) по відомому числу Фур'є (безрозмірний час процесу) та температурному симплексу (безрозмірна відносна температура зразка). Після чого визначається середній коефіцієнт тепловіддачі, тепловий потік та приведений коефіцієнт випромінювання печі:

Bi = (;Fo) ;

= Bi, Вт/(м2К);

R = q (tпеч -, Вт/м2;

tпов) q, Вт/(м2К4);

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 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.