Обработка результатов эксперимента

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6

По окончании эксперимента необходимо в H, d – диаграмме нанести линии процессов, протекающих в сушильной установке (Рисунок 4).

Точка 1 определяется по показаниям «сухого» и «мокрого» термометров переносного психрометра и характеризует состояние воздуха, поступающего в установку из помещения лаборатории.

Точка 2 определяет состояние воздуха после подогрева его в калорифере. Так как подогрев воздуха в калорифере происходит при постоянном влагосодержании d, то положение точки 2 определяется пересечением вертикали (d₁ = const) с изотермой t₂ = const.

Положение точки 3 в H, d – диаграмме определяется по показаниям температур термопарами t₃ – сухой и t₄ – мокрой, как точка пересечения изотермы t₃ = const и линии мокрого термометра, соответствующей температуре t₄.

Процесс сушки влажной ткани сопровождается увеличением влагосодержания воздуха, проходящего через сушильную камеру. В H, d – диаграмме этот процесс изображается прямой линией 2 – 3.

Построив процесс, протекающий в сушильной установке, следует определить значения относительной влажности и влагосодержания воздуха в характерных точках 1, 2, 3 процессов и приступить к обработке результатов измерений.

1. Количество испаряемой из ткани влаги в 1 секунду в расчете на 1 кг сухого воздуха М_в (кг влаги)/(с·(кг сух. в-ха)) может быть определено с помощью H, d – диаграммы через разность влагосодержаний в точках 3 и 2:

М_в = m (d₃ – d₂), (9)

2. Тепловой поток, подводимый к воздуху при нагревании его в калорифере Ф (Вт) определяется по формуле:

Ф = m (H₂ – H₁), (10)

3. Количество теплоты q кДж/кг, затраченное на испарение 1 кг влаги, определяется по зависимости:

q = Ф/ М_в, (11)

4. Парциальные давления пара р_п в точках 1, 2, 3 определяются по H, d - диаграмме (Рисунок 5).

Рисунок 5. Определение парциального давления пара по H, d - диаграмме.

U_Н, В	U_О, мВ	t₁, º С	t₂, º С	t₃, º С	t₄, º С	t₅, º С	Ф_н, Вт	M_В, (кг вл)/(с·(кг св)	Ф, Вт	q, кДж/кг

Контрольные вопросы и задания.

7. Перечислите основные параметры, определяющие состояние влажного воздуха;

8. Дайте определение абсолютной и относительной влажности воздуха, влагосодержания;

9. Объясните значение линий 12 и 23 на Н, d – диаграмме;

10. Какие параметры измеряются, и какие рассчитываются в данной лабораторной работе?

11. Как определить давление водяного пара р_п по Н, d - диаграмме?

Лабораторная работа № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ ТЕЧЕНИИ ЖИДКОСТИ В ТРУБЕ

Цель работы: определить средний коэффициент теплопередачи от жидкости к воздуху через гладкую и ребристую стенку трубы при ламинарном течении жидкости.

Основы теории

Конвективным теплообменом называется процесс переноса теплоты в движущихся газах и жидкостях одновременно конвекцией и теплопроводностью.

Конвекция- перенос теплоты макрочастицами газа или жидкости из части среды с большей температурой в другую часть среды с меньшей температурой. Конвекция в газе или жидкости, движущихся под действием посторонних сил (вентилятор, насос и т.д.), называется вынужденной. Конвекция, вызываемая разностью плотностей нагретых и холодных частей жидкости или газа, называется свободной или естественной.

Конвективный теплообмен между поверхностью твердого тела и газом или жидкостью называют конвективной теплоотдачей или просто теплоотдачей.

Количество перенесенной теплоты при конвективной теплоотдаче определяется по формуле Ньютона

Q = α АΔ tτ, (1)

где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² К) , А – поверхность теплообмена, м², Δ t = t_ст – t_ж – температурный напор, К, t_ст – температура стенки, ⁰С, t_ж – температура жидкости [⁰С], τ – время, с.

Задание

1. По критериальным уравнениям рассчитать коэффициенты теплоотдачи α ₁, α ₂;

2. Провести эксперимент;

3. Рассчитать коэффициенты теплопередачи К₁, К₂. Сравнить результаты.

Одной из основных задач конвективного теплообмена является определение коэффициента теплоотдачи α.

Это осуществляется с помощью критериальных уравнений, которые составляются согласно теории подобия. Общий вид зависимости между критериями подобия в критериальных уравнениях устанавливается из системы дифференциальных уравнений, математически описывающих исследуемое явление конвективного теплообмена.

Теория подобия дает следующее критериальное уравнение для вынужденной конвекции:

Nu = C Reⁿ, Pr^m, Gr^k (2)

где – критерий (число) Нуссельта; Rе = wl/ – критерий (число) Рейнольдса; – критерий (число) Прандтля; – критерий Грасгофа; l – характерный размер, м; w – скорость жидкости м/с; – коэффициент кинематической вязкости м²/с; α – коэффициент температуропроводности, м²/с; g = 9, 81 – ускорение свободного падания м/с²;

Для газов

, 1/⁰С. (3)

где = (t_ст + t_ж)/2 – средняя температура пограничного слоя, ⁰С;

С, n, m, k- постоянные коэффициенты, определяемые из эксперимента.

Гладкая труба.

При d₂/d₁ < 1, 5 коэффициент теплопередачи для цилиндрической стенки можно приближенно рассчитывать по формуле для плоской стенки:

, (4)

где δ _ст – толщина стенки, м; λ _ст –коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м²К).

Для вынужденной конвекции при ламинарном течении жидкости в трубе, для которого Rе₁ < 2300, средний по поверхности трубы коэффициент теплоотдачи α ₁ может быть определен по уравнению:

Nu₁ = 1, 55 (Pe₁ (d/l)^⅓ (μ _ст/μ _ж))^{0, 14} ε, (5)

где Pe₁ = (w₀d₁/α _ж) – критерий Пекле: Nu₁ = (w₀d₁/λ _ж) – число Нуссельта, w – скорость жидкости, (м/с); μ _ст – динамическая вязкость жидкости при температуре стенки: ε – поправочный коэффициент, который принимается равным единице при соотношении l/d в лабораторной установке.

Теплофизические характеристики жидкости, входящие в критерии Nu₁, Ре₁берут при средней температуре жидкости в трубе на входе и выходе.

Теплоотдача от наружной поверхности трубы к воздуху в данной лабораторной работе происходит посредством естественной конвекции. При малых температурных напорах вокруг трубы образуется слой нагретого воздуха. Этот режим теплоотдачи называется пленочным. При этом Gr₂ Pr₂ < 1, Nu₂ = 0, 5 и α ₂ = 0, 5 (λ _в/d₂), где λ _в - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м К). Теплоотдача в данном случае определяется теплопроводностью воздуха. При увеличении температурного напора от стенки к воздуху возможно разрушение ламинарного течения вокруг трубы. В этом случае расчет коэффициента теплоотдачи α ₂ производится по формуле:

Nu₂ = 1, 18 (Gr₂ Pr₂)^⅛, (6)

где Gr₂ = gβ Δ td / , Pr = v_в/α _в = μ _в c_p_.в/λ _в, Nu₂ = α ₂d₂/ λ _в; Δ t = t_ст – t_в; t_в – температуры воздуха, ⁰С.

Оребренная труба

Тепловой поток через внутреннюю поверхность трубы равен:

Ф = α ₁ (t_ж – t_ст) А₁, (7)

где А₁ = π ld₁ – площадь внутренней поверхности трубы, м²; α ₁ – коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности трубы, Вт/(м²К); t_ст – температура стенки трубы, ⁰С; t_ж – температура жидкости в трубе, ⁰С; l – длина трубы, м.

Тепловой поток через внешнюю оребренную поверхность трубы равен:

Ф = α ₂ (t_ст – t_в) А, (8)

α ₂ - коэффициент теплоотдачи на внешней оребренной поверхности трубы Вт/(м²К); t_ст – температура стенки трубы, ⁰С; t_в – температура воздуха около трубы, ⁰С; А – суммарная площадь ребер и поверхности трубы между ребрами (А = А₁ + А₂); А₁ – площадь внешней поверхности гладкой части трубы равная А₁ = π d₂l – δ π d₂n (n – число ребер, δ – толщина ребра), м; А₂ – площадь поверхности ребер, равная А₂ = 2 (d – d )/4 + δ π d_рn; d_р – наружный диаметр ребер, м.

Температуру на внешней поверхности трубы можно принять равной температуре на внутренней ее поверхности t_ст, так как величина термического сопротивления теплопроводности медной тонкостенной трубы на несколько порядков меньше величины термического сопротивления теплоотдаче на внешней ее поверхности.

Средняя по длине трубы температура оребренной поверхности определяется из соотношения:

t_ст = (t_ст.н + t_р1 + t_ст.к2)/3, (9)

где: t_ст.н – температура внешней поверхности трубы на входе жидкости в оребренную часть трубы, ⁰С; t_ст.к – температура внешней поверхности трубы на выходе жидкости из оребренной части трубы, ⁰С; t_р1 – температура на большем радиусе круглого ребра, ⁰С.

Пренебрегая термическим сопротивлением стенки, запишем уравнение теплоотдачи для внутренней и наружной поверхности оребренной трубы в виде:

Ф = α ₁ (t_ж – t_ст) А₁, (10)

Ф = α ₂ (t_ст – t_в) А₂, (11)

Из совместного рассмотрений уравнений (11) и (12) получаем:

Ф = K_ор (t_ж – t_в) А₁, (12)

где: K_ор – коэффициент теплопередачи оребренной трубы, Вт/(м² К); А₁/А₂– коэффициент оребрения.

, (13)

где: А₁/А₂ – коэффициент оребрения.

Тепловой поток Ф (Вт), отдаваемый жидкостью в трубе, рассчитывается из соотношения:

Ф = Gc_р (t_н – t_к)/3600, (14)

где: G – расход жидкости, кг/ч; t_н – температура воды на входе в гладкую или оребренную трубу, ⁰С; t_к – температура воды на выходе из гладкой или оребренной трубы из трубы, ⁰С.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 56